Проекты

Описание инициативы (проектной идеи)

Арктические экосистемы сталкиваются с прогрессирующими климатическими изменениями, и лишайники, будучи ключевыми компонентами наземных биоценозов, служат чувствительными индикаторами этих трансформаций. В Арктике зарегистрировано 1610 видов лишайников. Это больше, чем разнообразие сосудистых растений в этом регионе (DOI 10.1038/s41597-024-04072-8), однако их численность и видовое богатство сокращаются из за климатических изменений (DOI 10.3897/mycokeys.128.173708).
Особую угрозу представляет усиление экстремальных УФ вспышек (DOI 10.3390/atmos17070674): лишайники не успевают адаптироваться к резким изменениям условий из за своей низкой скорости роста. В ответ на УФ стресс меняется выработка метаболитов, в частности, снижается синтез соединений, защищающих от излучения. Эти сдвиги в химическом профиле можно использовать как «сигнальную систему»: падение уровня специфических лишайниковых кислот служит объективным маркером критического стресса и потенциальной угрозы вымирания вида.
Проект предлагает системный подход к оценке физиологического состояния арктических лишайников через химический анализ их метаболитов. Его реализация позволит не только выявить наиболее уязвимые виды в труднодоступных районах Арктики, но и сформировать научно обоснованные рекомендации по их охране.
План работ:
Этап 1. Отбор и систематизация образцов лишайников
Срок: 01.03.2027 – 31.08.2027. Исполнители: Трофимова, Крысанов.
Сбор образцов лишайников будет проведён в ходе морской научно-образовательной экспедиции «Арктический плавучий университет» (АПУ) при высадках на труднодоступные арктические территории, в том числе национального парка «Русская Арктика». Руководство АПУ подтвердило возможность участия команды в экспедиционных работах. Для обеспечения репрезентативности исследования одновременно будет организован отбор образцов аналогичных видов, произрастающих в умеренной климатической зоне Архангельской области, что позволит сформировать контрольную группу для последующего сравнительного анализа.
Команда обладает необходимой квалификацией для проведения полевых работ. Крысанов имеет компетенции в области видовой идентификации лишайников. Трофимова — опытный организатор экспедиций АПУ, неоднократно руководившая подобными выездами и хорошо знающая условия и логистические возможности работы во время высадок.
Результат этапа: отбор образцов лишайников, их таксономическая идентификация и систематизация.
Этап 2. Скрининг и идентификация защитных метаболитов
Срок: 01.09.2027 – 31.12.2027 Исполнители: Кожевников, Крысанов, Гришанович.
Лабораторные исследования будут выполнены на базе ЦКП «Арктика» Северного (Арктического) федерального университета. Руководство ЦКП гарантировало команде доступ к научной инфраструктуре центра.
На данном этапе будет проведён скрининг и выделение специфических метаболитов, обеспечивающих лишайникам защиту от УФ излучения. Эти соединения концентрируются в верхнем корковом слое слоевища и выполняют функцию УФ-экрана, защищая чувствительный фотобионт. Скрининг будет выполнен для лишайников как до воздействия УФ-излучения, так и после него.
Химический профиль экстрактов будет определён методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием с полуколичественной оценкой изучаемых метаболитов. Структурное подтверждение выявленных соединений будет осуществлено с применением спектроскопии ЯМР.
Кожевников и Гришанович обладают компетенциями в области анализа растительного сырья различными физико-химическими методами. Крысанов имеет навыки экстрагирования.
Результат этапа: перечень метаболитов-маркеров, подлежащих оценке при изучении химического состава арктических лишайников.
Этап 3. Сравнительный анализ метаболических профилей
Срок: 01.01.2028 – 31.08.2028 Исполнители: все авторы.
Для определения химического профиля лишайников умеренной зоны будут применены те же подходы, что и на предыдущем этапе, обеспечивая сопоставимость результатов. Сравнение уровней концентраций метаболитов-маркеров у лишайников Арктики и видов из умеренной климатической зоны позволит выявить виды с выраженным дефицитом защитных соединений.
Результат этапа: база данных, отражающая сравнение химических профилей различных видов лишайников, произрастающих в разных климатических зонах. Анализ этой базы позволит идентифицировать конкретные виды, испытывающие недостаток метаболитов, обеспечивающих адаптацию к изменяющимся климатическим условиям Арктики.
Ожидаемые результаты
Итоговым результатом проекта станет перечень видов лишайников Арктического региона, у которых зафиксирован дефицит метаболитов, обеспечивающих адаптацию к изменяющимся климатическим условиям. Этот перечень станет основой для последующих исследований по оценке состояния данных видов — в частности, по сокращению или трансформации ареала их произрастания. В случае подтверждения негативной динамики виды будут рекомендованы к включению в Красную книгу с присвоением соответствующей категории статуса редкости и к разработке адресной программы их сохранения.