Проект направлен на изучение возможностей применения методов анализа экологической ДНК (eDNA) в водной среде для мониторинга видового разнообразия и численности водоплавающих птиц.
Научная значимость проекта определяется отсутствием достаточной методической и экспериментальной базы для применения eDNA как инструмента анализа видового разнообразия и численности водоплавающих птиц. При этом, внедрение данного метода в практику изучения биоразнообразия орнитофауны представляет особую актуальность для реализации программ экологического мониторинга в труднодоступных северных регионах, в том числе при реализации нефтегазовых проектов. Кроме того, использование метода eDNA открывает новые перспективы в изучении редких и малочисленных видов птиц, идентификация которых в природных сообществах затруднена.
Основной задачей данного исследования является разработка, апробация и оценка эффективности методов, основанных на детекции видоспецифичных последовательностей eDNA в воде, для видовой и количественной идентификации перелетных водоплавающих птиц в условиях большого мелководного водоема. Работа будет проводиться в акватории Свирской губы Ладожского озера, которая входит в список ключевых орнитологических территорий международного значения.
Научная новизна исследований: За последнее десятилетие новое направление в изучении биоразнообразия водных и околоводных экосистем, связанное с использованием eDNA, получило широкое распространение в исследованиях ихтиофауны (Valdez-Moreno et al., 2019; Wang et al., 2020), амфибий (Eiler et al., 2018; Hobbs et al., 2019) и беспозвоночных (Klymus et al., 2017; Clusa et al., 2017 Friebertshauser et al., 2019; West et al., 2020). Подходы, основанные на анализе eDNA, быстро развиваются и входят в практику научных групп и экологических организаций по всему миру. Однако использование eDNA для изучения водоплавающих птиц остается практически не разработанной тематикой (Mojica et al., 2021). К настоящему моменту по этому направлению опубликовано всего четыре статьи (Ushio et al., 2018; Schutz et al., 2020; Neice, McRae, 2021), и все они касаются методических вопросов, связанных с изучением eDNA птиц в небольших закрытых водоемах или болотах. При этом указания на успешную регистрацию eDNA птиц присутствуют в ряде работ,
направленных на изучение глобального биоразнообразия морских и пресноводных экосистем (Fernandez et al., 2018; Leduc et al., 2019; Gold et al., 2021; Saenz-Agudelo et al., 2021; Mojica et al., 2021; Polanco et al., 2021). Совокупность опубликованных данных позволяет рассчитывать на возможность успешного применения данного подхода для изучения орнитофауны крупных пресноводных водоемов и прибрежных морских акваторий с высокой численностью водоплавающих птиц. В рамках запланированного исследования впервые предполагается оценить эффективность использования eDNA как самостоятельного инструмента экологического мониторинга водоплавающих птиц в условиях крупного пресноводного водоема (Свирская губа Ладожского озера). Достижимость этой цели обусловлена тем, что при выполнении Проекта запланирован контрольный визуальный учет видового состава и численности птиц на
акватории проведения работ. Полевые исследования предполагается проводить с участием квалифицированных специалистов-орнитологов (Д.А. Стариков; И.В. Демина, к.б.н.) на базе Ладожской орнитологической станции.
Многолетние мониторинговые наблюдения, проводимые здесь специалистами научного отдела Нижне-Свирского заповедника и Биологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ), позволили накопить знания и опыт, достаточные для успешной реализации полевого этапа экспериментов и последующего объективного сопоставления полученных результатов с данными классического мониторинга. Лабораторная часть запланированного Проекта будет реализована специалистами в области эволюционной биологии и молекулярной генетики птиц (А.Г. Демин, к.б.н.; С.А. Галкина, к.б.н.; Е.В. Платонова к.б.н.; A.Г. Давидьян) на базе Научного парка СПбГУ, оснащенного всем необходимым оборудованием. Коллектив имеет многолетний опыт успешной реализации
различных генетических проектов, том числе связанных с изучением ископаемой ДНК птиц (Dyomin et al. 2016; Галкина и др. 2016; 2017), близкой по своим характеристикам к eDNA.
Имеющийся у коллектива исполнителей научный задел по проекту:
Научная проблема, на решение которой направлен Проект, находится на стыке экологии и молекулярной генетики. Основные достижения по обоим направлениям отражены в следующих публикациях руководителя Проекта А.Г. Демина и исполнителей:
1. Barabanova, L., Galkina, S., Mikhailova, E. Cytogenetic study on the invasive species Gmelinoides fasciatus in the ecosystem
of the Gulf of Finland // Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom. 2019. 99(3), 611-618.
doi:10.1017/S0025315417001357;
2. Chetverikova R., Babushkina O., Galkina S, Shokhrin V., Bojarinova J. Special case among passerine birds: long-tailed tits
keep family bonds during migration // Behav Ecol Sociobiol. 2017. 71, 40. https://doi.org/10.1007/s00265-017-2268-6;
3. Demina I., Tsvey A. Total white blood cell counts but not HL ratio changes in the transition from post-juvenile molt to
autumn migration in the first-year Eurasian blackcap (Sylvia atricapilla) // J Exp Zool A Ecol Integr Physiol. 2021. doi:
10.1002/jez.2548;
4. Demina I., Tsvey A., Babushkina O., Bojarinova J. Time‐keeping programme can explain seasonal dynamics of leukocyte
profile in a migrant bird // Journal of Avian Biology. 2019. 50(7). https://doi.org/10.1111/jav.02117;
5. Dyomin A., Galkina S., Fillon V., Cauet S., Lopez-Roques C., Rodde N., Klopp C., Vignal A., Sokolovskaya A., Saifitdinova A.,
Gaginskaya E. Structure of the intergenic spacers in chicken ribosomal DNA // Genet Sel Evol. 2019. 26;51(1):59. doi:
10.1186/s12711-019-0501-7;
6. Dyomin A., Volodkina V., Koshel E., Galkina S., Saifitdinova A., Gaginskaya E. Evolution of ribosomal internal transcribed
spacers in Deuterostomia // Mol Phylogenet Evol. 2017. 116:87-96. doi: 10.1016/j.ympev.2017.08.015;
7. Dyomin A.G., Danilova M.I., Mwacharo J.M., Masharsky A.E., Panteleev A.V., Druzhkova A.S., Trifonov V.A., Galkina S.A..
Mitochondrial DNA D‐loop haplogroup contributions to the genetic diversity of East European domestic chickens from Russia
// Journal of Animal Breeding and Genetics. 2017. 134(2), 98-108. https://doi.org/10.1111/jbg.12248;
8. Ilgunas M., Palinauskas V., Platonova E., Iezhova T., Valkiunas G. The experimental study on susceptibility of common
European songbirds to Plasmodium elongatum (lineage PGRW6),a widespread avian malaria parasite // Malaria Journal. 2019.
18(1):290. https://doi.org/10.1186/s12936-019-2926-4.
9. Palinauskas V., Platonova E., Žiegytė R., Mukhin A. Dynamics of blood stage and sporozoite-induced malarial infections in
experimentally infected passerines // Int J Parasitol. 2020. 50(13):1057-1065. doi: 10.1016/j.ijpara.2020.05.015;
10. Platonova E., Aželytė J., Iezhova T., Ilgūnas M., Mukhin A., Palinauskas V. Experimental study of newly described avian
malaria parasite Plasmodium (Novyella) collidatum n. sp., genetic lineage pFANTAIL01 obtained from South Asian migrant
bird // Malar J. 2021. 10;20(1):82. doi: 10.1186/s12936-021-03588-3;