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 проекта 19-14-00102
НазваниеМикроорганизмы, экосистемы и климат: факторы формирования рецентных сообществ и реконструкция динамики окружающей среды и экосистем в голоцене
Руководитель Мазей Юрий Александрович, Доктор биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва
Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-107 - Экология биосистем
Ключевые слова раковинные амебы, простейшие, микроорганизмы, болото, торф, экосистема, климат, палеореконструкции, структура сообществ, биоразнообразие
Код ГРНТИ34.33.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Биологическое разнообразие и межвидовые взаимоотношения влияют на экосистемные процессы, при этом сами в значительноей степени определяются климатом. Экосистемы как элементы глобального цикла углерода регулируют концентрацию парниковых газов в атмосфере, существенно определяя глобальные климатические тренды. Взаимосвязь биологических сообществ, экосистемных процессов и климата формирует сложную совокупность положительных и отрицательных связей, понимание которой дает возможность более адекватно прогнозировать поведение системы «биосфера-климат» в условиях крупномасштабных планетарных изменений, наблюдаемых в последние десятилетия.
Разработка более точных прогностических моделей возможна только на основе достоверных данных о многолетней (столетия и тысячелетия) динамике экосистем и макромасштабных закономерностях пространственного распределения биоразнообразия. В совокупности это позволяет оценить относительную роль исторических, современных естественных и антропогенных фильтров в формировании биологического разнообразия и, как следствие, экосистемных функций, в том числе связанных с системой «биосфера-климат».
Настоящий проект нацелен на изучение модельных объектов – экосистем и их элементов (сообществ организмов) являющихся, с одной стороны, ключевыми звеньями глобального цикла углерода, и, соответственно, системы «биосфера-климат», а, с другой, способных предоставить надежную палеоэкологическую информацию о динамике экосистем в течение голоцена, а также о естественных и антропогенных факторах среды, определяющих макропространственное распределение сообществ.
Торфяники – экосистемы, которые депонируют до половины массы атмосферного углерода и благодаря этому обеспечивют постоянное изъятие углекислого газа из атмосферы, при этом являясь источником другого важного парникового газа – метана. Остается до конца неясным, как оба процесса связаны с особенностями структуры экосистем торфяников, локальной и глобальной климатической ситуациями. Сами торфяники – динамические системы, которые могут формироваться при благоприятных климатических условиях, например, из озер, а также могут трансформироваться в другие экосистемы (например, леса) при недостаточной влажности климата. При этом торфяная залежь формирует палеоэкологическую летопись, которая позволяет изучать закономерности динамики экосистем в масштабах тысячелетий, в основном в течение голоцена, что позволяет оценивать глобальные экосистемные и климатические тренды, а также предлагать различные сценарии прогностических моделей динамики биосферы.
Раковинные амебы – одноклеточные организмы, вносящие существенный вклад как в фиксацию углерода торфяниками (через позитивное влияние на рост высших растений как звена микробной пищевой петли, а также прямой вклад в виде миксотрофии), так и в высвобождение углерода (через деструкцию как потребителя бактерий, грибов и простейших и ресурс для беспозвоночных). Короткое время генерации, обильные популяции, хорошо выраженные функциональные признаки раковинных амеб позволяют установить наличие быстрых реакций пищевых сетей и, соответственно, экосистемных процессов на модификации среды (в отличие от более крупных организмов, реагирующих на изменения факторов среды, как правило, с запаздыванием или с пороговым эффектом). Благодаря наличию устойчивой к разложению раковинки, эти организмы, с одной стороны, хорошо сохраняются в палеонтологической летописи, а, с другой, формируют многочисленные морфо-физиологические адаптации, позволяющие им населять широкий диапазон битопов (болота, пресные воды, почвы) и распространяться по всей планете.
Палеоэкологические реконструкции являются основным источником информации о долгосрочной (сотни и тысячи лет) динамике экосистем и климата, что необходимо для надежного прогнозирования поведения этих систем в нестабильных условиях окружающей среды. При этом достоверность реконструкций основывается на точности оценки реакции современных индикаторных организмов на основные факторы среды, определяющих их распределение. Для повышения этой точности необходимо использование комплекса методов, включающего в себя полевые наблюдения (для выявления пространственных структур и поиска корреляций с факторами), полевые мезокосменные эксперименты (для оценки воздействия факторов в контролируемых условиях, максимально приближенных к естественным), палеоэкологические наблюдения (для оценки долгосрочной динамики), моделирование (для нахождения количественной связи между структурой сообществ и факторами среды [калибровка], а также между таксономическим, функциональным, генетическим разнообразием и экосистемными функциями). Важными условиями повышения точности является: а) использование всего набора современных подходов в оценке биологических сообществ на основе таксономического, функционального и генетического разнообразия, что увеличивает число возможных характеристики экосистем для реконструкции; б) использование глобальных баз данных, что повышает универсальность разрабатываемых калибровочных моделей.
Все эти методы предполагается использовать для решения двух групп задач проекта: 1) фундаментальных, нацеленных на выявление основных факторов, определяющих структуру рецентных сообществ микроорганизмов, оценку краткосрочных (десятилетия) и долгосрочных воздействий (сотни и тысячи лет) этих факторов с учетом закономерностей сукцессионной динамики экосистем, что позволит лучше понимать, как современные экосистемы будут реагировать на глобальные климатические сдвиги и предлагать соответствующие меры управления; 2) прикладных, направленных на повышение точности методов палеоэкологических реконструкций. Фундаментальные задачи будут включать в себя: 1) выявление закономерностей распределения рецентных сообществ протистов (описанных в аспектах таксономического, функционального и генетического разнообразия), в зависимости от основных климатических факторов, региональной специфики, типа экосистем (пресноводные, заболоченные, почвенные), локальной (внутриэкосистемной) гетерогенности биотопа; 2) выявление закономерностей многолетней динамики сообществ раковинных амеб в рамках основных процессов климатически обусловленной трансформации континентальных экосистем (залесение болот и заболачивание озер) в разных географических регионах путем проведения палеоэкологических реконструкций; 3) оценку реакции видового и функционального разнообразия раковинных амеб в полевых мезокосменных экспериментах на изменения температуры, увлажненности, освещенности, биоценотического окружения. Прикладные задачи будут направлены на: 1) решение таксономических вопросов, которые являются основой ризоподного анализа в палеоэкологии, 2) построение новых калибровочных моделей (transfer functions) на основе глобальных баз данных.
В таком комплексе связей между рецентными сообществами микроорганизмов, современными и историческими факторами, а также с глобальными климатическими изменениями голоцена, задача ранее не ставилась ни одной из групп исследователей. По субъективной оценке авторов некоторые результаты однозначно определят направления исследований в соответствующей области мировой науки на ближайшие годы. К таким планируемым результатам относятся: 1) выявление роли исторических и современных факторов в формировании таксономической и функциональной структуры рецентных сообществ раковинных амеб (с особым вниманием на возможную роль антропогенного фактора и его сопоставление с амплитудой влияния естественных факторов, действовавших в течение голоцена), 2) сопоставление пространственно-временной изменчивости таксономического, функционального и генетического разнообразия сообщества микроорганизмов, 3) построение модели, связывающей структуру сообществ микроорганизмов со структурой растительности и ее изменениями в пространстве и времени, 4) обобщенная модель голоценовой динамики экосистем торфяников в Западно-Сибирской и Восточно-Европейской равнин, 5) новая калибровочная функция, базирующаяся на функциональных признаках раковинных амеб, 6) новая паназиатская калибровочная функция и ее верификация в различных регионах Азии. Этим и определяется актуальность и научная новизна предлагаемого проекта.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Свиндлс Г., Моррис П., ... Мазей Ю.А., ... Цыганов А.Н., ... Уорнер Б.
Widespread drying of European peatlands in recent centuries
Nature Geoscience, Vol. 12. Issue 11. P.922-930 (год публикации - 2019)
10.1038/s41561-019-0462-z
2.
Варотсос К., Мазей Ю.А.
Future temperature extremes will be more harmful: a new critical factor for improved forecasts
International Journal of Environmental Research and Public Health, Vol. 16. P. 4015-4022 (год публикации - 2019)
10.3390/ijerph16204015
Публикации
1.
Вароцос К., Мазей Ю., Ефстатиу М.
Paleoecological and recent data show a steady temporal evolution of carbon dioxide and temperature
Atmospheric Pollution Research, Vol. 11. № 4. P. 714-722. (год публикации - 2020)
10.1016/j.apr.2019.12.022
2.
Азовский А.И., Чертопруд Е.С., Гарлицкая Л.А., Мазей Ю.А., Тихоненков Д.В.
Does size really matter in biogeography? Patterns and drivers of global distribution of marine micro- and meiofauna
Journal of Biogeography, Vol. 47. P. 1180-1192. (год публикации - 2020)
10.1111/jbi.13771
3.
Мазей Ю.А., Трулова А.С., Мазей Н.Г., Пейн Р., Цыганов А.Н.
Contributions of temporal and spatial variation to the diversity of soil-dwelling testate amoeba assemblages in a swampy forest
Pedobiologia, Vol. 81-82. 150660 (год публикации - 2020)
10.1016/j.pedobi.2020.150660
4.
Маукой Д., Пейн Р., Бабешко К., Барлетт Р., Бумер И., Боуи Х., Эванс Ч., Ринг-Грубеш Ф, Муирхэд Д., О'Каллаган М., Пиотровская Н., Руш Г., Слоан Т., Смитон К, Цыганов А., Мазей Ю.
Falkland Island peatland development processes and the pervasive presence of fire
Quaternary Science Reviews, Vol. 240. 106391 (год публикации - 2020)
10.1016/j.quascirev.2020.106391
5.
Крашевская В., Цыганов А., Есаулов А., Мазей Ю., Хаспари К., Саад А., Субихам С., Бехлинг Х., Биагиони С.
Testate amoebae species and trait-based transfer functions for reconstruction of hydrological regime in tropical peatland of Central Sumatra, Indonesia
Frontiers in Ecology and Evolution, 8:225 (год публикации - 2020)
10.3389/fevo.2020.00225
6.
Пейн Р., Бобров А., Цыганов А., Бабешко К., Слоан Т., Кей М., Куприянов Д., Сурков Н., Новенко Е., Андреев А., Мазей Ю.
First records of contemporary testate amoeba assemblages from the Kamchatka Peninsula, Russia and potential for palaeoenvironmental reconstruction
Boreas, Volume50, Issue4 October 2021 Pages 998-1010 (год публикации - 2020)
10.1111/bor.12469
7.
Вароцос К., Мазей Ю., Новенко Е., Цыганов А., Ольчев А., Пампура Т., Мазей Н., Фатюнина Ю., Салдаев Д., Ефстатиу М.
A new climate nowcasting tool based on palaeoclimatic data
Sustainability, 12(14), 5546 (год публикации - 2020)
10.3390/su12145546
8.
Азовский А., Мазей Ю., Сабурова М., Сапожников Ф.
Patterns in diversity and composition of microbenthos of subarctic intertidal beaches with different morphodynamics
Marine Ecology – Progress Series, Vol. 648. P. 19-38 (год публикации - 2020)
10.3354/meps13419
9.
Бобров А.А., Мазей Н.Г., Мазей Ю.А.
The description of two new species of testate amoebae from suspended soil of the aerial roots at the tropical urban park in Hainan (China) and the review of the genus Bullinularia Deflandre, 1953 (Amoebozoa: Arcellinida)
Protistology, Vol. 14. №3. P. 112-129 (год публикации - 2020)
10.21685/1680-0826-2020-14-3-2
10.
Марциш К., Жассэ В., Косакян А., Крашевская В., Лар Д., Лара Э., Ламентович Л., Ламентович М., Макумбер А., Мазей Ю., Митчелл Э., Нассер Н., Паттерсон Т., Рое Е., Зингер Д., Цыганов А., Фурнье Б.
Testate amoebae functional traits and their use in paleoecology
Frontiers in Ecology and Evolution, 8:575966 (год публикации - 2020)
10.3389/fevo.2020.575966
11.
Цыганов А.Н., Комаров А.А., Мазей Н.Г., Борисова Т.В., Новенко Е.Ю., Мазей Ю.А.
Динамика видовой структуры сообщества раковинных амеб в ходе сукцессии “водоем – болото” в голоцене: на примере болота Мочуля (Калужская область, Европейская Россия)
Зоологический журнал, Том: 99 Номер: 5 Страницы: 586-598 (год публикации - 2020)
10.31857/S004451342005013X
12.
Дьяконов К., Новенко Е., Мазей Н., Кусильман М.
The Age of Peatlands and Peatland Formation Stages in Polesie Landscapes of the East European Plain
Doklady Earth Sciences, Vol. 492, Part 2, pp. 464-470 (год публикации - 2020)
10.1134/S1028334X20060069
Публикации
1.
Новенко Е., Мазей Н., Куприянов Д., Кусильман М., Ольчев А.
Peatland initiation in Central European Russia during the Holocene: Effect of climate conditions and fires
Holocene, doi: 10.1177/0959683620981709 (год публикации - 2020)
10.1177/0959683620981709
2.
Мазей Ю.А., Цыганов А.Н., Бобровский М.В., Мазей Н.Г., Куприянов Д., Галка М., Ростанец Д., Хаханова К., Стойко Т., Пастухрова Ю., Фатюнина Ю., Комаров А., Бабешко К., Макарова А., Салдаев Д., Зазовская Э., Добровольская М., Тиунов А.В..
Peatland development, vegetation history, climate change and human activity in Valdai Uplands (Central European Russia) during the Holocene: A multi-proxy palaeoecological study
Diversity, Vol. 12. № 12. Art. № 462. (год публикации - 2020)
10.3390/d12120462
3.
Бабешко К., Шкурко А., Цыганов А., Северова Е., Галка М., Пейн Р., Маукой Д., Мазей Н., Фатюнина Ю., Краснова Е., Салдаев Д., Воронов Д., Зазовская Э., Мазей Ю.
A multi-proxy reconstruction of peatland development and regional vegetation changes in subarctic NE Fennoscandia (the Republic of Karelia, Russia) during the Holocene
Holocene, doi: 10.1177/0959683620972795 (год публикации - 2021)
10.1177/0959683620972795
4.
Цин Я., Ли Х., Мазей Ю., Курьина И., Свиндлес Г., Бобров А., Цыганов А., Гу И., Хуан С., Сюй Д., Ламентович М., Марциш К., РОланд Т., Пейн Р., Митчелл Э., Сие Ш.
Developing a continental-scale testate amoeba hydrological transfer function for Asian peatlands
Quaternary Science Reviews, Vol. 258. 106868 (год публикации - 2021)
10.1016/j.quascirev.2021.106868
5.
Цыганов А., Заров Е., Мазей Ю., Кульков М., Бабешко К., Юшковец Ю., Пейн Р., Ратклиф Й., Фатюнина Ю., Зазовская Э., Лапшина Е.
Key periods of peatland development and environmental changes in the middle taiga zone of Western Siberia during the Holocene
Ambio: A Journal of the Human Environment, Vol. 50. P. 1896-1909 (год публикации - 2021)
10.1007/s13280-021-01545-7