КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 23-74-00050

Название«Скрытое» разнообразие Amoebozoa в природных местообитаниях и роль "потока видов" через местообитание в формировании метапопуляций микроскопических эукариот

РуководительСмирнов Алексей Валерьевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2026 г.

Конкурс№79 - Конкурс 2023 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Объект инфраструктуры Научный парк СПбГУ.

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-101 - Зоология

Ключевые словазоология беспозвоночных, протистология, систематика, филогения, ультраструктура

Код ГРНТИ34.33.15

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Амебоидные протисты, большинство из которых принадлежит к супергруппе Amoebozoa, являются неотъемлемой частью микробиома в морских, пресноводных и почвенных местообитаниях, составляя в некоторых типах биотопов до 70% всего разнообразия микроэукариот. Они играют одну из ключевых ролей в процессе регулирования численности бактерий, грибов и других организмов в различных биогеоценозах. Некоторые виды Amoebozoa опасны для человека и домашних животных и могут являться хозяевами и переносчиками почти 140 видов бактерий, в том числе патогенных (Legionella, Mycobacteria, Rickettsia). Для многих групп протистов молекулярные исследования природной ДНК показали огромный уровень «скрытого разнообразия» (cryptic diversity) в природных местообитаниях, которое никак не выявляется при параллельной обработке свежих проб. Однако для Amoebozoa подобные исследования практически не проводили, а те немногие, которые были выполнены, окончились либо неудачей, либо дали весьма противоречивые и неполные результаты. Разнообразие Amoebozoa, паттерн их распределения в окружающей среде и механизмы формирования локальных популяций амеб остаются практически неизвестными. В ходе выполнения проекта мы планируем использовать комбинацию современных морфологических и молекулярных методов для того, чтобы впервые наглядно продемонстрировать существование значительного «скрытого сообщества» Amoebozoa в природных местообитаниях и проверить ряд гипотез, объясняющих, как формируются и функционируют сообщества амебоидных протистов как в локальных местообитаниях, так и в глобальном масштабе. Впервые будет сформулирована современная комплексная модель формирования и функционирования сообществ амебоидных простейших, будет подробно исследована генетическая структура природных популяций амеб и определён размах генетической изменчивости в пределах морфологических видов амеб, предложены практические критерии для дифференцировки видов амеб по генетическим данным. Будут получены метабаркодинговые профили из типичных местообитаний амебоидных протистов, которые позволят быстро и эффективно сравнивать местообитания между собой. Эти результаты, помимо фундаментального научного значения, позволят в перспективе разрабатывать методы экспресс-оценки природных условий в прикладной экологии и природоохранном менеджменте. Будет наглядно показано, что виды амеб, находящиеся в природных местообитаниях, в разных условиях могут формировать совершенно различные сообщества. Подавляющая часть полученных данных будут пионерскими и соответствовать уровню «переднего края» в своей области исследований. Это в первую очередь касается работ по выявлению скрытого сообщества амеб молекулярными методами, оценки биомассы видов методами анализа природной РНК, разработки метабаркодинговых профилей для различных типов природных местообитаний. На основании полученных данных будет разработана новая модель организации и функционирования глобальной метапопуляции амебоидных протистов, применимая и для других микроэукариот и модель формирования и функционирования их сообществ в локальном местообитании. Мы планируем применить современные математические методы для количественной оценки вклада стохастических (поток видов) и детерминистских (условия в местообитании) факторов в формирование локальных сообщества амебоидных протистов. Разработка подобной модели, учитывающей встроенность локальных популяций в глобальный поток видов в биосфере Земли, помимо решения целого ряда фундаментальных научных проблем, позволит совершенно по новому взглянуть на многие прикладные аспекты природоохранной и санитарно-эпидемиологической деятельности. В результате выполнения проекта мы планируем опубликовать не менее 16 статей в ведущих протистологических и общебиологических научных журналах.

Ожидаемые результаты
Ожидаемые результаты исследований представляют собой существенное продвижение и развитие наших знаний сразу в нескольких сопряженных областях фундаментальных исследований (биология, экология, эволюция, систематика и разнообразие) а также в сугубо прикладных областях, таких как прикладная экология, природоохранный м менеджмент, санитарно-эпидемиологические мероприятия, нормативы и методы. Подавляющая часть полученных данных будут пионерскими и соответствовать уровню «переднего края» в своей области исследований. Это в первую очередь касается работ по выявлению скрытого сообщества амеб молекулярными методами, оценки биомасссы видов методами анализа природной РНК, получению и анализу метабаркодинговых профилей для различных типов природных местообитаний. Впервые будет сформулирована современная комплексная модель формирования и функционирования сообществ амебоидных простейших, впервые будет подробно исследована генетическая структура природных популяций различных групп агамных организмов и определён размах генетической изменчивости в пределах морфологических видов амебоидных протистов, предложены количественные критерии для дифференцировки видов амеб по результатам ДНК-баркодинга. (1) Впервые будет наглядно и репрезентативно продемонстрировано, что в природных местообитаниях имеется ДНК большого количества видов Amoebozoa, которых не удается выявить никакими морфологическими методами. Будут получены метабаркодинговые профили из типичных местообитаний амебоидных протистов, которые позволят быстро и эффективно сравнивать местообитания между собой. В результате анализа этих профилей будут выделены местообитания, содержащие большие количества потенциально патогенных амеб и амеб, которые могут выступать как хозяева и векторы патогенных микроорганизмов. Эти результаты, помимо фундаментального научного значения, позволят в перспективе разрабатывать методы экспресс-оценки природных условий в прикладной экологии и природоохранном менеджменте. Данные о потенциально патогенных амебах и амебах, которые могут являться переносчиками патогенных амеба-резистентных бактерий позволят оценить потенциальную опасность, исходящую от сообществ амеб в определенных типах местообитаний. (2) Численность амебоидных протистов впервые будет оценена как с использованием морфологических методов и обогащающего культивирования, так и при помощи методов анализа тотальной РНК. Будет проверена гипотеза о том, что, что методы обогащающего культивирования выявляют виды как из активного, так и из скрытого сообщества, и результаты подобных исследований нельзя трактовать как изучение состава именно активного, функционирующего в данный момент сообщества микроорганизмов. Эти результаты позволят более объективно оценивать роль амебоидных протистов в реализации функций природных сообществ, получить более реалистичные данные об удельной численности активных форм амеб в природных экосистемах и исходя из этого, уточнить расчеты касающиеся энергетического и углеродного баланса природных систем. (3) Будет впервые получен репрезентативный набор генетических и морфологических данных, который позволит понять как устроены морфологические виды амеб (в особенности – голых амеб) на генетическом уровне. Получение этих результатов крайне актуально как для оценки результатов секвенирования природной ДНК из различных местообитаний (даст возможность понять, как и с каким уровнем сходства надо кластеризовать сиквенсы при анализе данных), так и для понимания того, как устроены на генетическом уровне популяции агамных организмов, каковыми являются голые амёбы, что есть «вид» амеб и какой уровень генетических отличий по отдельным ДНК-баркодам может быть признан внутривидовым, а какой- межвидовым. Эти результаты позволят внести понимание во многие работы связанные с описанием криптических видов амеб, дифференцировкой патогенных видов амеб на основании генотипирования (например , акантамеб) и в целый ряд схожих задач. В настоящий момент предельно актуальной проблемой является трактовка генетических отличий между штаммами амеб (как «межвидовых» или «внутривидовых»). Эта проблема, особенно при низком уровне генетических отличий, очень затрудняет выделение и описание новых видов, и тем самым в существенной части тормозит изучение биоразнообразия амебоидных организмов. (4) Будет наглядно показано, что виды амеб, находящиеся в природных местообитаниях, в разных условиях могут формировать совершенно различные сообщества. Это их свойство обеспечивается именно наличием огромного пула «покоящихся» видов, в составе которого находятся виды, пригодные для существования в практически любых комбинациях внешних условий, а также способность амеб к быстрому размножению и не менее быстрому формированию покоящихся стадий. Подобные особенности амебоидных протистов обеспечивают «робастноть» (упругость) сообщества. В отличие от макроорганизмов, при резком изменения условий нет периода времени, необходимого для иммиграции новых видов, способных жить в изменившихся условиях. Эти виды уже находятся прямо здесь, и готовы быстро размножиться и «подхватить» экосистемные функции. Подобное свойство имеет далеко идущее значение, в том числе и прикладного характера. В частности, приходится полагать, что комплексы мероприятий, направленные на консервацию и охрану экосистем совершенно по разному воздействуют на сообщества макро- и микроорганизмов. Частным проявлением этого свойства является устойчивая бассейновая и госпитальная фауна потенциально патогенных амеб и амеба-резистентных бактерий. (5) Будут получены результаты сравнения локальных фаун амеб и результаты метабаркодингового профилирования сообществ амеб из местообитаний, находящихся в пределах достаточно стационарных путей глобального переноса масс в биосфере Земли и в относительно изолированных от этих путей местообитаний. Эти результаты послужат основой для разработки модели потока видов через местообитание и позволят оценить его роль как в поддержании глобальной метапопуляции видов амеб, так и в формировании локальных фаун амебоидных протистов. Мы надеемся, в частности, продемонстрировать, что в локальных местообитаниях могут встречаться виды амеб, которые даже теоретически не смогут никогда найти в них приемлемых для себя условий для развития. Пул их покоящихся стадий поддерживается исключительно непрекращающимся глобальным потоком видов. Однако при морфологических и метабаркодинговых исследованиях эти виды могут быть выделены из местообитания и представлены как компонент его локальной фауны. Подобная ошибка может быть крайне значима в случае если речь идет о потенциально патогенных видах (санитарно-медицинское значение) или, например, о биогеографии и картине глобального распространения видов (фундаментальное научное значение). Полученные результаты впервые наглядно продемонстрируют существование подобного артефакта современных методов исследований, который необходимо будет иметь в виду при интерпретации полученных результатов различных работ – от фундаментальных до прикладных и медицинских. (6) На основании полученных данных будет разработана новая модель формирования и функционирования сообществ амеб в локальном местообитании как части глобальной метапопуляции амебоидных протистов. В рамках этой модели будет впервые в явной форме сформулирована концепция «потока видов через местообитание» как следствия непрерывного глобального потока видов в биосфере Земли. В современной экологии широко распространенным подходом к изучению формирования сообществ является модель взаимодействия стохастического и детерминистского компонентов в формировании сообществ, связанная с отказом от рассмотрения конкуренции как основного фактора формирования структуру сообщества. В рамках нашей гипотезы, поток видов представляет собой стохастический компонент в формировании сообщества, в то время как доминирующие условия в локальном местообитании – детерминистский компонент. Мы планируем применить современные математические методы для количественной оценки вклада стохастических (поток видов) и детерминистских (условия в местообитании) факторов и процессов в формирование локальных сообщества амебоидных протистов. Построенная таким образом модель позволит нам составит гораздо более корректное и современное представление об организации и функционировании сообществ амеб и других эукариотических микроорганизмов в природных местообитаниях. Разработка подобной модели, учитывающей встроенность локальных популяций в глобальный поток видов в биосфере Земли, помимо решения целого ряда фундаментальных научных проблем, позволит совершенно по новому взглянуть на многие прикладные аспекты природоохранной и санитарно-эпидемиологичсекой человеческой деятельности, в частности - в местообитаниях, несущих существенную антропогенную нагрузку.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---