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 24-44-00094
НазваниеЛокальные адаптации кречетов к условиям существования в Арктике
Руководитель Соколов Александр Андреевич, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл
Конкурс №86 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (NSFC)
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-107 - Экология биосистем
Ключевые слова Адаптивная эколюция, Геном, Арктика, Кречет, Циркадный ритм
Код ГРНТИ34.35.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Адаптация является ключевой темой исследований в эволюционной биологии. Изучение приспособления животных к экстремальным условиям среды всегда было передовым направлением в изучении генетики животных и адаптивной эволюции. Предыдущие исследования задокументировали генетическую основу адаптации к условиям Арктики и Цинхай-Тибетском нагорья (ЦТН), однако то, как животные высоких широт адаптируются к экстремальным условиям Арктики, при существующем потоке генов между арктическими видами и видами ЦТН остается в значительной степени неизвестным. Для решения этой проблемы в качестве объекта исследований мы будем использовать обитающую в Арктике птицу - кречета (Falco rusticolus). Мы изучим генетические различия кречетов, на основе образцов собранных в основных районах их размножения в Евразийской Арктике, включая Кольский полуостров, Ямал и Чукотку. Кроме того, используя модель гибридизации кречета и балобана (Falco cherrug), которую мы недавно выявили, мы предполагаем определить варианты связанные с арктической адаптацией, и изучить влияние потока генов между двумя видами соколов на адаптация к условиям Арктики. Наконец, мы будем стремиться раскрыть генетические механизмы лежащие в основе адаптации птиц к арктическим низким температурам, полярным дню и ночи, а также пролить свет на роль интрогрессированных аллелей в реакции кречетов на глобальное потепление и установить ориентир для изучение эволюции животных и адаптаций к местным условиям.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Основной упор в первый год выполнения проекта мы сделали на организацию и проведение интенсивных полевых работ. В течении нескольких месяцев (с середины апреля до начала августа) нам удалось осуществить девять экспедиций в труднодоступные и малонаселенные районы гнездования кречета на территории севера Западной Сибири, в которых участвовали все исполнители проекта, а также наши китайские партнеры.
В 2024 г. мы охватили экспедициями несколько районов гнездования кречета. В предгорьях Полярного Урала мы проверяли все известные нам гнездовые участки кречета в период откладки яиц (апрель-май), и в период, когда в обычные годы кречеты выкармливают птенцов (вторая половина июня). В период с 18 июня по 1 августа мы детально обследовали бассейн среднего течения р. Щучья на южном Ямале. За время этого полевого выезда проверили более 20 гнездовых участков. Согласно заявленному плану, мы, также, дважды проинспектировали все мосты самой северной железной дороги в мире “Обская-Карская” к северу от самого северного известного гнезда кречета в естественных условиях.
Необходимо отметить, что фенологически, весна 2024 была очень затяжной. Отрицательная температура воздуха, частые снегопады и сильные ветра продолжались вплоть до третьей декады июня по всему району работ. Этот факт негативно повлиял на размножение кречетов в 2024 г. В период откладки яиц много пригодных для размножения кречетов гнездовых построек находились под толстым слоем снега или льда.
В результате проведенных экспедиций мы выяснили занятость гнездовых участков кречета и оценили успех размножения птиц в упомянутых трех районах. В предгорьях Полярного Урала было занято 87,5% гнездовых участков этих краснокнижных соколов, а их успех размножения, рассчитанный как общее число гнезд, обнаруженных весной к числу гнезд «выживших» до конца июня, составил 25%. На южном Ямале, из проверенных нами 26 гнездовых участков было занято 46,2%. На мостах железной дороги мы встретили рекордное количество взрослых птиц за все годы наших наблюдений начиная с 2016 г.(https://vk.com/video-42871045_456242164?t=7s). Они были обнаружены более чем на половине (55%) всех мостов, на которых есть гнездовые постройки ворона, где кречет может выводить свое потомство. На этих техногенных объектах в 2024 г. птенцы выжили в 22,2% гнезд кречета. Благодаря двукратной проверке мостовых переходов и данным с установленных нами фотоловушек нам удалось выяснить, что главной причиной гибели кладок кречета на мостах стала затяжная весна.
Одной из важных задач проекта был сбор образцов биологического материала кречетов для генетических исследований.
Благодаря поддержке РНФ, уже в первый год осуществления проекта, мы значимо расширили географию наших орнитологических экспедиций, объединили несколько ученых, работающих до проекта независимо, в единый коллектив исполнителей, и смогли сформулировать обобщения результатов экспедиционных работ на новом уровне. Таким образом, мы не просто смогли собрать запланированное количество уникальных образцов от редкого вида соколов для генетических исследований, но впервые смогли объединили результаты гнездования кречета в разных условиях на огромном участке его ареала на севере Западной Сибири. Нами была создана единая база данных гнездовых участков кречета, которая будет использована при дальнейших исследованиях.
Как мы уже упоминали, в полевых работах принимали участие и наши партнеры из Китая. Для лидера и основного исполнителя коллектива наших партнеров это была первая поездка в Россию и в Арктику. Благодаря успешному сбору, консервации, и импорту полученных образцов для генетического анализа, нашим партнерам удалось начать работы по его обработке.
Китайские партнеры начали анализировать генетические различия между кречетами по образцам собранным из основных районов гнездования в российском секторе Арктики. Для анализа образцов они использовали полное секвенирования генома. После фильтрации данных секвенирования они получили более 20 Гб данных для каждого образца. Для последующего популяционного геномного анализа отфильтрованные данные сопоставили с референсным геномом кречета, а однонуклеотидные полиморфизмы идентифицировали с помощью набора инструментов для анализа генома (GATK). Мы предварительно сравнили популяционную структуру кречетов из трех разных частей его ареала. Результаты показали четкое расхождение между популяциями кречетов Кольской и Чукотской ветвей, но со смешанной структурой особей Ямала. Мы дополнительно реконструировали историю различных популяций кречета и обнаружили, что эффективный размер популяции (Ne) всех трех популяций резко сократился около 300 000 лет назад. Это временное «бутылочное горлышко» явилось причиной низкого нуклеотидного разнообразия в популяциях кречетов и высокого коэффициента инбридинга по сравнению с их близким родственным видом — балобаном.
Публикации
1. А.А. Соколов, В.А. Соколов, И.А. Фуфачев, Н.А. Соколова Локальные адаптации кречетов (Falco rusticolus) к условиям существования в Арктике Фундаментальные и прикладные аспекты адаптации живых организмов к изменяющимся условиям окружающей среды севера: исследования, инновации, перспективы, Соколов А.А. Локальные адаптации кречетов (Falco rusticolus) к условиям существования в Арктике / А.А. Соколов, В.А. Соколов, И.А. Фуфачев, Н.А. Соколова // Фундаментальные и прикладные аспекты адаптации живых организмов к изменяющимся условиям окружающей среды севера: исследования, инновации, перспективы. - Петрозаводск, 2024. - С. 48 (год публикации - 2024)
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2025 году был завершен второй год полевых исследований в рамках проекта, посвященного изучению адаптаций краснокнижного кречета в Арктике. Экспедиционные работы охватили ключевые районы гнездования вида на полуострове Ямал: восточные предгорья Полярного Урала, бассейн реки Щучья и участок вдоль железнодорожной трассы Обская–Карская (https://ipae.uran.ru/node/1649). Общий объем работ составил более 5 тысяч километров пройденных маршрутов и около 3 тысяч квадратных километров обследованной территории. За сезон проверено 77 гнездовых участков, обнаружено 31 жилое гнездо и зафиксировано не менее 64 взрослых особей. Для сбора данных активно применялось современное оборудование. Беспилотные летательные аппараты использовались для эффективного и безопасного осмотра гнезд, расположенных на скалах, деревьях и высотных мостовых конструкциях, что позволило минимизировать беспокойство птиц. Автоматические фотоловушки предоставили уникальные данные по фенологии размножения. Современная фототехника применялась для детальной регистрации особенностей окраса и фенотипа взрослых кречетов с целью создания фотоархива, который станет основой для будущего изучения филопатрии, то есть привязанности птиц к конкретным территориям.
Основным научным результатом года стал сравнительный анализ репродуктивных показателей кречета за два года наблюдений, 2024 и 2025, которые резко контрастировали по фенологическим условиям. В 2024 году весна была исключительно поздней и многоснежной, что привело к низким показателям успешности гнездования. В 2025 году весенние процессы протекали в сроки, близкие к среднемноголетней норме. Благодаря проекту удалось количественно зафиксировать размах ключевых популяционных показателей между этими контрастными сезонами. Во всех трех районах в 2025 году был зафиксирован значительный рост репродуктивных показателей. В предгорьях Полярного Урала и на железнодорожных мостах успех размножения вырос более чем в три раза. В бассейне реки Щучья количество найденных жилых гнезд увеличилось вдвое по сравнению с предыдущим годом. При этом данные мониторинга показали, что относительная численность основного кормового ресурса кречета, белой и тундряной куропатки, оставалась стабильно и достаточно высокой в оба сезона, что объясняет сравнимую и высокую занятость гнездовых участков. Таким образом, резкий контраст в репродуктивном успехе при сравнимой за два года кормовой базе однозначно указывает на первостепенную роль благоприятных погодных условий в период насиживания и выкармливания птенцов.
Важным результатом стало и продолжение многолетнего мониторинга уникальной группировки кречетов, гнездящихся на индустриальных объектах железной дороги (https://t.me/artyukhov_da/4836). Анализ данных, которые коллектив начал собирать с 2016 года и которые были систематизированы в рамках текущего проекта, показывает устойчивую положительную динамику. Наблюдается рост числа занятых гнезд, и в 2025 году впервые жилое гнездо кречета было найдено в пределах естественного гнездового ареала вида, на широтах, где располагаются и природные гнездовья. Это указывает на продолжающееся освоение кречетами новых индустриальных объектов. Созданный в ходе работ детальный фотоархив станет основой для будущих исследований индивидуальной узнаваемости птиц и их филопатрии.
Проведенные работы и полученные результаты позволяют лучше понять механизмы влияния климатической изменчивости на популяционную динамику редкого арктического хищника. Собранные данные представляют ценность для долгосрочного мониторинга состояния популяции кречета на Ямале и могут быть использованы как научная основа для планирования природоохранных мероприятий, включая установку искусственных гнездовий. Полученные за два года данные наглядно демонстрируют, что системные многолетние исследования являются наиболее надежным инструментом для получения достоверных сведений, необходимых для сохранения биоразнообразия арктических экосистем.
Публикации
1.
Соколова Н.А., Фуфачев И.А., Киряков А.А., Соколов А.А.
Новые встречи кречета на севере полуострова Ямал (Ямало-Ненецкий автономный округ)
Фауна Урала и Сибири (год публикации - 2024)
10.5281/zenodo.14556016
2.
Соколова Н.А., Фуфачев И.А., Соколов А.А.
Оценка плотности куропаток (Lagopus spp.) как основного пищевого ресурса кречета (Falco rusticolus) в осенний период на Ямале
Юг России: экология, развитие, Юг России: экология, развитие. 2025;20(3):82-92. https://doi.org/10.18470/1992-1098-2025-3-7 (год публикации - 2025)
10.18470/1992‐1098‐2025‐3‐7
3.
Онучина Ю.Е., Соколов А.А., Соколов В.А.
Динамика гнездования кречета на инфраструктурных объектах полуострова Ямал за 2016–2023 год
Альфа Принт, Екатеринбург, Экология: факты, гипотезы, модели : материалы конф. молодых ученых, 14–18 октября 2024 г. / Институт экологии растений и животных УрО РАН; редкол.: А.Н. Созонтов и др. — Екатерин-
бург: Альфа Принт, 2024. (год публикации - 2024)
10.5281/zenodo.14748717
4. Соколов А.А., Соколова Н.А., Фуфачев И.А., Соколов В.А. Проект "Северные соколы" Устойчивое развитие в Ямало-Ненецком автономном округе: отчет о результатах и ключевые направления концепции. Правительство ЯНАО. 629008, Ямало-Ненецкий автономный округ, г. Салехард, проспект Молодежи, дом 9, стр. 196 (год публикации - 2025)