Известия Российской академии наук. Серия биологическая

Настоящий номер журнала “Известия РАН. Серия биологическая” посвящен Юрию Георгиевичу Пузаченко, выдающемуся экологу и географу. В представленном сообщении мы попытались проследить этапы научного пути Юрия Георгиевича и выделить ключевые области его научного интереса: организацию и функционирование сложных самоорганизующихся неравновесных систем – биогеоценозов и ландшафтов, различные аспекты биоразнообразия, отношения вида и среды. Представленные в статьях настоящего выпуска исследования посвящены трем данным направлениям.

Одной из важнейших задач в современной теории экологии является формализация экологической ниши. Развитие методов пространственного анализа и доступность глобальных баз данных по биоразнообразию и параметрам окружающей среды предоставляют беспрецедентную возможность для комплексного учета компонентов экологической ниши в рамках корреляционного подхода к моделированию. В работе представлены способы формализации биотических, пространственных (доступность среды) и антропогенных ограничений распространения биологических объектов (компонентов экологической ниши) при построении SDM (Species distribution modeling) и ENM (Ecological niche modeling) моделей.

На основании многолетних (2010–2014 гг.) исследований, выполненных в лесных экосистемах Центрально-Лесного биосферного заповедника, при помощи факторного анализа (ENFA) построены две модели пространственной ниши рыжей полевки (Myodes glareolus Schreber, 1780). Модели с достаточным уровнем качества характеризуют особенности ниши вида. Результаты моделирования позволяют на разных уровнях (масштабах) организации пространства описать структуру оптимального местообитания для рыжей полевки в мозаичных южно-таежных лесах.

Экологические условия могут влиять на индивидуальное развитие организмов и морфологическую изменчивость на уровне популяций. Размеры и пропорции черепа и нижней челюсти у неполовозрелых бурозубок (Sorex araneus, S. caecutiens, S. minutus), отловленных в августе на зарастающих вырубках в средней тайге на северо-востоке Европы, зависели от стадии динамики численности. На фоне высокой встречаемости в отловах, наблюдалось статистически значимое уменьшение измерений черепа и челюсти, а многомерные морфологические ниши, соответствующие разным стадиям встречаемости, были существенно разобщены. Параметры морфологического разнообразия (энтропия и мера самоорганизации) находилась в зависимости от амплитуды колебаний встречаемости видов, но варьировали в пределах, характерных для млекопитающих. Наряду с “феноменом Денеля”, естественные флуктуации численности могут быть одним из главных факторов, определяющих характер динамики индивидуального развития и пространственно-временной изменчивости морфологического разнообразия бурозубок.

Проведено исследование генетической и морфологической изменчивости южной формы европейской хромосомной расы малой лесной мыши Apodemus (Sylvaemus) uralensis (Pallas, 1811) на Северном Кавказе. Результаты анализа последовательностей фрагмента гена цитохрома b митохондриальной ДНК малой лесной мыши из 9 географических выборок Западного, Центрального и Восточной частей Северного Кавказа свидетельствуют о низкой степени их генетической обособленности при относительно высоком разнообразии гаплотипов. Анализ морфологической изменчивости выявил высокое многообразие, включающее три морфологические группы. Представители всех трех или двух групп обнаружены в одних и тех же географических выборках, но их распределение не соответствует гипотезе о случайной встречаемости. На основании косвенных свидетельств, сформулированы гипотезы о возможных причинах наблюдаемых особенностей регионального биологического разнообразия малой лесной мыши, требующих верификации в процессе будущих исследований. В частности, высказано предположение о существовании в позднем плейстоцене (130–11.7 тыс. кал. л. н.) нескольких изолированных популяций на северном макросклоне Большого Кавказа, которые могли быть источниками для биологического разнообразия вида в голоцене.

По результатам применения метода “анализа горячих пятен” по материалам 51 космоснимка Landsat на примере участка “Буртинская степь” заповедника “Оренбургский” описана динамика ареалов положительных аномалий фитомассы относительно окрестности радиусом 300 м. Цель исследования – установить зависимость изменчивости ареалов повышенной фитомассы от ландшафтной структуры и гидротермических условий. Установлено, что переключение фитоценозов переходных зон от степного к луговому типу функционирования обеспечивается варьированием соотношения ксерофитов и мезофитов в зависимости от колебаний гидротермических условий. Повторяемость и площадь положительных аномалий фитомассы в днищах лощин коррелирует с их площадью на частично залесенных склонах, что указывает на позитивную роль лесной растительности в устойчивости притока влаги в днища. В обезлесенных водосборах солнечных склонов площадь положительных аномалий фитомассы определяется запасом снеговой влаги, а в водосборах северных склонов – осадками теплого периода. Решающее значение для наиболее устойчивых положительных аномалий фитомассы имеют показатели конвергенции влаги и вогнутость рельефа, а не площадь водосбора.

Исследовано отображение гранулометрического состава и цвета почвы по шкале Манселла, измеренных до глубины 135 см c интервалом 5 см на трансекте (длина 6 км) с шагом 20 м, в гиперспектральных данных прибора Гиперион (Hyperion) для 9 сроков измерений с января по сентябрь. Получено, что съемка за 24 мая наиболее связана со всеми рассматриваемыми характеристиками. Для гранулометрического состава наибольшие связи отмечаются для глубин 7–15, 45, 75 и 120 см; для оттенка цвета – 3–10 и 95–135 см; для яркости цвета – 7–15, 25–30 и 65–70 см; для насыщенности цвета – 7–10, 40–50, 75 и 100 см. Гранулометрический состав почвы наиболее связан с длинами волн 579–702 и 529 нм, оттенок цвета – 641–691 нм, яркость цвета – 569–702 и 518–539 нм, насыщенность цвета – 569–702, 508–529 и 732–763 нм.