Проекты

Краткое описание

Изучение биоразнообразия является ключевой задачей современной биологии, поскольку служит основой для мониторинга и природоохранной деятельности. Северная часть Тихого океана признана одним из трех центров морского биоразнообразия и предковым регионом таксонов для фауны Арктики и Атлантики. Поэтому морские экосистемы Дальнего Востока имеют высокую научную и прикладную ценность. Сочетание различных океанических течений и климатических условий формирует здесь сложную биогеографическую картину, где сосуществуют теплолюбивые и холодноводные виды.
Несмотря на продолжительную историю исследований, современные молекулярно-генетические методы в регионе почти не используются. Между тем именно они позволяют выявлять скрытые виды, уточнять границы морфологической изменчивости и выяснять филогенетические связи. Необходимость комплексного изучения особенно велика для голожаберных моллюсков — одной из важных и широко распространенных групп беспозвоночных. Их ареалы известны фрагментарно, а уровень эндемизма остаётся неясным. Так как северо-западная часть Тихого океана считается предковым регионом современных голожаберных моллюсков Арктики и Атлантики, их исследование с применением молекулярно-генетических методов необходимо для понимания эволюционных путей высокобореальной и арктической фауны. В условиях климатических изменений в Арктике такая работа становится особенно актуальной, поскольку позволяет прогнозировать динамику морских экосистем.
Анализ образцов из разных районов позволит реконструировать эволюционные процессы формирования регионального биоразнообразия и создать базу для природоохранных инициатив. Фаунистические данные востребованы при оценке состояния бентоса, в экологическом мониторинге и образовательных проектах. Голожаберные моллюски, заметные и привлекательные компоненты бентосных сообществ и потому имеют потенциал для развития экотуризма. Полученные генетические маркеры будут включены в открытую базу данных морской фауны Дальнего Востока и станут основой для дальнейших исследований.
Цель проекта — исследовать разнообразие голожаберных моллюсков Дальнего Востока с использованием современных методов молекулярной генетики. Предусмотрены сбор материала в экспедициях и генотипирование музейных и свежих образцов по маркеру COI для точной идентификации видов. Для части образцов дополнительно будут изучены маркеры 16S, 18S и H3, что позволит построить детальные филогенетические реконструкции. Все данные будут размещены в GenBank и BOLD. Также планируется анализ морфологической изменчивости, что улучшит качество видовой диагностики. Результаты будут опубликованы в одной научной статье, четырех статьях в СМИ и научно-популярных изданиях, а также будут оформлены в виде иллюстрированного атласа-определителя голожаберных моллюсков дальневосточных морей России. Полученные нами данные будут полезными специалистам, жителям региона и туристам.

Цель

1. Целью проекта является комплексное исследование фауны голожаберных моллюсков (Gastropoda: Nudibranchia) северо-западной части Тихого океана с применением интегративного подхода, включающего молекулярно-генетические и морфологические методы с последующим формированием открытой верифицированной базы данных морской фауны Дальнего Востока России и публикацией иллюстрированного атласа-определителя голожаберных моллюсков дальневосточных морей России.

Задачи

1. 1. Провести сбор материала в ходе экспедиций из различных районов Дальнего Востока России
2. 2. Провести работу с музейным материалом из экспедиций в дальневосточные моря России за период с 2010-2026 годов
3. 3. Провести молекулярно-генетический анализ музейных образцов и образцов, собранных участниками проекта в ходе экспедиций
4. 4. Провести биоинформатический анализ полученных в ходе выполнения проекта данных
5. 5. Провести анализ морфологических признаков видов для оценки границ морфологической изменчивости
6. 6. Осуществить публикацию статьи в журнале, индексируемом в RSCI, Web of Science Core Collection и Scopus
7. 7. Создать открытую базу данных, включающую нуклеотидные последовательности, полученные в ходе выполнения проекта, а также прижизненные фотографии особей (при их наличии) на платформе BOLD
8. 8. Осуществить публикацию полученных последовательностей молекулярных маркеров в базе данных GenBank
9. 9. Осуществить публикацию полученных нами данных о видовом разнообразии фауны голожаберных моллюсков дальневосточных морей России в виде иллюстрированного атласа-определителя

Обоснование социальной значимости

Современные исследования по экологическому мониторингу морских сообществ, например в местах разработки и добычи полезных ископаемых, до сих пор основываются на морфологических данных для установления видовой принадлежности морских беспозвоночных. С распространением применения молекулярно-генетических методов стало ясно, что некоторые виды представляют собой комплексы криптических или псевдокриптических видов, морфологические отличия между которыми обнаружить почти невозможно или крайне трудно (Azuma et al., 2011; Ekimova et al., 2021; Zhang et al., 2020). Это приводит к ошибкам в оценке численности и распространения видов, что создает неточности в составлении стратегий природоохранного планирования. Интегративная таксономия, объединяющая морфологические и генетические данные, доказала эффективность в сохранении редких и эндемичных видов (Sheth & Thaker, 2017). Точные сведения границах ареалов и численности популяций необходимы для правильной разработки охранных стратегий (Rondinini et al., 2006).
Решением проблемы служит внедрение современных молекулярно-генетических методов для оценки биоразнообразия морских природных сообществ в мониторинговых мероприятиях, что позволит более точно, за меньшее количество времени и с наименьшими время- и трудозатратами проводить видовую идентификацию. Подобные подходы разрабатывались в ходе последних двух десятилетий и на настоящий момент существуют множество проектов по оценке биоразнообразия организмов из различных групп с использованием молекулярно-генетического подхода (Ratnasingham & Hebert, 2007; Vargas et al., 2012). ДНК-штрихкодирование, или баркодинг, – стандартный подход видовой идентификации. В качестве универсальной последовательности для видовой идентификации морских беспозвоночных используется последовательность митохондриальной ДНК, которая кодирует первую субъединицу цитохромоксидазы (COI) (Geller et al., 2013). Главным ограничением этого метода является отсутствие референсной базы данных, с которой можно сравнивать полученные последовательности. На данном этапе критически важна корректная видовая идентификация, которую грамотно могут выполнять только специалисты по конкретным группам животных. Наш проект направлен на формирование референсной базы данных по голожаберным моллюскам как группе, по которой участники проекта являются специалистами, признанными в научном сообществе.
Еще одним ограничением в этом подходе служит использование единственного молекулярного маркера для оценки видового разнообразия. В некоторых случаях провести границу между видами используя единственный митохондриальный маркер бывает сложно, а иногда и вовсе невозможно. Для разрешения таких ситуаций и проведения грамотных таксономических ревизий в исследования необходимо включать последовательности нескольких молекулярных маркеров, как митохондриальных, так и ядерных, что позволит однозначно установить границы между видами. Получение дополнительных молекулярных маркеров необходимо только для отдельных особей, которые схожи по последовательностям COI, а не для всех организмов, включенных в анализ, что позволяет уточнить видовые границы с небольшими финансовыми и временными затратами.
Предметом нашего исследования служит изучение морской фауны северно-западная часть Тихого океана с применением интегративного подхода, который включает в себя использование современных молекулярно-генетических методов. Выбранный регион признан одним из трех центров морского биоразнообразия и является предковым для современной современной Арктической и Атлантической фаун. В качестве модельной группы для нашего исследования мы выбрали голожаберных моллюсков (Gastropoda: Nudibranchia) – широко распространенных компонентов бентосных морских сообществ, которые привлекают внимание туристов и местных жителей, а также являются группой нашего профессионального интереса, которой мы занимаемся уже на протяжении последних нескольких лет.
Реализация проекта позволит решить важную проблему — отсутствие современной, верифицированной генетической базы для анализа биоразнообразия Дальневосточного региона. Пока мы предлагаем начать с одной хорошо знакомой нам группы морских беспозвоночных, но эти результаты станут заделом к большому проекту создания базы данных для других групп морских беспозвоночных. Полученные результаты станут основой для природоохранных решений и экологического мониторинга. Для широкого круга лиц, от специалистов до местных жителей и туристов региона, полученные нами данные будут оформлены в виде иллюстрированного атласа-определителя голожаберных моллюсков дальневосточных морей России. Проект aинаправлен на обеспечение научных учреждений, специалистов и региональных служб инструментами для точной видовой идентификации и оценки состояния морских экосистем.

География проекта

Центральным интересом проект являются морские экосистемы Дальнего Востока, в связи с чем география проекта будет включать в себя акваторию Японского и Охотского морей. В качестве основных регионов для сбора материала нами были выбраны следующие: 1. Приморский край 2. Сахалинская область, особое внимание будет уделено фауне Курильских островов 3. Магаданская область: город Магадан В географию проекта включены регионы, в которые планируется организация экспедиций для сбора материала, так и регионы, из которых в ходе предыдущих научных экспедиций был собран материал (в том числе музейный материал)

Объекты природы и (или) люди,
для которых будет реализован проект

1. Объектом природы являются голожаберные моллюски Дальнего Востока, а именно их видовое и генетическое разнообразие, ареалы, филогенетические связи и внутривидовая морфологическая изменчивость
2. Целевой группой являются любые специалисты, использующие данные о биоразнообразии, а именно морские биологи, экологи, сотрудники природоохранных организаций и мониторинговых служб, а также научные и образовательные учреждения региона, а в будущем - местные жители и туристы исследуемых регионов