Научная проблема, на решение которой направлен проект:
Проблема устойчивого функционирования живых систем, связанная с эмерджентными механизмами поддержания структурно-функциональных иерархических связей в сообществах живых организмов на биогеоценотическом, популяционном и организменном уровнях.

Актуальность проблемы, научная значимость решения проблемы:
Сообщества живых организмов представляют собой многоуровневые иерархически организованные самонастраивающиеся системы. Сочетание биотических и абиотических компонентов природных биогеоценозов определяет сложную систему функциональных связей между организмами различных трофических уровней, их популяционными системами. Именно этот функциональный каркас определяет структурные особенности биоценоза, состоящего из множества компонентов, функционирование которых регулируется посредством массы как отрицательных, так и положительных обратных связей. На уровне биотического компонента ключевую роль в определении устойчивости биоценоза выполняют многоуровневые регулирующие взаимодействия на основе отношений симбиоза, паразитизма, гиперпаразитизма и хищничества, реализующиеся на основе сложных жизненных циклов, скоординированных в рамках биоценоза как в пространстве, так и во времени.
В любой подобной системе формируется сложная система структурно-функциональных связей, ответственных за поддержание и стабильность системы на всех ее уровнях – от индивидуального - организменного и до интегрального - биоценотического. Выявление и объяснение механизмов организации и поддержания этих связей является одной из наиболее сложных и комплексных научных проблем, лежащих на стыке дисциплин, изучающих во взаимосвязи абиотический и биотический компонент природных систем. В последние годы к ним добавился еще и медицинский аспект – функционирование и роль природных систем в рамках концепции “One Health” - междисциплинарного подхода, признающего, что здоровье людей, животных, растений и окружающей среды тесно взаимосвязаны («здоровье человека неотделимо от здоровья окружающей его среды»).
Одной из интереснейших особенностей организации природных систем является их «самоподобие», часто рассматриваемое как проявление фрактальности в определенном размерном диапазоне (например, Розенберг 2018, DOI: 10.15393/j1.art.2018.8406). Применительно к системе структурно-функциональных связей, это позволяет выдвинуть гипотезу о том, что структурно-функциональные связи на биогеоценотическом, популяционном и организменном уровнях в определённых своих аспектах основаны на одних и тех же базовых принципах и системных закономерностях. Выявление этих закономерностей на разных уровнях организации живых систем позволит предложить комплексные модели, объясняющие их развитие, становление и эволюцию и выявить общие закономерности, знание и использование которых в перспективе позволит нам направленно воздействовать и управлять подобными системами, а также вовремя предсказывать как исходящие от них вызовы и угрозы, так и распознавать и при необходимости купировать угрозы самим этим системам, возникающие как вследствие действия природных биотических и абиотических факторов, так и как результат различных антропогенных воздействий.
Объектом исследований в рамках предлагаемого проекта являются биоценозы арктических районов Российской Федерации. Арктические экосистемы функционируют в экстремальных температурных условиях, особом световом режиме полярных дней и ночей; они характеризуются наличием многолетней мерзлоты, а также низкой продуктивностью и высоким уровнем уязвимости. Эти экосистемы медленно восстанавливаются после нарушений, очень чувствительны к изменению климата и антропогенному воздействию. Зона распространения подобных экосистем составляет до 28% общей территории Российской Федерации, что делает их исследования чрезвычайно актуальной задачей. Относительная обедненность арктических сообществ представителями многих систематических групп организмов, а также функционирование вблизи экологических экстремумов, делает их весьма удобных объектом для поиска и выделения самых общих и ключевых структурно-функциональных механизмов, обеспечивающих устойчивость.
Понимание основ поддержания и функционирования природных сообществ, а также механизмов формирования биоразнообразия имеет неоспоримую фундаментальную и практическую значимость. Арктический регион имеет особое значение в сфере политических, экономических и научных интересов РФ, что неоднократно отмечено в Указе о стратегии НТР РФ (стр.8, п.15ж; стр.10, п.20е). Исследования функциональных связей в арктических сообществах, адаптационного потенциала организмов арктических биоценозов сделает возможным прогнозирование последствий тех или иных локальных изменений для экосистем (изменение численности отдельных видов вследствие промысловой деятельности, появление видов-вселенцев, в том числе потенциально патогенных видов). Анализ структуры и динамики сообществ на разных промежутках времени является с одной стороны основой для реконструкции биологической и геологической истории Арктического региона, с другой – возможностью для долгосрочного прогнозирования его будущего (актуальность этого вопроса для деятельности РФ в Арктическом регионе подчеркнута в Указе о стратегии НТР РФ (стр.10, п.22). Исследование сезонной динамики на уровне отдельных организмов, сообществ организмов, а также их взаимодействий имеют особое значение для зон полярных акваторий, где в последнее время динамично изменяются климатические показатели, так как арктическая среда обитания меняется в результате глобального потепления и “атлантификации”. Это позволяет рассматривать арктические экосистемы как информативный объект для решения как фундаментальных задач о динамике сообществ живых существ, так и практических задач прогнозирования климатических изменений.

Конкретная задача в рамках проблемы, на решение которой направлен
проект, ее масштаб:
Задача исследования – выделение и объяснение ключевых структурно-функциональных механизмов, обеспечивающих устойчивость арктических экосистем на разных уровнях их организации. Решение этой задачи критически важно для формирования комплексного представления о «запасе прочности» арктической биоты, необходимого для стратегического планирования устойчивого развития Арктической зоны РФ.

Для ее решения предложен проект, состоящий из нескольких взаимосвязанных модулей, направленных на изучение поставленных выше проблем на различных уровнях организации живых систем и у различных групп живых существ. Таким образом мы полагаем возможным охватить широкий спектр механизмов и закономерностей и проверить нашу базовую гипотезу о том, что многие процессы, происходящие в сообществах системно аналогичны на различных уровнях живых систем, и могут быть описаны сходными моделями, реализуемыми на основе разных, иногда весьма несходных механизмов. Для выполнения исследований выбраны три основных «модельных» группы организмов:

(1)Мшанки (Bryozoa). Это - широко распространенная в донных биоценозах арктических морей группа колониальных эпибионтов-фильтраторов, демонстрирующая широкий спектр вариантов интеграции колоний и репродуктивных паттернов. На примере модельных представителей этой группы будут исследованы интегрирующие механизмы в колониях беспозвоночных животных на организменном, популяционном и биоценотическом уровнях. Решение данной задачи представляется крайне важным для понимания общих закономерностей совместного существования зооидов в колонии, роли представителей Bryozoa в арктических сообществах, конвергентной эволюции репродуктивных стратегий у Metazoa. На базе этих модельных объектов предусмотрено решение следующих задач:

1.1. Будут исследованы морфологические и функциональные закономерности интеграции зооидов в колониях мшанок. Основной задачей в рамках этого раздела проекта является выявление специфики организации и функционирования интегрирующей транспортной системы у колониальных беспозвоночных на примере представителей всех трех классов типа Bryozoa. Данный тип беспозвоночных животных вызывает в этом отношении особый интерес, поскольку (i) зооиды в колонии мшанок обладают достаточно высокой степенью морфологической изоляции; (ii) колонии многих представителей включают гетерозооиды, которые отличаются по строению и выполняемым функциям и, в большинстве случаев, не могут самостоятельно питаться; (iii) для морских мшанок характерны закономерно повторяющиеся циклы дегенерации-регенерации полипидов, во время которых зооиды не питаются. Решение данной задачи для колоний с высокой степенью морфологической изоляции зооидов даст возможность выявить закономерности в проявлении интеграции колоний, относящихся к разным уровням организации.
1.2. Реконструкция основных направлений и закономерностей эволюции репродуктивных стратегий представителей Bryozoa в контексте эволюции жизненных циклов у водных беспозвоночных в целом. В рамках этих работ будет проведена реконструкция сценариев, воссоздающих этапы эволюции репродуктивных стратегий у представителей всех трех классов типа Bryozoa. В ходе проекта будут изучены ключевые аспекты полового и бесполого размножения у ряда неисследованных видов мшанок: оогенез, вынашивание, экстраэмбриональное питание, рост и фрагментация колоний на разных стадиях их жизненного цикла

(2)Протисты (Protista) и микрометазои (Micrometazoa) наземных местообитаний. В рамках этих работ модельной группой микрометазоев выбраны тихоходки (Tardigrada) – группа, отличающаяся исключительным разнообразием в арктических местообитаниях, представители которой распространены в Арктике повсеместно вплоть до высокоширотных островных местообитаний. По своим размерным характеристикам представители Tardigrada сопоставимы с крупными видами протистов, представляя эволюционный пример крайней миниатюризации многоклеточного тела. Необходимо отметить, что обе представляемые модельные группы характеризуются исключительно слабой изученностью видового состава в арктическом регионе, что делает предлагаемые исследования вдвойне актуальными. На базе этих модельных групп предусмотрено решение следующих задач:

2.1. Выявление взаимосвязей и соотношения глобальных и локальных факторов фауногенеза в ходе эволюции фауны почвенных микрометазоа.

Исследование видового разнообразия арктических территорий России представляет особый интерес с точки зрения зоогеографии и формирования локальных фаун микрометазоа. В рамках этих исследований будет изучено видовое разнообразие, характер распределения видов в локальных местообитаниях и зоогеографические связи фауны арктических тихоходок. Эти данные могут быть использованы для выявления уникальных реликтовых фаунистических комплексов и для принятия обоснованных решений о создании особо охраняемых природных территорий, что является крайне актуальной задачей в рамках работ по сохранению биологического разнообразия России. Эти исследования будут выполнены в тесном сотрудничестве со специалистами Института Наук о Земле. Эта кооперация позволит, в частности, охарактеризовать субстраты, с которых получены данные о видовом разнообразии и проанализировать корреляции между составом видовых комплексов и физико-химическими параметрами субстратов.

2.2. Изучение генетической структуры и механизмов формирования и функционирования арктических популяций представителей агамных групп Amoebozoa и выявление особенностей протекания этих процессов в условиях Арктики. В рамках этих работ поставлены задачи по:

(2.2.1.) Выявлению "скрытого разнообразия" Amoebozoa в арктических местообитаниях;
(2.2.2.) Изучению генетической структуры вида у представителей амебоидных протистов классов Tubulinea, Discosea и Variosea и
(2.2.3.) Разработке модели организации и функционирования локального протозойного сообщества как метапопуляции протистов на территории Арктики.

Амебоидные протисты являются фундаментальным компонентом водных и почвенных экосистем, составляя до 70% разнообразия микроэукариот и активно регулируя численность бактерий, грибов и водорослей путем разрушения биопленок. Помимо ключевой трофической роли, они представляют серьезную медицинскую угрозу как патогены и как векторы более чем 100 патогенных видов бактерий. Показано, что амебы – это уникальные «плавильные котлы» эволюции, способствующие коэволюции и горизонтальному переносу генов у устойчивых к амебам бактерий (ARB). В этом отношении изучение Amoebozoa арктических регионов также приобретает мультидисциплинарный аспект в рамках концепции One Health, и поэтому в проекте участвуют специалисты медицинского факультета СПбГУ, задачей которых является оценка опасности исходящей от микроорганизмов, переносимых и высвобождаемых во внешнюю среду амебами.

(3)Микробиом – один из ключевых биоценотических компонентов. Без оценки разнообразия прокариотных микроорганизмов невозможно оценить биогеохимические циклы, являющиеся основой любого биоценотического комплекса. Наряду с оценкой «средового» микробиома проект затрагивает важнейший аспект взаимодействия микробиома и «макроорганизмов» в биоценозе. В рамках концепции «холобионта» будут рассмотрены функциональные связи между ассоциированной с макроорганизмами микробиотой и организмами «хозяев» - массовых видов морских беспозвоночных. Это позволит оценить степень облигатности отдельных ассоциаций и указать экологическую роль микробиомов в определении существенных функциональных свойств макроорганизмов. Соответтвенно, поставлена задача:
- выявить функциональную значимость микробиомов для макроорганизмов арктических прибрежных сообществ в контексте сезонных изменений.

Исследование сезонной динамики микробиомов на уровне про- и эукариотических организмов, а также их взаимодействий, имеют особое значение для зон полярных акваторий, где в последнее время динамично изменяются климатические показатели. В приполярных регионах эти изменения наиболее выражены и должны формировать отчетливые сезонные профили прокариот, отражающие перестройку функциональных связей в сообществах живых организмов. Как и в предыдущей задаче, исследование также приобретает мультидисциплинарный аспект. Специалисты ИНОЗ будут участвовать в химическом анализе субстратов, с которых будут выделяться пробы для метагеномного анализа. Специалисты Медицинского факультета СПбГУ примут участие в анализе метагеномных данных с точки зрения поиска и идентификации потенциально опасных для человека видов микроорганизмов.

(4) Важнейший аспект функционирования сложных многокомпонентных биценотических систем – циркуляция в них паразитических организмов, жизненные циклы которых по сути являются интегральными элементами, определяющими и устойчивость, и координированную динамику компонентов биоценоза. Одна из наиболее широко распространенных групп паразитических организмов в арктических биоценозах – трематоды (Trematoda). Трематоды являются уникальным объектом для исследования особенностей реализации сложных жизненных циклов, паразито-хозяинных взаимоотношений, морфогенетических перестроек и тканевой пластичности хозяев. Для жизненного цикла трематод характерна смена амфимиктического и партеногенетических поколений, он включает морфологически очень разные стадии, которые обладают специализированной локомоторной и поведенческой активностью. Разные стадии жизненного цикла трематод имеют разных хозяев, поэтому реализация их жизненных циклов особенно тесно связана с регуляцией и стабильностью экосистемы в целом. С точки зрения фундаментальной биологии, знание их биоразнообразия и морфологии позволяет расширять наши представления об эволюции, тканевой пластичности, механизмах адаптации трематод как представителей эволюционно древней и очень разнообразной группы животных. В то же время, трематоды как компоненты экосистем являются патогенами человека и животных, зачастую они наносят урон в производстве и заготовке пищепродукции (например, при вылове рыбы, нагуле скота). В рамках проекта при изучении трематод в экосистемах арктических регионов поставлена следующая задача:

- Изучить разнообразие двух семейств (Opecoelidae, Laterotrematidae) трематод, широко распространенных в арктических и субарктических областях Северо-Запада России. Проследить филогенетические связи между маритами, церкариями и партенитами, реконструировать их жизненные циклы и проанализировать морфологию этих видов на разных стадиях жизненного цикла.

Значимой компонентой в рамках этой задачи является особый акцент на «промежуточных стадиях» жизненных циклов трематод. Получение данных о строении и молекулярной филогении партенит и церкарий позволит проводить экспресс-оценку паразитофауны региона неинвазивными методами, т.е. без сбора окончательных хозяев – позвоночных животных, многие из которых могут входить в перечни видов, защищенных законодательством РФ. Понимание спектра хозяев трематод и способов передачи инфекции от одного хозяина к другому помогут разобраться в процессах интеграции и регуляции сложных паразито-хозяинных систем арктического региона РФ. Как и в предыдущих задачах, в проект будут вовлечены специалисты ИНОЗ (для оценки физико-химических параметров изучаемых систем) и специалисты Медицинского факультета СПбГУ, задачей которых является выявление потенциально опасных видов паразитов и исходящих от них рисков.

Научная новизна поставленной задачи, обоснование достижимости
решения поставленной задачи и возможности получения запланированных
результатов:
Результаты, которые планируется получить в рамках заявляемого проекта по каждому из очерченных выше направлений характеризуются высокой степенью новизны, и в итоге позволят нам сформировать целостное современное понимание организации и механики регуляции сообществ организмов в изучаемых экосистемах. Подавляющая часть поставленных задач являются пионерскими для своих областей знания, или существенно расширяют диапазон применяемых методов и подходов с внедрением новых для рассматриваемых областей методов исследований. Существенно новым аспектом работы является междисциплинарный подход с участием специалистов четырех разных подразделений СПбГУ (Биологический факультет, ИНОЗ, Медицинский факультет и Академическая гимназия), в результате которого помимо традиционных данных экологического и биологического плана будут получены результаты, касающиеся физико-химических параметров и взаимодействия этих факторов с организмами в изучаемых сообществах а также данные о потенциальных рисках, исходящих от сообществ микроорганизмов и паразитических групп организмов в рамках концепции One Health.

В рамках проекта каждое из направлений исследований отличается существенным уровнем новизны, а два из них (изучение микробиома и анализ паразитофауны) предлагают пионерские исследования, не имеющие аналогов и существенно расширяющие наши взгляды на исследуемые процессы и явления. Необходимо отметить, что проект основывается на тех модельных группах арктических организмов и развивает ту проблематику, по которым СПбГУ является безусловным лидером по исследованиям в России, а в некоторых случаях, и в мире. Большинство изучаемых проблем сформулированы впервые или нуждаются в новых подходах и методах для решения поставленных вопросов. В частности, в ходе реализации проекта:

Будут впервые выявлены структуры, обеспечивающие транспорт питательных веществ в колониях мшанок и исследовано их строение. Будут изучены ключевые аспекты полового и бесполого размножения у ряда видов мшанок: оогенез, вынашивание, экстраэмбриональное питание, рост и фрагментация колоний на разных стадиях их жизненного цикла. Полученные в ходе проекта результаты будут положены в основу широкого эволюционного анализа репродуктивных структур, особенностей их формирования и функционирования. Впервые будет осуществлен сравнительный транскриптомный анализ ростовых процессов в колониях мшанок и предпринята попытка обнаружить в них стволовые клетки. Полученные данные позволят нам составить комплексную картину интеграции и жизнедеятельности колонии,

В рамках изучения сообществ одноклеточных и многоклеточных микроорганизмов, предлагаемое исследование является первым современным исследованием разнообразия тихоходок на территории арктического региона России и в этом отношении аналогов не имеет. Все фаунистические исследования, проводившиеся ранее основывались на анализе небольшого количества случайно отобранных проб. Полученные подобных образом данные не могут претендовать на полноту, в следствие чего сравнение фаун, проводимое на их основе, не является надёжным. В ходе работы впервые для этой группы беспозвоночных животных будут в широком масштабе применены молекулярно-генетические и электронно-микроскопические методы, что позволит всесторонне и глубоко проанализировать различные аспекты всего выявленного разнообразия таксонов тихоходок, не фокусируясь лишь на описании отдельных видов. Использование современных методов и подходов интегративной таксономии, основанной на разумном и сбалансированном сочетании морфологических, молекулярных и биологических данных позволит в комплексе решать задачи, связанные не только с изучением разнообразия и инвентаризацией таксономического состава тихоходок, но и изучить и по-новому взглянуть на проблемы филогении этой во многом загадочной группы организмов.

Изучение амебоидных протистов осложнено невозможностью наблюдать за их образом жизни напрямую и несовершенством классических методов культивирования, которые выявляют лишь малую часть реального разнообразия. Данный проект прежде всего направлен на доказательство существования масштабного «скрытого сообщества» Amoebozoa в арктических регионах с помощью новой, разработанной нами в ходе предшествующих исследований комбинации морфологических и молекулярных методов. В основе работы лежит гипотеза о разделении микроорганизмов на многочисленное «активное сообщество», обеспечивающее текущий круговорот веществ, и крайне разнообразное «пассивное сообщество», состоящее из покоящихся стадий. Такая структура гарантирует постоянный и устойчивый гомеостаз экосистемы: при смене внешних факторов виды из пассивного резерва мгновенно активируются, обеспечивая высокую устойчивость и функциональную избыточность биогеоценоза. Особенно высокая смена сообществ за относительно короткий промежуток времени, а значит и богатый «арсенал» покоящихся компонентов микрофауны, ожидается в регионах с выраженными, но быстро и резко сменяющими себя сезонами и состояниями местообитаний. Именно такие «калейдоскопы» условий часто наблюдаются в арктических регионах России. Кроме того, проект имеет прикладное значение для экологического мониторинга и санитарной обстановки, позволяя идентифицировать потенциальных переносчиков патогенных микроорганизмов и формировать метагеномный портрет различных арктических местообитаний.

Комплексное изучение сезонной динамики свободноживущих и ассоциированных с макрозообентосом микробных сообществ с использованием современных методов метагеномики является новым этапом в экологическом мониторинге северных морей. Достаточно большое число исследований отмечает важную роль прокариотной части сообществ, ее влияние на структуру и функционирование экосистемы на всех уровнях (Smetacek, 2002; Tara Ocean Foundation, 2022; Aalto et al., 2022; Priest et al., 2023). Мы планируем впервые в качестве оценочной характеристики элементов микробиома сообществ использовать не точечные пробы, а сезонные профили микробных сообществ. Это позволит эффективно сравнить средовые микробиомы и микробиомы массовых видов литоральных моллюсков разных трофических групп: фильтраторов (Mytilus spp.), микрососкребателей (Littorina spp., Testudinalia testudinalis) и хищников (Buccinum spp., Nucella lapillus). Анализ внутривидовой изменчивости микробиома включит оценку влияния трематодной инвазии. Мы оценим изменчивость микробиома при передаче по пищевым цепям — от свободных микроорганизмов и биопленок через моллюсков к хищникам, а также сопоставит изменчивость внутри одного трофического уровня (например, между разными видами микрогрейзеров). Это даст новый взгляд на таксономическое богатство и функциональные связи в арктических сообществах.
Впервые будет проведен сравнительный анализ микробиоты в экосистемах, различающихся по влиянию атлантических вод (Белое и Баренцево моря), что станет базой для прогнозирования последствий глобального потепления и экономической активности в Арктике.

Часть проекта, посвященная изучению паразитарного компонента арктических сообществ, представляет собой совершенно новый тип исследований. Новизна ее заключается в переходе от простой инвентаризации фауны к комплексному анализу морфофункциональных адаптаций и скрытого разнообразия трематод в Арктическом регионе. Впервые для семейств Opecoelidae и Laterotrematidae на Северо-Западе России будет применен интегративный подход, сочетающий молекулярно-филогенетический анализ разных стадий жизненного цикла (марит, партенит, церкарий) с детальным изучением их ультраструктуры с помощью электронной и конфокальной микроскопии. Это позволит не только выявить криптические виды, но и впервые связать генетическую дивергенцию с конкретными морфологическими адаптациями к паразитированию в разных хозяевах и на разных стадиях развития. Особую новизну представляет фокус на малоизученные партеногенетические поколения и церкарии: это позволит понять механизмы морфогенетических перестроек и тканевой пластичности, уникальные для Neodermata. Такой подход открывает возможность для реконструкции полных жизненных циклов без сбора окончательных хозяев, что особенно актуально в изучении биоразнообразия на особо охраняемых природных территориях. Кроме того, полученные данные о филогении исследуемых групп позволят по-новому взглянуть на пути формирования паразитофауны Арктики в контексте геологических и климатических изменений голоцена. Таким образом, проект вносит вклад в понимание общих закономерностей эволюции и экологической радиации паразитов в высоких широтах.

Благодаря долгосрочной работе в Арктическом регионе, коллектив авторов обладает масштабным опытом на всех этапах реализации проекта – от сбора материала до его обработки в лаборатории, в пробоподготовке, а также в биоинформатическом анализе данных. Авторы имеют значительный опыт в планировании исследований и публикации их результатов в высокорейтинговых журналах, поэтому формальная сторона реализации Проекта не вызывает сомнений. Авторы проекта имеют опыт реализации всех методических составляющих запланированной работы, что подтверждается многочисленными разносторонними публикациями. Все это не оставляет сомнений в достижимости решения поставленной задачи. В случае поддержания проекта, коллектив авторов будет иметь возможность реализовывать отдельные его этапы с использованием оборудования Научного парка СПбГУ. В совокупности с отработанными методиками сбора материала и его процессинга в оборудованных лабораториях гарантирует возможность получения запланированных результатов.

Современное состояние исследований по данной проблеме:
Исследование структурно-функциональных механизмов устойчивости арктических экосистем на различных уровнях организации (от молекулярно-генетического до ландшафтного) продиктовано беспрецедентной скоростью климатических изменений в высокоширотных регионах. В условиях климатической нестабильности критически важно определить «узловые точки» системы. Анализ иерархической структуры «самоподобных» природных систем позволяет установить, какие функциональные связи обеспечивает гомеостаз среды, а какие являются наиболее уязвимыми к антропогенной нагрузке. Ключевое значение в решении этих вопросов имеет выделение и объяснение структурно-функциональных механизмов, обеспечивающих устойчивость арктических экосистем на разных уровнях их организации.

На уровне сообществ организмов, структура во многом определяется спецификой контрастных стратегий полового размножения и жизненных циклов образующих их организмов. Парадигма r- и К-стратегий, описывающая жизненные циклы видов в биоценозах (Pianka, 1973), в настоящее время, тем не менее, рассматривается как континуум, демонстрирующий различные сочетания основных параметров размножения (оплодотворения, оогенеза, заботы о потомстве, личиночных типов, продолжительности жизни, числа поколений и др.) (Nekliudova et al., 2019; Shechenko et al., 2021). Наблюдаемая в природе комбинаторика признаков и их состояний предоставляет возможность реконструировать пути эволюции как самих репродуктивных стратегий, так и перечисленных выше составляющих этих стратегий (Ostrovsky, 2013, 2021). Особый интерес представляют собой так называемые «смешанные стратегии» (Pechenik, 1979; Caswell, 1981), которые могут рассматриваться, как некие промежуточные этапы между основными стратегиями (Bogdanov et al., 2022). Ввиду колоссального разнообразия жизненных циклов и репродуктивных паттернов беспозвоночных, данная тема, тем не менее, остается почти неизученной. Это же касается исследования морфогенетических механизмов и дифференцировки клеток, лежащих в основе процессов развития, роста и размножения у мшанок (Bogdanov et al., 2023).

Существенную часть обитателей водных экосистем прибрежных арктических регионов составляют колониальные организмы. Особенности организации и функционирования таких групп организмов нельзя не учитывать при анализе функционирования экосистемы. Колониальные организмы— это не просто сумма особей, а единые функциональные модули. В арктических сообществах колониальные виды часто выступают в роли «экосистемных инженеров». Создавая сложные пространственные структуры, они формируют среду обитания для сотен других видов. Колония обладает эффектом масштаба: общая сосудистая система (у многих видов) позволяет перераспределять ресурсы между активно питающимися и растущими частями. Это делает их гораздо более устойчивыми к «пятнистому» распределению пищи в Арктике, чем одиночных организмов. Оценка потоков энергии через систему будет неверной, если рассматривать колонии как отдельных особей.

Один из ключевых моментов в исследованиях колониальных организмов связан с проблемой интеграции колоний. При анализе интеграции колоний ключевое значение имеют морфологические и физиологические аспекты транспорта питательных веществ в пределах колонии, особенно у представителей, характеризующихся полиморфными колониями. Например, у мшанок колонии включают зооиды, которые отличаются по строению и выполняемым функциям и в большинстве случаев не способны самостоятельно питаться. Явление полиморфизма встречается у книдарий, мшанок и долиолид – в таксонах, относящихся к разным уровням организации и обладающих разным морфологическим базисом для формирования интегрирующих систем.
Транспорт питательных веществ в колониях мшанок исследован очень поверхностно; это касается как физиологических аспектов, так и морфологии структур, задействованных в обеспечении этого процесса. Для представителей класса Phylactolaemata, зооиды которых обладают неполными стенками, высказано предположение о возможности свободной циркуляции целомической жидкости в пределах колонии (Mukai et al., 1997; Gruhl et al., 2009; Shunatova, Tamberg, 2019; Schwaha et al., 2020, 2021). У представителей кл. Gymnolaemata стенки зооидов сплошные, и в них располагаются специализированные коммуникационные поры. Транспорт питательных веществ по колонии гимнолемат осуществляется посредством специализированной фуникулярной системы – разветвленной системы тяжей мезодермального происхождения, начинающихся от пищеварительной системы и достигающих коммуникационных пор (Ryland, 1970; Mukai et al., 1997). Строение как фуникулярной системы, так и коммуникационных пор было исследовано для очень ограниченного круга видов в основном с помощью светооптических методов (Silén, 1944; Bobin, 1958, 1962, 1977; Lutaud, 1961; Bobin &Prenant, 1968; Banta, 1969). Тонкое строение этих структур исследовано у отдельных видов (Lutaud, 1982; Shunatova et al., 2023; Shunatova, 2024; Shunatova, Zhidkov, 2025). У представителей кл. Stenolaemata зооиды связаны между собой посредством пор: либо простых, либо заполненных некими клетками (Ryland, 1970; Nielsen, Pedersen, 1979; Mukai et al., 1997; Nekluidova et al., 2021). Очевидно, что транспорт питательных веществ в колониях циклостомат имеет место, однако какие-либо гипотезы о возможных механизмах осуществления этого процесса в литературе отсутствуют.
Существует всего три экспериментальных исследования, касающихся проблемы транспорта веществ в колониях мшанок, все они были проведены с использованием метода авторадиографии (Best, Thorpe, 1985; Lutaud, 1985; Miles et al., 1995). Тем не менее, авторам удалось лишь подтвердить сам факт транспорта питательных веществ в пределах колонии и преимущественного их поступления к ее нарастающему краю. До сих пор ни механизм, ни конкретные транспортируемые вещества неизвестны.

Несмотря на малые размеры, микрометазои (Metazoa размером <0.5 мм) и протисты являются функциональным фундаментом морских и пресноводных экосистем Арктики. Благодаря коротким жизненным циклам и тесному контакту с окружающей средой, эти организмы образуют сложные цепи трофических и функциональных связей и реагируют на изменения в экосистемах гораздо быстрее макроформ. Анализ таксономического разнообразия этих групп позволяет выявлять ранние признаки деградации среды задолго до видимых изменений в крупных сообществах. Однако для подобного анализа необходимо прежде всего хорошее современное понимание таксономической структуры изучаемых групп организмов. В последние годы выяснилось, что наше представление о структуре видовых комплексов и распространении многих групп как в микро- так и в макро-масштабе основано на весьма грубых критериях выделения видов и во многих случаях не может быть признано корректным.

Так, данные по фауне арктических регионов России весьма фрагментарны и практически ограничиваются всего несколькими публикациями В.И. Бисерова, вышедшими в 80-90 годах прошлого века. Эти работы посвящены фауне тихоходок Таймыра и Новой Земли. Как и любые таксономические данные, полученные в период до широкого распространения методов молекулярной таксономии, они нуждаются в проверке и уточнении. Работы последних лет показали, что практически все исследованные «широко распространенные» виды тихоходок при молекулярно-генетическом исследовании оказались комплексами видов, родственные связи и реальное распространение которых ещё предстоит выяснить.

Протисты играют ключевую роль в функционировании биосферы, однако закономерности формирования их сообществ остаются малоизученными из-за отсутствия целостной модели организации и функционирования микробиома. Существующие биогеографические схемы, основанные на макроорганизмах, плохо применимы к протистам, в изучении которых десятилетиями конкурируют две концепции. «Модель повсеместности» (Fenchel and Finlay, 2004; Finlay et al., 1996) постулирует глобальное распространение микроорганизмов по принципу «все есть везде, но среда выбирает», тогда как «модель умеренного эндемизма» (Foissner, 2004, 2008) предполагает ограниченные ареалы, аналогичные таковым у макроорганизмов. Исследования почвенных и пресноводных сообществ часто подтверждают вторую точку зрения: например, лишь 6% видов почвенных раковинных амеб встречаются на всех континентах. Однако механизмы формирования таких сообществ существенно отличаются от механизмов формирования таковых на макроуровне: при первоначальном заселении биотопа преобладают стохастические процессы (до 65% вклада по Wang et al., 2020), и лишь позже ведущую роль начинают играть детерминистские факторы. Это позволяет выдвинуть гипотезу «потока видов» через местообитание, где динамическое равновесие поддерживается ротацией транзитных и локальных форм. Генетическая структура популяций голых амеб (Nassonova et al., 2010; Zlatogursky et al., 2016) также демонстрирует сочетание эндемичных и широко распространенных линий, что в целом соответствует модели умеренного эндемизма.

Прибрежные арктические морские сообщества отличаются высоким биоразнообразием, и сложной структурой функциональных связей (Johnston & Roberts, 2009; Barbier et al., 2011). Выпадение даже отдельных видов может нарушить потоки вещества и энергии в экосистеме (Hooper et al., 2005). Ключевой фактор функционирования сообществ — доступность энергетических ресурсов, которую во многом определяют прокариоты. Доминируя по обилию, биомассе и разнообразию (Whitman et al., 1998), они задают объем первичной продукции и метаболический паттерн передачи энергии (Smith, 2007). Комплексный анализ роли прокариот в биоценотических взаимодействиях стал возможен лишь с развитием метагеномики и метабаркодинга 16S рДНК, позволяющих оценивать структуру бактериальных сообществ без культивирования. Это открыло путь к изучению связей между средой, биоразнообразием и функциями экосистем. Однако, изучение микробиоты арктических морей долго ограничивалось пелагиалью и донными осадками (Junge et al., 2004; Bowman et al., 2012; Ravenschlag et al., 2000). При этом прибрежные прокариотные сообщества наиболее изменчивы и зависимы от географических условий (Ghiglione et al., 2012). Более того, структура бактериальных сообществ сильно варьирует сезонно (Cram et al., 2015; Bunse and Pinhassi, 2017; Aalto et al., 2022). Тем не менее, исследования микробиомов арктических регионов долго базировались лишь на метабаркодинге, не позволяющем оценить функциональные особенности микробных сообществ. Лишь недавно появились комплексные исследования, сочетающие полногеномное и ампликонное секвенирование (Yergeau et al., 2017; Priest et al., 2023). Работа Priest et al. (2023) показала приуроченность бактериальных популяций к сезонным и географическим условиям и указала на влияние атлантификации на всю трофическую цепь.

Микробиота кишечника играет ключевую роль в метаболизме, гомеостазе и адаптации хозяев, однако её сезонная динамика изучена слабо. Единичные работы демонстрируют сезонные изменения микробиомов у асцидий (Wei et al., 2020) и морского ушка (Gobet et al., 2018). Нами обнаружены существенные сезонные различия у криптических видов Littorina obtusata и L. fabalis (Gafarova et al., 2023). Предлагаемый проект в отношении вышесказанного может рассматриваться как увеличение масштаба исследований, направленное на определенный тип экосистем арктического побережья и базирующееся на глубоком знании биологии и взаимодействий макроорганизмов этих сообществ. Это позволяет формулировать задачи в фундаментальном ключе. Таким образом, хотя в мире представлен ряд научных групп, занимающихся исследованием микробиомов арктических биогеоценозов, ни одна из них не ставит целью оценку сезонных профилей средовых и ассоциированных микробиомов для решения вопроса функциональных взаимодействий в прибрежных экосистемах.

Предшествующие проекты по изучению трематод арктических местообитаний были посвящены отдельным аспектам реализации их жизненных циклов – например, их видовому разнообразию, ультраструктурной организации. Общие тенденции изучения жизненных циклов трематод красноречивы сами по себе, т.к. на сегодняшний день расшифровано только около 5% циклов трематод (Pérez-Ponce de León G, Hernández-Mena DI, 2019). В предыдущих работах, проводимых на территории Арктики, были достигнуты некоторые успехи. Это касается паразитов отдельных видов рыб (Kremnev et al., 2021; Krupenko et al., 2022a, b; Kremnev et al., 2023) или птиц (Gonchar, Galaktionov, 2022; Galaktionov et al., 2023; Galaktionov et al., 2024). Но данные исследования затрагивают только фаунистическую компоненту. Работ, проводимых на стыке морфологических и полновесных фаунистических исследований трематод на территории Арктики было проведено очень мало, и все они принадлежат авторам предлагаемого проекта (Denisova, Shchenkov, 2020; Denisova et al., 2023; Sokolov et al., 2023).


Основная цитированная литература:

1. Aalto, N. J., Schweitzer, H. D., Krsmanovic, S., Campbell, K., & Bernstein, H. C. (2022). Diversity and selection of surface marine microbiomes in the Atlantic-influenced Arctic. Frontiers in Microbiology, 13, 892634.
2. Anderson, M. J. (2001). A new method for non‐parametric multivariate analysis of variance. Austral ecology, 26(1), 32-46.
3. Bakhmet, I., Aristov, D., Marchenko, J., & Nikolaev, K. (2022). Handling the heat: Changes in the heart rate of two congeneric blue mussel species and their hybrids in response to water temperature. Journal of Sea Research, 185, 102218.
4. Barbier, E. B., Hacker, S. D., Kennedy, C., Koch, E. W., Stier, A. C., & Silliman, B. R. (2011). The value of estuarine and coastal ecosystem services. Ecological monographs, 81(2), 169-193.
5. Birstein, V. J., & Mikhailova, N. A. (1990). On the karyology of trematodes of the genus Microphallus and their intermediate gastropod host, Littorina saxatilis I. Chromosome analysis of three Microphallus species. Genetica, 80(3), 159-165.
6. Bowman, J. S., Rasmussen, S., Blom, N., Deming, J. W., Rysgaard, S., & Sicheritz-Ponten, T. (2012). Microbial community structure of Arctic multiyear sea ice and surface seawater by 454 sequencing of the 16S RNA gene. The ISME journal, 6(1), 11-20.
7. Bunse, C., & Pinhassi, J. (2017). Marine bacterioplankton seasonal succession dynamics. Trends in Microbiology, 25(6), 494-505.
8. Cram, J. A., Chow, C. E. T., Sachdeva, R., Needham, D. M., Parada, A. E., Steele, J. A., & Fuhrman, J. A. (2015). Seasonal and interannual variability of the marine bacterioplankton community throughout the water column over ten years. The ISME Journal, 9(3), 563-580.
9. Cryan, J. F., & Dinan, T. G. (2015). Microbiota and neuroimmune signalling—Metchnikoff to microglia. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 12(9), 494-496.
10. Gafarova, E., Kuracji, D., Sogomonyan, K., Gorokhov, I., Polev, D., Zubova, E., ... & Maltseva, A. (2023). Gut bacteriomes and ecological niche divergence: an example of two cryptic gastropod species. Biology, 12(12), 1521.
11. Ghiglione, J. F., Galand, P. E., Pommier, T., Pedrós-Alió, C., Maas, E. W., Bakker, K., ... & Murray, A. E. (2012). Pole-to-pole biogeography of surface and deep marine bacterial communities. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(43), 17633-17638.
12. Gobet, A., Mest, L., Perennou, M., Dittami, S. M., Caralp, C., Coulombet, C., ... & Leblanc, C. (2018). Seasonal and algal diet-driven patterns of the digestive microbiota of the European abalone Haliotis tuberculata, a generalist marine herbivore. Microbiome, 6(1), 60.
13. Granovich, A. I., Iagunova, E. B., & Sokolova, I. M. (2012). Trematode distribution in Littorina saxatilis populations can support the reproductive potential of the host:" toilers" and" idlers" among female periwinkles. Parazitologiia, 46(6), 444-462.
14. Granovitch, A. I., & Sokolova, I. M. (2001). Littorina arcana Hannaford Ellis, 1978—a new record from the eastern Barents Sea. Sarsia, 86(3), 241-243.
15. Granovitch, A. I., & Maximovich, A. N. (2013). Long-term population dynamics of Littorina obtusata: the spatial structure and impact of trematodes. Hydrobiologia, 706(1), 91-101.
16. Granovitch, A. I., Maximovich, A. N., Avanesyan, A. V., Starunova, Z. I., & Mikhailova, N. A. (2013). Micro-spatial distribution of two sibling periwinkle species across the intertidal indicates hybrdization. Genetica, 141(7), 293-301.
17. Gu, Z. (2022). Complex heatmap visualization. Imeta, 1(3), e43.
18. Gurevich, A., Saveliev, V., Vyahhi, N., & Tesler, G. (2013). QUAST: quality assessment tool for genome assemblies. Bioinformatics, 29(8), 1072-1075.
19. Hansen, A. K., & Moran, N. A. (2011). Aphid genome expression reveals host–symbiont cooperation in the production of amino acids. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(7), 2849-2854.
20. Hooper, D. U., Chapin III, F. S., Ewel, J. J., Hector, A., Inchausti, P., Lavorel, S., ... & Wardle, D. A. (2005). Effects of biodiversity on ecosystem functioning: a consensus of current knowledge. Ecological monographs, 75(1), 3-35.
21. Johnston, E. L., & Roberts, D. A. (2009). Contaminants reduce the richness and evenness of marine communities: a review and meta-analysis. Environmental pollution, 157(6), 1745-1752.
22. Junge, K., Eicken, H., & Deming, J. W. (2004). Bacterial activity at− 2 to− 20 C in Arctic wintertime sea ice. Applied and Environmental Microbiology, 70(1), 550-557.
23. Kwok, R. (2018). Arctic sea ice thickness, volume, and multiyear ice coverage: losses and coupled variability (1958–2018). Environmental Research Letters, 13(10), 105005.
24. Legendre, P., & Legendre, L. (2012). Numerical ecology (Vol. 24). Elsevier.
25. Liu, M., Li, Y., & Li, H. (2022). Deep learning to predict the biosynthetic gene clusters in bacterial genomes. Journal of Molecular Biology, 434(15), 167597.
26. Maltseva, A. L., Varfolomeeva, M. A., Gafarova, E. R., Panova, M. A., Mikhailova, N. A., & Granovitch, A. I. (2021). Divergence together with microbes: A comparative study of the associated microbiomes in the closely related Littorina species. PLoS One, 16(12), e0260792.
27. Maltseva, A. L., Lobov, A. A., Pavlova, P. A., Panova, M., Gafarova, E. R., Marques, J. P., ... & Granovitch, A. I. (2022). Orphan gene in Littorina: An unexpected role of symbionts in the host evolution. Gene, 824, 146389.
28. Medema, M. H., Blin, K., Cimermancic, P., De Jager, V., Zakrzewski, P., Fischbach, M. A., ... & Breitling, R. (2011). antiSMASH: rapid identification, annotation and analysis of secondary metabolite biosynthesis gene clusters in bacterial and fungal genome sequences. Nucleic acids research, 39(suppl_2), W339-W346.
29. Nurk, S., Meleshko, D., Korobeynikov, A., & Pevzner, P. A. (2017). metaSPAdes: a new versatile metagenomic assembler. Genome research, 27(5), 824-834.
30. O'hara, A. M., & Shanahan, F. (2006). The gut flora as a forgotten organ. The EMBO Reports, 7(7), 688-693.
31. Oksanen, J., Blanchet, F. G., Kindt, R., Legendre, P., Minchin, P. R., O’hara, R. B., ... & Oksanen, M. J. (2013). Package ‘vegan’. Community ecology package, version, 2(9), 1-295.
32. Panova, M. A., Varfolomeeva, M. A., Gafarova, E. R., Maltseva, A. L., Mikhailova, N. A., & Granovitch, A. I. (2023). First insights into the gut microbiomes and the diet of the Littorina snail ecotypes, a recently emerged marine evolutionary model. Evolutionary Applications, 16(2), 365-378.
33. Polyakov, I. V., Pnyushkov, A. V., Alkire, M. B., Ashik, I. M., Baumann, T. M., Carmack, E. C., ... & Walsh, D. (2017). Greater role for Atlantic inflows on sea-ice loss in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean. Science, 356(6335), 285-291.
34. Priest, T., von Appen, W. J., Oldenburg, E., Popa, O., Torres-Valdés, S., Bienhold, C., ... & Wietz, M. (2023). Atlantic water influx and sea-ice cover drive taxonomic and functional shifts in Arctic marine bacterial communities. The ISME Journal, 17(10), 1612-1625.
35. Ravenschlag, K., Sahm, K., Knoblauch, C., Jørgensen, B. B., & Amann, R. (2000). Community structure, cellular rRNA content, and activity of sulfate-reducing bacteria in marine Arctic sediments. Applied and Environmental Microbiology, 66(8), 3592-3602.
36. Sergievsky, S. O., Granovitch, A. I., & Sokolova, I. M. (1997, January). Long-term studies of Littorina obtusata and Littorina saxatilis populations in the White Sea. In Oceanolica Acta (Vol. 20, No. 1, pp. 259-265). Gauthier-Villars.
37. Sievert, C. (2020). Interactive web-based data visualization with R, plotly, and shiny. Chapman and Hall/CRC.
38. Smetacek, V. (2002). Microbial food webs: The ocean's veil. Nature, 419(6907), 565-565.
39. Smith, V. H. (2007). Microbial diversity–productivity relationships in aquatic ecosystems. FEMS Microbiology Ecology, 62(2), 181-186.
40. Sommer, F., & Bäckhed, F. (2013). The gut microbiota—masters of host development and physiology. Nature reviews microbiology, 11(4), 227-238.
41. Tara Ocean Foundation Abreu Andre 1 Bourgois Etienne 1 Gristwood Adam 1 http://orcid. org/0000-0002-8304-808X Troublé Romain 1, & European Molecular Biology Laboratory (EMBL) Arendt Detlev 3 Bilic Josipa 3 Finn Robert 18 http://orcid. org/0000-0001-8052-7117 Heard Edith 3 Rouse Brendan 3 Vamathevan Jessica 3. (2022). Priorities for ocean microbiome research. Nature Microbiology, 7(7), 937-947.
42. Wei, J., Gao, H., Yang, Y., Liu, H., Yu, H., Chen, Z., & Dong, B. (2020). Seasonal dynamics and starvation impact on the gut microbiome of urochordate ascidian Halocynthia roretzi. Animal Microbiome, 2(1), 30.
43. Whitman, W. B., Coleman, D. C., & Wiebe, W. J. (1998). Prokaryotes: the unseen majority. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95(12), 6578-6583.
44. Wickham, H. (2011). ggplot2. Wiley interdisciplinary reviews: computational statistics, 3(2), 180-185.
45. Yergeau, E., Michel, C., Tremblay, J., Niemi, A., King, T. L., Wyglinski, J., ... & Greer, C. W. (2017). Metagenomic survey of the taxonomic and functional microbial communities of seawater and sea ice from the Canadian Arctic. Scientific reports, 7(1), 42242.
46. Гранович, А. И., Михайлова, Н. А., Знаменская, О., & Петрова, Ю. А. (2004). видовой состав моллюсков рода Littorina (Gastropoda, Prosobranchia) восточного Мурмана. Зоологический журнал, 83(11), 1305-1316.
47. Демин, С. Ю., Михайлова, Н. А., Стефанова, В. Н., & Гранович, А. И. (2014). Ахиазматический мейоз у самцов морского моллюска Littorina saxatilis. Цитология, 56, 653-654.
48. Калибердина, М. В., & Гранович, А. И. (2003). Зараженность партенитами трематод и воздействие паразитов на форму раковины брюхоногих моллюсков Littorina saxatilis: анализ популяций, обитающих на скалистой литорали. Паразитология, 37(1), 69-86..
49. Ященко, В. В., & Гранович, А. И. (2002). Littorina fabalis (Turton, 1825): еще один вид литоральных гастропод Белого моря. Вестник С-Петерб. унив., Сер. 3. Вып. 4, (27), 34.
50. Bogdanov, E.A., Vishnyakov, A.E., Kotenko, O.N., Grischenko, A.V., Letarov, A.V. and Ostrovsky, A.N., 2023. Seasonal dynamics of a complex cheilostome bryozoan symbiosis: vertical transfer challenged. Scientific Reports, 13(1), p.375.
51. Caswell, H., 1981. The evolution of "mixed" life histories in marine invertebrates and elsewhere. The American Naturalist, 117(4), pp.529-536.
52. Nekliudova, U.A., Shunkina, K.V., Grishankov, A.V., Varfolomeeva, M.A., Granovitch, A.I. and Ostrovsky, A.N., 2019. Colonies as dynamic systems: reconstructing the life history of Cribrilina annulata (Bryozoa) on two algal substrates. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 99(6), pp.1363-1377.
53. Ostrovsky AN. Evolution of sexual reproduction in marine invertebrates. Springer Netherlands; 2013.
54. Ostrovsky, A.N., 2021. Reproductive strategies and patterns in marine invertebrates: diversity and evolution. Paleontological Journal, 55(7), pp.803-810.
55. Pechenik, J.A., 1979. Role of encapsulation in invertebrate life histories. The American Naturalist, 114(6), pp.859-870.
56. Pianka, E.R., 1970. On r-and K-selection. The American naturalist, 104(940), pp.592-597.
57. Shevchenko, E.T., Varfolomeeva, M.A., Nekliudova, U.A., Kotenko, O.N., Usov, N.V., Granovitch, A.I. and Ostrovsky, A.N., 2020. Electra vs Callopora: life histories of two bryozoans with contrasting reproductive strategies in the White Sea. Invertebrate Reproduction & Development, 64(2), pp.137-157.

Предлагаемые методы и подходы, общий план работы на весь срок
выполнения проекта:
Для каждого раздела исследований будет использован набор современных методов и подходов, наиболее адекватный поставленным в рамках этого раздела задачам. Часть методов и подходов – общая для всех разделов проекта, или объединена методами сбора материала (например, при изучении морских местообитаний или использовании NGS - секвенирования на базе Научного парка СПбГУ)

1. Для решения комплекса задач, связанных с интеграцией колоний мшанок и изучения различных аспектов их размножения будет применен комплексный подход, охватывающий взаимосвязанные аспекты размножения нескольких крупных клад Bryozoa с разными репродуктивными стратегиями. Исследование будет сочетать классические морфологические методы с современными молекулярно-генетическими и экспериментальными технологиями.

1. Сравнительно-морфологические и микроскопические методы
Для реконструкции общей анатомии и детального изучения тонкого строения органов мшанок из классов Stenolaemata и Gymnolaemata будет задействован широкий спектр микроскопии: cветовая, электронная и конфокальная лазерная микроскопия будут использованы для выявления общего плана организации фуникулярной системы, коммуникационных пор, а также структуры овариев и выводковых камер. Выявление структур, потенциально задействованных в транспорте питательных веществ, будет проведено у трех видов из кл. Gymnolaemata и трех видов из кл. Stenolaemata.
Цитологический анализ: с помощью данных техник будет выполнена локализация бактериальных эндосимбионтов в личинках и тканях взрослых особей.

2. Молекулярно-генетический и биоинформатический анализ
Изучение генетической регуляции развития колоний будет осуществлено путем применения транскриптомного анализа на базе высокопроизводительного секвенирования (Illumina HiSeq). Будет проведен сравнительный анализ экспрессии генов в различных частях взрослых колоний пресноводных мшанок (класс Phylactolaemata).
Полученные данные будут подвергнуты анализу с целью поиска генов и их продуктов, связанных с регуляцией развития колонии, а также для выявления характера их экспрессии.

3. Исследование клеточной пролиферации и дифференцировки
Для понимания механизмов роста и обновления колоний будут исследованы зоны деления клеток. Метод HCR-FISH (РНК-гибридизация in situ) будет использован для выявления локализации плюрипотентных клеток. Мечение EdU будет дополнено анализом пролиферативной активности клеток. Результаты HCR-FISH и EdU будут проанализированы при помощи конфокальной микроскопии, что позволит соотнести зоны деления клеток с их генетическим профилем.

4. Экспериментальное подтверждение транспортных функций
Для функционального анализа механизмов распределения ресурсов внутри колонии будет использован метод флуоресцентных меток. При помощи конфокальной микроскопии будет проведена визуализация метки в пределах транспортных структур. Данный подход позволит подтвердить участие определенных структур в транспорте питательных веществ, особенно у представителей класса Stenolaemata.

План работ:
год 2026:
Основной акцент будет сделан на сравнительной морфологии, ультраструктуре и первичном молекулярном анализе. В частности, предусмотрены:
- Сбор и обработка материала по видам с планктотрофной, лецитотрофной и матротрофной стратегиями.
- Сравнительный анализ оогенеза и выводковых структур у представителей 9 семейств класса Gymnolaemata.
- Изучение на электронно-микроскопическом уровне путей передачи бактериальных симбионтов у хейлостомных мшанок в процессе их размножения.
- Анализ систем интеграции Gymnolaemata, сравнительное изучение строения фуникулярной системы и коммуникационных пор у трех видов данного класса.
- Первичный поиск транспортных структур Stenolaemata: Идентификация и морфологическое описание структур, потенциально задействованных в транспорте питательных веществ, у трех видов стенолемат.
-Проведение секвенирования транскриптома филактолемной мшанки Cristatella mucedo. Биоинформатическая обработка данных для выделения целевых генов-маркеров.
- Обобщение полученных результатов. Подготовка и подача в печать 2 статей в профильные научные журналы.

год 2027:
- Проведение серии экспериментов с использованием флуоресцентных меток для подтверждения участия выявленных структур в транспорте пищи у Stenolaemata.
- Исследование экспрессии маркеров стволовых клеток в колониях C. mucedo при помощи метода HCR-FISH (на основе данных секвенирования первого года).
- Оценка интенсивности деления клеток в колониях C. mucedo с применением меток EdU. Сопоставление зон пролиферации с локализацией маркеров стволовых клеток.
- Обобщение полученных результатов. Подготовка и подача в печать 2 статей в профильные научные журналы.


2. В рамках задач, направленных на изучение особенностей структуры сообществ одноклеточных и многоклеточных микроорганизмов в арктических местообитаниях, будет использован набор современных молекулярных и морфологических методов и методов биоинформатического анализа, который позволит нам получить целостную картину разнообразия и понять основные принципы, лежащие в основе структурирования этих сообществ и формирования паттерна их пространственного распределения. Для этих целей предусмотрены следующие подходы:

- Проведение новых сборов в арктических регионах России (Кольский полуостров). Обработка имеющихся материалов, собранных в ходе экспедиционных выездов в предыдущие годы. Будут охвачены все основные типы несущих субстратов (почва, камни, скалы, стволы деревьев), и различные условия обитания (освещённость, степень увлажнения). В сотрудничестве со специалистами ИНОЗ и АГ будет проведен химико-физический анализ субстратов, определены основные параметры окружающей среды в местах отбора проб и построена база данных для последующего анализа.
- Молекулярные исследования. ДНК-баркодинг. Для молекулярных исследований ДНК мы будем применять успешно адаптированный нами метод «мягкой» экстракции ДНК методом лизиса одиночного экземпляра тихоходки в специализированной среде QuickExtract™, позволяющий сохранить экзоскелет, пригодный для заключения в постоянный препарат для последующего использования в качестве ваучерного экземпляра и морфологического анализа. В случае необходимости отложенной обработки или сохранения резервных экземпляров, пригодных в дальнейшем для экстракции ДНК, мы будем использовать реактив RNAlater® (или его аналог – средa DESS), позволяющий сохранить в образце неповрежденные нуклеиновые кислоты. Полученная ДНК будет амплифицирована с использованием универсальных или специализированных праймерных систем, разработанных для различных генов отдельных групп тихоходок. При необходимости полученные ампликоны будут клонированы и секвенированы по Сэнгеру. В первую очередь нас будут интересовать последовательности ДНК - баркодов (генов COI, ITS-2 и ITS-1), в случае обнаружения форм, филогенетическое положение которых не определено или нуждается в уточнении будут также секвенированы последовательности консервативных генов (18S и 28S рРНК).

- Интегративная таксономия и определение статуса видов. Для всех обнаруженных в ходе исследования форм планируется получение полного массива современных светооптических, электронно-микроскопических и молекулярных данных, что позволит надежно дифференцировать морфологически близкие виды и виды-двойники, существование которых известно для тихоходок. Во всех случаях обнаружения генетических различий мы будем проводить тщательный поиск различий на морфологическом уровне для того, чтобы на основании всей совокупности данных понять, возможно ли полагать обнаруженные отличия заслуживающими видового статуса.

- Синтез полученных данных. Полученные данные будут использованы для подготовки сводки по фауне тихоходок Российской арктики. При этом она будет сопровождаться данными по двум ДНК-баркодам – COI и ITS-2 (либо ITS-1), что позволит в будущем проводить уверенное определение видов даже в отсутствие возможности исследования материала на оптическом оборудовании высокого класса (что необходимо при морфологическом определении видов) и без необходимости поиска в пробах отложенных яиц тихоходок (исследование признаков хориона которых необходимо для видовой идентификации). Это значительно расширит возможности работы с группой для исследователей, не являющихся экспертами-таксономистами - специалистов по экологическому мониторингу, экологов, молекулярных биологов. Мы проведём анализ для обнаружения корреляций между параметрами окружающей среды и химии субстратов в местах отбора проб с целью установить возможную приуроченность видов тихоходок к определённым условиям и субстратам, что позволит гораздо точнее анализировать локальное и глобальное распределение видов и предсказывать возможное появление определённых видовых комплексов на конкретных изучаемых территориях.

План работ:
год 2026:
1. Обработка имеющихся в нашем распоряжении материалов. Разбор проб с Новой Земли, Земли Франца-Иосифа. Выделение материала из проб, первичная сортировка материала. Разделение обнаруженного материала на три группы (оптическая микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, ДНК-баркодинг).

год 2027
1. Дополнительный сбор материала в регионах (при возможности выезд на Кольский полуостров). Обработка имеющихся проб из зарубежных регионов Арктики (Шпицберген, Гренландия, Аляска).
2. Продолжение выделения материала из проб, изготовление препаратов, изучение и фотодокументирование материалов современными методами световой микроскопии и электронной микроскопии и ДНК-баркодинга.
3. Составление списков видов исследованных регионов.
4. Анализ полученных результатов. Описание новых видов и переописание уже известных с учетом полученных новых данных. Филогеографический анализ полученных молекулярных данных.

3. Для исследования голых амеб в рамках изучения протозойного компонента фауны будет использован новый, разработанный и ранее опробованный нами комплексный подход, сочетающий полевые работы, лабораторное культивирование, современные методы визуализации и молекулярно-генетический анализ.

- Будет осуществлен забор биоматериала в различных локациях Арктики РФ, включая зоны активного ветрового переноса биомассы. Отбор проб будет проводиться с учетом глобальных систем ветров и морских течений. Это позволит сравнить фауны открытых и изолированных регионов для проверки гипотезы о «потоке генов» через высокие широты. В сотрудничестве со специалистами ИНОЗ и АГ будет проведен химико-физический анализ субстратов, определены основные параметры окружающей среды в местах отбора проб.

- Из собранных образцов методами обогащающего культивирования будут выделены чистые культуры видов амеб, проведено их первичное описание и морфологический анализ. Культуры после очистки будут переданы в ресурсные центры для создания базы эталонных штаммов, используемой в ходе исследования.

- Документирование локомоторных форм амеб будет проведено с использованием оптики оснащенной DIC (дифференциально-интерференционный контраст) и IMC (интегрированный модуляционный контраст) в специализированных камерах. Это позволит сохранить естественный вид клеток, чувствительных к внешним воздействиям.

- Для экстракции ДНК будут применены современные киты PicoPure для изоляции ДНК из одиночных клеток амеб. При работе с одиночными клетками будет использована технологии mda-амплификации (REPLI-g). Перед проведением экстракции будет применяться метод контролируемого голодания для очистки клеток от остатков пищи. Будет выполнено секвенирование ДНК-баркодов (фрагменты v7 и v9 гена 18S РРНК, «фолмеровский» фрагмент гена CoxI) для оценки внутригеномной изменчивости и межвидовой дивергенции в изучаемых популяциях амеб.

- Образцы, предназначенные для выделения природных ДНК или рРНК, будут зафиксированы на месте с помощью набора Qiagen DNeasy PowerLyzer PowerSoil Kit и набора RNeasy PowerSoil Total RNA Kit. Для анализа разнообразия амебозоев гены ДНК-баркодов будут амплифицированы с использованием наборов праймеров, ранее показавших свою эффективность при работе с Amoebozoa (см. Adl et al. 2013 10.1016/j.soilbio.2013.10.024; Geisen et al. 2019 DOI:10.1101/850610). NGS – секвенирование ДНК и РНК будет выполнено на базе ресурсного центра «Развитие молекулярных и клеточных технологий» и "Биобанк" Научного парка СПбГУ, на базе Illumina Hi seq 2500. Для наиболее богатых видами проб будет проведено глубокое секвенирование (Illumina 4000). Анализ суммарной ДНК наиболее богатых проб с глубиной до 100 млн прочтений.

- Биоинформатическая обработка. В рамках этих работ будет проведена кластеризация данных, выделение операционных таксономических единиц (OTU) и построение детализированных сетей филотипов. Это позволит проанализровать генетические связи внутри отдельных популяций амеб и определить степень изоляции или связности арктических сообществ с глобальной метапопуляцией протистов.

- Анализ генетических профилей будет использован для выявления потенциально патогенных видов и векторов инфекций в арктических зонах с антропогенной нагрузкой. Эта работа, которая будет выполнена в сотрудничестве с коллегами с Медицинского факультета закладывает основу для методов экспресс-мониторинга санитарного состояния северных экосистем.

План работ:
год 2026:
- Сбор материала, культивирование и первичная идентификация амеб.
Забор биоматериала в различных локациях Арктики РФ, включая зоны активного ветрового переноса биомассы. Отбор проб с учетом глобальных систем ветров и морских течений для последующей проверки гипотезы о «потоке генов».
- Выделение чистых культур амеб методами обогащающего культивирования. Очистка штаммов и их передача в ресурсные центры («Биобанк») для создания базы эталонных образцов.
- Первичное описание и документирование локомоторных форм амеб с использованием оптики DIC (дифференциально-интерференционный контраст) и IMC (интегрированный модуляционный контраст).
- Проведение экстракции ДНК из одиночных клеток с использованием китов PicoPure. Применение технологии mda-амплификации (REPLI-g) и секвенирование ДНК-баркодов (фрагменты гена 18S РРНК и CoxI) для оценки изменчивости популяций.
- Подготовка статьи по проекту.

год 2027:
- Выделение природной ДНК и РНК из зафиксированных образцов (наборы Qiagen DNeasy/RNeasy PowerSoil).
- Проведение высокопроизводительного секвенирования на базе Illumina HiSeq 2500 и Illumina 4000. Выполнение глубокого секвенирования наиболее богатых проб (до 100 млн прочтений на пробу).
- Биоинформатическая обработка: Кластеризация данных и выделение операционных таксономических единиц (OTU). Построение детализированных сетей филотипов для анализа связей между арктическими сообществами и глобальной метапопуляцией.
- Анализ генетических профилей для выявления потенциально патогенных видов и векторов инфекций в зонах с антропогенной нагрузкой. Разработка методов и подходов для экспресс-мониторинга санитарного состояния северных экосистем (в сотрудничестве с Медицинским факультетом).
- Обобщение результатов - проверка гипотезы об изоляции или связности арктических популяций. Подготовка статьи по проекту.


4. Для работы по анализу микробиомов на побережьях Белого и Баренцева морей, на основе имеющегося у нас задела выбрано по три участка со сходными гидрологическими условиями для сезонных сборов в течение двух лет (май, июль, сентябрь, ноябрь).

- В каждой точке будет проведен единовременный сбор средовых проб (вода, донный осадок, соскобы с поверхности камней и талломов массовых видов фукоидов) и проб микробиоты, ассоциированной с кишечником массовых видов литоральных моллюсков разных трофических групп: микрогрейзеры (Littorina spp., Testudinalia tesselata), фильтраторы (Mytilus spp.), хищники (Nucella lapillus/Buccinum sp. Все образцы будут зафиксированы в 96% этаноле непосредственно в точке сбора. Для всех перечисленных типов образцов будет проведен анализ композиционного состава и сезонной динамики микробиома на основе результатов 16s рРНК метабаркодинга.

Экстракцию ДНК для 16S-метабаркодинга планируется производить с использованием наборов для выделения ДНК (Qiagen PowerSoil или аналогичный) по стандартному протоколу производителя. ДНК из фекальных образцов будут выделена с использованием стандартного фенол-хлороформного протокола. Образцы для полногеномного анализа будут переданы для секвенирования сразу после экстракции ДНК.
После выделения ДНК. 16S рДНК-библиотеки будут приготовлены членами коллектива на базе РЦ СПбГУ «Развитие молекулярных и клеточных технологий». Будут использованы консервативные праймеры для V4 региона 16S рРНК , коньюгированные с адаптерами для Illumina секвенирования. Секвенирование библиотек будет проведено в РЦ СПбГУ «Развитие молекулярных и клеточных технологий».

Анализ результатов секвенирования 16S-библиотек будет состоять из следующих этапов: (1) Анализ качества прочтений при помощи программы fastqc. При необходимости данные будут отфильтрованы по качеству.
(2) Для обработки данных секвенирования будет использован пайплайн DADA2 (v 1.16) с алгоритмом формирования уникальных последовательностей (ASV - Amplicon Sequence Variants).
(3) Таксономическая аннотация полученных ASV. Для выявления изученных групп микробов, соответствующих найденным последовательностям, будет использована база данных SILVA (v. 138).
(4) Анализ представленности микробных групп, выявленных в исследованных сообществах. После установления микробного состава, характерного для исследованных образцов, будут проанализированы различия представленности микробов, связанные с различиями исследованных условий обитания. Для анализа различий представленности микробов будут использованы пакеты R plyloseq, а также онлайн сервис MicrobiomeAnalyst 2.0. Микробиомы будут приняты в анализ как целостные системы с характеристиками состава (список ASV) и структуры (их количественные соотношения).

Мы рассчитаем матрицы коэффициентов различия между отдельными пробами, чтобы описать изменчивость микробиомов грунта с точки зрения структуры (коэффициент Брея-Куртиса) и состава сообщества (коэффициент Жаккара). Ординация микробных сообществ грунта на основании этих матриц при помощи анализа главных координат (Principal Coordinate Analysis, PCoA, Legendre, Legendre, 2012) позволит нам визуализировать оценить расстояния между отдельными группами образцов. При помощи пермутационного дисперсионного анализа (permutational Multivariate Analysis of Variance, perMANOVA, Anderson et al., 2001) мы проверим, различается ли структура и состав микробиомов каменистой литорали и гидробионтов между точками на побережье одного моря, между точками на разных морях, а также проверим сезонные изменения микробиоты.

Данные полногеномного секвенирования после контроля качества с удалением низкокачественных прочтений и коротких фрагментов будут собраны в контиги модулем assembly metaWRAP на основе metaSPAdes (Nurk et al., 2017). Качество сборки оценим с помощью QUAST (Gurevich et al., 2013). Функциональная аннотация геномных кластеров будет выполнена двумя комплементарными инструментами: (1) antiSMASH (Medema et al., 2011) для выявления и классификации кластеров генов вторичного метаболизма (BGCs); (2) DeepBGC (Liu et al., 2022) для поиска скрытых или новых криптических кластеров. Результаты будут объединены в сводную таблицу для статистического анализа. Статистическую обработку также планируется провести в среде R (версия 4.4.0) с использованием пакетов vegan (Oksanen et al., 2003), ggplot2 (Wickham, 2011), ComplexHeatmap (Gu, 2022) и Plotly (Sievert, 2020).

Будет выполнен описательный анализ (частоты встречаемости, α-разнообразие), многомерная статистика (кластеризация, PCoA, NMDS, PERMANOVA) и корреляционный анализ. Для выявления значимых различий между группами (виды моллюсков, экологические условия) будет проведен дифференциальный анализ метаболических путей методами, аналогичными DESeq2 и edgeR, с визуализацией результатов (volcano plot, boxplot, heatmap). Такой подход позволит не только охарактеризовать функциональное разнообразие микробных сообществ, ассоциированных с модельными видами моллюсков, но и выявить изменчивость специфических метаболических путей и генетических кластеров с изменением времен года.

- Анализ генетических профилей будет использован для выявления потенциально патогенных микроорганизмов в арктических зонах, особенно в зонах, для которых имеется антропогенная нагрузка (учебные объекты, туристические объекты, рекреационные зоны). Эта работа, которая будет выполнена в сотрудничестве с коллегами с Медицинского факультета закладывает основу для методов экспресс-мониторинга санитарного состояния северных экосистем.

План работ:
год 2026:
- Сезонные экспедиционные выезды (май, июль, сентябрь, ноябрь) для сбора биологического материала и средовых проб.
- Единовременный отбор проб воды, донных осадков, соскобов с камней и фукоидов, а также проб микробиоты кишечника литоральных моллюсков разных трофических групп. Будет произведена фиксация всех полученных образцов в этаноле непосредственно в точках сбора для сохранения состава микробиома.
- Экстракция ДНК с использованием наборов Qiagen PowerSoil и стандартного фенол-хлороформного протокола для различных типов образцов.
- Подготовка 16S рДНК-библиотеки для V4 региона 16S рРНК с использованием конъюгированных адаптеров на базе ресурсного центра и передача ДНК для NGS секвенирования
- Подготовка статьи по проекту.

год 2027:
- NGS-секвенирование подготовленных библиотек в РЦ СПбГУ «Развитие молекулярных и клеточных технологий».
- Биоинформатический анализ качества прочтений при помощи программы fastqc и проведена необходимая фильтрация данных.
- Обработка данных секвенирования с использованием пайплайна DADA2 для формирования уникальных последовательностей (ASV). Будет проведена таксономическая аннотация полученных последовательностей на основе базы данных SILVA (v. 138).
- Сравнительный анализ представленности микробных групп и сезонной динамики микробиомов с использованием пакетов R phyloseq и сервиса MicrobiomeAnalyst 2.0. Будут рассчитаны матрицы коэффициентов различия (Брея-Кертиса и Жаккара) для оценки изменчивости структуры микробиомов грунта и кишечника моллюсков.
- Визуализация данных при помощи анализа главных координат (PCoA) для оценки дистанции между различными группами образцов. Будет также выполнен пермутационный дисперсионный анализ (PERMANOVA) для выявления статистически значимых различий в составе микробиомов в зависимости от условий обитания и сезона.
- Подготовка статьи по проекту.

5. При исследовании паразитического компонента мы реализуем комплексный интегративный подход к анализу жизненных циклов трематод, как компонентов арктических экосистем. Необходимость вовлечения в работу принципиально разных методик определяет общий план реализации проекта.

- Для работы по анализу биоразнообразия трематод и их морфо-функциональных адаптаций в течение сложного жизненного цикла нами выбраны представители сем. Opecoelidae и Laterotrematidae, широко распространенные в субарктических регионах. С использованием имеющегося задела, мы планируем исследование паразитофауны первых промежуточных хозяев трематод: гастропод р. Littorina, Buccinum, Neptunea и Epheria, заселяющих литоральную и сублиторальную зону Белого моря, а также пресноводных моллюсков Bithynia tentaculata, Lymnaea spp., Planorbarius spp., Viviparus viviparus из водоемов Карелии и Ленинградской области. Морские гастроподы будут собраны вручную на литорали или с использованием стандартных орудий лова на сублиторали (кошкование, драгировка, водолазные сборы). Пресноводные моллюски будут собраны вручную или с использованием гидробиологических сачков. Моллюски будут исследованы на наличие паразитов целевых видов с помощью определения церкарий при эмиссии, заражённые особи будут отобраны для содержания в лабораторной культуре. Для получения дочерних партенит будет осуществлено вскрытие заражённых гастропод.

- Точная видовая идентификация паразитов будет проведена с помощью получения и анализа сиквенсов баркодовых регионов ITS2, Cox1, 28S рДНК. При необходимости будут получены и проанализированы сиквенсы 18S рДНК и nd1. Для реконструкции жизненных циклов планируется получение и сопоставление молекулярных данных для каждой стадии (дочерних партенит, церкарий, марит). Данная задача полностью реализуема в виду наличия у коллектива коллекции ДНК марит сем. Opecoelidae и сем. Laterotrematidae в качестве задела. В случае успешной реализации проекта и получения необходимых результатов на ранних этапах, коллектив видит возможным включение в проект дополнительных объектов: трематод сем. Renicolidae, Lecithasteridae, Lecithodendriidae, Pleurogenidae, Plagiorchiidae и др., массово встречающихся в гастроподах целевых видов.
Для описания внешней морфологии отдельных стадий жизненного цикла будет использована прижизненная световая микроскопия, а также будет проведено изготовление тотальных препаратов гельминтов и мазков зараженных тканей гастропод.

- Морфологические описания будут дополнены данными о поверхностной структуре тегумента у церкарий и марит, полученными с помощью методов сканирующей электронной микроскопии. Будет проведена стандартная пробоподготовка объектов, после чего образцы будут исследованы с помощью сканирующего электронного микроскопа Tescan MIRA3 LMU или Volumescope2 на площадке Научного парка СПбГУ.
Для выявления особенностей тонкого строения и тканевой пластичности трематод будет использована трансмиссионная электронная микроскопия. Фиксация нового материала и первичная пробоподготовка будут проведены на базе УНБ «Беломорская» СПбГУ и лабораторий кафедры Зоологии беспозвоночных СПбГУ. Покровы выбранных объектов представлены синцитиальной пластинкой тегумента, что затрудняет проникновение фиксирующих жидкостей, а сами объекты обитают в средах разной осмотической концентрации. В связи с этим, кроме стандартного протокола, включающего фиксацию глутаровым альдегидом и пост-фиксацию тетроксидом осмия, будет использован вариант с предварительной обработкой материала OsO4, что позволит повысить проницаемость тегумента и внутренних тканей для фиксаторов и замещающих жидкостей.

- Будет использован метод фиксации путем замораживания объектов под высоким давлением (криофиксация). Криофиксация и последующее криозамещение воды будут проведены на автоматических станциях Leica EM HPF-100 и Leica EM AFS2 (Научный парк СПбГУ). Имеющиеся в качестве задела и подготовленные в ходе реализации проекта эпоксидные блоки с объектами будут использованы для изготовления серий ультратонких срезов (65- 70 нм) в разных проекциях с помощью ультрамикротома Leica EM UC7. Ультратомия и получение электронограмм с помощью трансмиссионного электронного микроскопа JEOL JEM-1400 будут проведены на базе ресурсного центра СПбГУ «Развитие молекулярных и клеточных технологий». Уникальной возможностью также является получение трехмерных реконструкций ультраструктуры объектов с использованием сканирующего электронного микроскопа Volumescope2 по методу серийного сканирования поверхности блока (Serial Block Face SEM, SBF SEM, SBEM), который также доступен на базе Научного парка СПбГУ.

- Для реконструкции топологии внутренних органов, в т.ч., мускулатуры, нервной и выделительной системы, планируется использование методов иммунофлуоресцентной микроскопии и гистохимии. Для этого объекты будут зафиксированы в 4% растворе параформальдегида. Будет проведена стандартная пробоподготовка с использованием коммерческих первичных антител к серотонину, тубулину, FMRF-амиду, а также окраска FITC-фаллоидином. Исследование полученных препаратов будет проведено с помощью сканирующего конфокального микроскопа с мультифотонным возбуждением Leica TCS SP5 MP (ресурсный центр СПбГУ «Развитие молекулярных и клеточных технологий»). Это даст возможность проследить трансформации основных интегрирующих систем и органов трематод на разных стадиях жизненного цикла.

План работ:
год 2026:
- апрель-сентябрь - сбор марит и цекрарий трематод сем. Opecoelidae (несколько видов рода Podocotyle) на территории УНБ «Беломорская» СПбГУ и сбор партенит и церкарий трематод, паразитов летучих мышей, на территории Южной и Центральной Карелии. Содержание лабораторной культуры моллюсков, получение активно плавающих церкарий путем эмиссии и спороцист путем вскрытия гастропод
- выделение и амплификация баркодовых регионов coxI и 28S рДНК, анализ полученных сиквенсов, уточнение видовой идентификации объектов исследования
- пробоподготовка для сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии
- пробоподготовка для иммунофлуоресцентной и конфокальной микроскопии
- Подготовка статьи по проекту.

Год 2027
- Сбор материала в водоемах Ленинградской области, Карелии и на УНБ СПбГУ повторный сбор (добор) материала с расширением числа географических точек и потенциальных позвоночных-хозяев, корректировку методов фиксации материала с учетом опыта первого этапа реализации проекта.
- Пробоподготовка для СЭМ и ТЭМ, получение электронограмм
- обработка собранного материала, молекулярно-филогенетический анализ
- выделение и амплификация баркодовых регионов coxI и 28S рДНК, анализ полученных сиквенсов, уточнение видовой идентификации объектов исследования
- публикация статьи по мофрологии и ультарструктуре трематод, представителей морской фауны.

Имеющийся у коллектива исполнителей научный задел по проекту (в
данном пункте заполняется текстовое описание задела):
Собранный для выполнения проекта коллектив обладает многолетним и глубоким опытом комплексных исследований водных беспозвоночных, специализируясь на изучении биоразнообразия Арктики, жизненных циклов, а также механизмов полового и бесполого размножения свободноживущих и паразитических организмов. Высокий уровень проводимых коллективом исследований подтверждается регулярными публикациями в ведущих мировых периодических изданиях, таких как Science Advances, Scientific Reports, Biological Reviews, Evolution и других высокоимпактных журналах первого квартиля и 1 уровня «Белого списка». Руководители отдельных блоков исследований в рамках проекта имеют многолетний стаж исследований, опыт работы в ведущих зарубежных научных коллективах, многочисленные успешно реализованные проекты РНФ и иных научных фондов.

В общей сложности руководители и исполнители работ являются авторами нескольких сотен статей в научных журналах, авторами монографий и учебных курсов, представили десятки приглашенных докладов на конференциях самых высоких уровней. Имеющийся у коллектива задел включает предварительную работу по всем перечисленным выше направлениям планируемого исследования и большое количество практически готовых к публикации материалов, которые позволят выполнить публикационные задачи первого года выполнения проекта. Проект будет осуществляться на базе ресурсных центров СПбГУ, хорошо оснащенных для решения задач проекта. Коллектив имеет необходимую квалификацию в применении перечисленных выше методик, большинство его участников – эксперты в применении морфологических и молекулярных методов исследований и биоинформатическом анализе полученных результатов.

Собранный в рамках исследований мшанок коллектив имеет многолетний опыт работы с различными колониальными организмами, в том числе с разнообразными представителями типа Bryozoa и владеет всем необходимым спектром морфологических методов исследования (гистология, гистохимия, электронная микроскопия, конфокальная микроскопия). А.Н. Островский является признанными экспертом в этой области исследований и имеют более ста публикаций – статей и монографий по теме исследования. Имеющийся у коллектива задел включает предварительную работу и богатые коллекции собранных материалов по всем перечисленным выше направлениям планируемого исследования.

Для выполнения работ связанных с исследованиями тихоходок собран коллектив, имеющий очень большой опыт работы с этой своеобразной группой организмов. Руководитель группы – Д.В. Туманов – ведущий эксперт в этой области в РФ и имеет более 30 лет опыта работы в изучении биоразнообразия, морфологии, биогеографии и эволюции тихоходок, знания и навыки современных светомикроскопических и электронно-микроскопических исследований, опыт работы в области молекулярной систематики, филогенетики и филогеографии. У коллектива имеются как опубликованные, так и готовящиеся к печати совместные публикации, в том числе – по материалам, собранным в арктических регионах РФ. Методическая база для выполнения проекта нам полностью ясна и никаких сложностей для нас не представляет. Коллективом отработаны методы обработки различных сухих, замороженных и фиксированных субстратов, позволяющие получить материал, пригодный как для морфологического, так и для молекулярно-генетического исследования. Разработан и активно используется в текущей работе протокол экстракции ДНК тихоходок, позволяющий, во-первых, значительно сократить время экстракции (что важно при обработке большого количества материала), а во-вторых, получать после экстракции неповрежденный экзоскелет тихоходки, пригодный для морфологического исследования (что решает проблему ваучерного экземпляра, критически актуальную при таксономической работе с микроскопическими организмами). Отработан и используется в работе протокол получения ДНК тихоходок не только из взрослых особей, но и из отложенных яиц. При этом хорион яйца, структура которого играет важную роль в таксономии тихоходок, также сохраняется для исследования. Это позволяет избежать трудоемких и не всегда удачных попыток культивирования тихоходок, с целью установления соответствия взрослых особей с отложенными яйцами. Отработаны методы амплификации генов, используемых для реконструкции филогенетических связей (18S и 28S рРНК, COI, ITS-2), подобраны праймерные пары и протоколы ПЦР. Собраны полные базы сиквенсов филогенетически значимых генов Tardigrada, выровненные и подготовленные для проведения филогенетического анализа. В распоряжении коллектива имеются большая справочная таксономическая коллекция и исчерпывающая по объему библиотека, включающая оригинальные описания всех известных на сегодняшний день видов тихоходок.

Коллектив исследователей амебоидных протистов представлен двумя молодыми, но высококвалифицированными специалистами, каждый из которых уже имеет несколько лет исследований амебоидных протистов, опыт работы в зарубежных лабораториях и публикации по теме исследования, в том числе – в ведущих профильных международных журналах. За годы исследований адаптированы оригинальные протоколы фиксации клеток и разработаны эффективные биоинформатические пайплайны для работы с геномными данными, в том числе – собранными с одиночных клеток, сборки и аннотирования митохондриальных геномов. Наличие опыта работы с вычислительными кластерами, отработанных праймеров и неопубликованных предварительных данных о генетической структуре ряда видов амеб, изолированных на Кольском полуострове и из местообитаний Баренцева моря позволит существенно повысить эффективность выполнения проекта, в частности – обеспечить публикационный выход в 2026 году.

В рамках предлагаемых исследований микробиома в арктических регионах членами коллектива за последние несколько лет детально изучен видовой состав литоральных моллюсков рода Littorina российского побережья. Выявлены географические особенности состава кишечных микробиомов у Littorina из Северного, Норвежского и Баренцева морей. Обнаружены таксономические различия у разных видов моллюсков, а также экологически обусловленные различия у особей одного вида из разных «экологических рас». Анализ геномов близких видов показал, что у представителей подрода Neritrema в гене репродуктивного белка имеется вставка, гомологичная бактериальным элементам их микробиома. Это позволяет предположить роль горизонтального переноса от бактерий в адаптивной радиации видов. Таким образом, научный задел коллектива включает основательное знание литоральных сообществ, и апробированные методические подходы для решения задач проекта.

Исполнители паразитологического раздела проекта имеют обширный опыт продолжительных исследований биоразнообразия паразитических организмов Арктики, в том числе и. В распоряжении коллектива имеются фиксации (в глутаровом альдегиде, параформальдегиде и этаноле) спороцист, церкарий и марит Podocotyle s pp., марит Laterotrematidae gen sp., а также подготовленные эпоксидные блоки для ультратомии. Кроме того, ранее было подробно изучено строение дочерних партенит Podocotyle sp. из беломорских моллюсков Littorina obtusata и L. saxatilis (Denisova et al., 2023), отработана методика пробоподготовки и выявлены уникальные особенности дочерних спороцист опецелид. Проведенные ранее исследования с использованием молекулярных и морфологических подходов также позволили выделить Podocotyle angulata и три клады видового уровня: P. atomon sensu lato, Podocotyle sp. sensu Denisova et al., 2023 и P. cf. angulata sensu Sokolov et al., 2023 (Sokolov et al., 2024). Была проведена верификация жизненных циклов Podocotyle spp. в условиях побережья Белого моря и установлена конспецифичность церкарий определенного морфотипа с маритами P. atomon из кишечника бельдюги. В распоряжении коллектива также имеется общирная коллекция ДНК более тысячи видов трематод. Имеющийся задел позволит за короткое время получить первичные данные о таксономической принадлежности трематод. Отработаны методики выделения тотальной ДНК и амплификации таргетных последовательностей.
Исполнители имеют богатый опыт совместной работы, включающей сбор и определение живого материала, культивирование зараженных трематодами моллюсков в лабораторных условиях, экспериментальной постановки жизненных циклов трематод, фиксирования, пробоподготовки и исследования объектов с помощью методов ТЭМ, СЭМ, конфокальной микроскопии, классической гистологии и молекулярной филогенетики. Опыт Денисовой С.А. и Щенкова С.В. отражен в более чем десятке совместных публикаций, посвященных разным аспектам эволюции и биоразнообразия трематод.

Коллектив проекта имеет возможность пользоваться прекрасно оснащенными для выполнения светомикроскопических исследований и пробоподготовки лабораториями кафедры зоологии беспозвоночных СПбГУ в главном здании СПбГУ и в «молекулярном корпусе» в Старом Петергофе (Ботаническая ул. 17).

Детальный план работы на каждый год выполнения проекта с
ключевыми промежуточными итогами НИР:
План на 2026 год:

В рамках работ по сбору материала с целью экономии средств проекта в 2026 году вместо отдельных многочисленных выездов за материалом в один и те же места, служащие основными полигонами для сбора материала будут организованы три выезда для всех научных групп, участвующих в проекте. Предварительно запланированы выезды:

Июнь 2026 года – 8 человек, УНБ Беломорская СПбГУ
Июль 2026 года – 8 человек, Мурманский Морской Биологический институт (пос. Дальние Зеленцы (Баренцево море)
Август 2026 года – 8 человек, УНБ Беломорская СПбГУ




Блок 1: Исследования мшанок (Bryozoa)
1.Сбор и обработка материала по видам мшанок с различными типами репродуктивных стратегий: планктотрофной, лецитотрофной и матротрофной.
2.Сравнительный анализ оогенеза и детальное изучение строения выводковых структур у представителей 9 семейств класса Gymnolaemata.
3.Изучение путей передачи бактериальных симбионтов у хейлостомных мшанок на электронно-микроскопическом уровне непосредственно в процессе их размножения.
4.Анализ систем интеграции Gymnolaemata: проведение сравнительного исследования строения коммуникационных пор и фуникулярной системы у трех видов данного класса.
5.Первичный поиск транспортных структур Stenolaemata: идентификация и морфологическое описание структур, потенциально задействованных в транспорте питательных веществ (у трех видов стенолемат).
6.Проведение секвенирования транскриптома филактолемной мшанки Cristatella mucedo с последующей биоинформатической обработкой данных для идентификации целевых генов-маркеров.
7.Исследование экспрессии маркеров стволовых клеток методом HCR-FISH и анализ пролиферативной активности с помощью меток EdU в колониях C. mucedo.

Блок 2: Исследования тихоходок (Tardigrada)
8. Первичная обработка имеющихся материалов: разбор проб из Арктического региона (Новая Земля, Земля Франца-Иосифа) и Красноярского края, выделение материала и его сортировка.
9. Изготовление постоянных препаратов, изучение и подробное фотодокументирование материалов методами световой микроскопии.
10. Подготовка образцов для СЭМ: проведение сканирующей электронной микроскопии тихоходок, изучение и документирование микрофотографий.
11. Выделение генетического материала методами, сохраняющими кутикулу тихоходок, изготовление «ваучерных» препаратов и постановка ПЦР для амплификации баркодов (18S и 28S рРНК).
12. Секвенирование последовательностей 18S рРНК и 28S рРНК для каждой пробы параллельно для формирования полного набора данных по видам.

Блок 3: Исследования амеб (Amoebozoa)
13. Сбор биоматериала в арктических регионах РФ (Кольский полуостров, УНБ Беломорская), отбор проб с учетом глобальных систем ветров и морских течений для проверки гипотезы о «потоке генов».
14. Выделение чистых культур амеб методами обогащающего культивирования, очистка штаммов и их передача в ресурсные центры («Биобанк») для создания базы эталонных образцов.
15. Первичное описание и документирование локомоторных форм амеб с использованием оптики DIC (дифференциально-интерференционный контраст) и IMC (интегрированный модуляционный контраст).
16. Проведение экстракции ДНК из одиночных клеток с использованием китов PicoPure, применение технологии mda-амплификации (REPLI-g) и секвенирование ДНК-баркодов (фрагменты гена 18S РРНК и CoxI) для оценки изменчивости популяций.

Блок 4: Исследования микробиомов арктических местообитаний
17. Проведение сезонных экспедиционных выездов (май, июль, сентябрь, ноябрь) для сбора биологического материала и средовых проб.
18. Единовременный отбор проб воды, донных осадков, соскобов с камней и фукоидов, а также проб микробиоты кишечника литоральных моллюсков разных трофических групп с фиксацией в этаноле непосредственно в точках сбора.
19. Экстракция ДНК с использованием наборов Qiagen PowerSoil и стандартного фенол-хлороформного протокола для различных типов образцов.
20. Подготовка 16S рДНК-библиотек для V4 региона 16S рРНК с использованием конъюгированных адаптеров на базе ресурсного центра и передача ДНК для NGS секвенирования.

Блок 5: Исследования трематод (Trematoda)
21. Сбор марит и церкарий трематод сем. Opecoelidae (род Podocotyle) на территории УНБ «Беломорская» СПбГУ (апрель–сентябрь).
22. Сбор партенит и церкарий трематод — паразитов летучих мышей на территории Южной и Центральной Карелии.
23. Содержание лабораторной культуры моллюсков, получение активно плавающих церкарий путем эмиссии и спороцист путем вскрытия гастропод.
24. Выделение и амплификация баркодовых регионов coxI и 28S рДНК, анализ полученных сиквенсов и уточнение видовой идентификации объектов.
25. Пробоподготовка образцов трематод для сканирующей (СЭМ) и трансмиссионной (ТЭМ) электронной микроскопии.
26. Пробоподготовка образцов для иммунофлуоресцентной и конфокальной микроскопии.


Ключевые промежуточные итоги НИР за этап 2026 года:

Блок 1: Исследования мшанок (Bryozoa)
•Будут получены морфологические и ультраструктурные описания овариев и выводковых камер для представителей 9 семейств Gymnolaemata, что позволит выявить эволюционные тренды в их репродуктивных стратегиях.
•Будет описан механизм вертикальной передачи бактериальных симбионтов у хейлостомных мшанок на субклеточном уровне.
•Будут созданы трехмерные реконструкции фуникулярной системы и коммуникационных пор для трех видов Gymnolaemata и трех видов Stenolaemata, что подтвердит или опровергнет гипотезы о путях метаболической интеграции колоний.
•Будет сформирована база данных транскриптома Cristatella mucedo и определены зоны локализации плюрипотентных клеток и очаги активной пролиферации в колонии.
•Будут подготовлены и поданы в печать три статьи.

Блок 2: Исследования тихоходок (Tardigrada)
•Будет проведена полная инвентаризация и таксономическая ревизия архивных проб из Арктического региона и Красноярского края.
•Будет создана уникальная коллекция микропрепаратов и серия СЭМ-микрофотографий, документирующих морфологическое разнообразие исследованных групп.
•Будут получены сиквенсы генов 18S и 28S рРНК, жестко привязанные к «ваучерным» экземплярам (сохраненным кутикулам), что обеспечит надежную молекулярно-генетическую верификацию видов.
•Будут подготовлены и поданы в печать две статьи

Блок 3: Исследования амеб (Amoebozoa)
•Будет дана оценка роли ветрового и водного переноса в формировании генетического разнообразия арктических популяций амеб (проверка гипотезы о «потоке генов»).
•Будет пополнен российский «Биобанк» новыми чистыми штаммами арктических амеб, снабженными эталонными морфологическими описаниями (DIC/IMC контраст).
•Будут получены молекулярные баркоды (18S РРНК и CoxI) для единичных клеток, что позволит выявить скрытое разнообразие и оценить внутрипопуляционную изменчивость.
•Будут подготовлены и поданы в печать две статьи

Блок 4: Исследования микробиомов
•Будет охарактеризована сезонная динамика (май–ноябрь) состава микробиомов прибрежных экосистем и кишечника литоральных моллюсков.
•Будет создан банк тотальной ДНК из различных субстратов (вода, грунт, биота), пригодный для метагеномного анализа.
•Будут подготовлены высококачественные 16S рДНК-библиотеки, готовые к NGS-секвенированию, что позволит детально описать структуру микробных сообществ Белого и Баренцева морей.
•Будет подготовлена 1 научная статья.

Блок 5: Исследования трематод (Trematoda)
•Будет проведена видовая идентификация и верификация жизненных циклов фоновых видов трематод Белого моря и паразитов рукокрылых Карелии на основе анализа генов coxI и 28S рДНК.
•Будет создана база ультраструктурных данных (ТЭМ, СЭМ и конфокальная микроскопия) по строению марит, церкарий и спороцист трематод.
•Будут отработаны протоколы иммунофлуоресцентного мечения для визуализации нервной и мышечной систем паразитов.
•Будут подготовлены и поданы в печать четыре статьи

Суммарно за этап 2026 года будет подготовлены и поданы в печать 12 научных статей, из которых большая часть успеет выйти или быть принятой к опубликованию. Результаты работ будут представлены на ведущих российских и международных конференциях, соответствующих критериям конкурсного отбора.


План на 2027 год:

По аналогии с 2026 годом в рамках работ по сбору материала с целью экономии средств проекта в 2027 году вместо отдельных многочисленных выездов за материалом в один и те же места, служащие основными полигонами для сбора материала будут организованы выезды для всех научных групп, участвующих в проекте. Предварительно запланированы выезды на УНБ Беломорская, Баренцево Море, Кольский полуостров и (при возможности) – архипелаг Шпицберген.

Блок 1: Исследования мшанок (Bryozoa)
1.Проведение исследований овариев у циклостомных мшанок с матротрофной стратегией размножения из семейств Crisiidae, Tubuliporidae, Lichenoporidae и Diaperoeciidae.
2.Картирование данных секвенирования на ранее опубликованный и проаннотированный референсный геном Cristatella mucedo.
3.Сравнительный анализ типов фолликулярных клеток у мшанок с различными репродуктивными стратегиями.
4.Исследование экспрессии маркеров стволовых клеток и локализации плюрипотентных клеток в колонии C. mucedo при помощи метода HCR-FISH (на основе данных секвенирования первого года).
5.Анализ пролиферативной активности и оценка интенсивности деления клеток в колониях C. mucedo с применением меток EdU.
6.Сопоставление зон пролиферации с результатами локализации маркеров стволовых клеток для выявления центров роста колонии.
7.Проведение серии функциональных экспериментов с использованием флуоресцентных меток для подтверждения участия выявленных структур в транспорте пищи у Stenolaemata.
8.Осуществление «адресного» кормления отдельных зооидов в колониях Stenolaemata меченой пищей с последующей визуализацией путей распределения ресурсов.
9.Исследование тонкого строения фуникулярной системы и коммуникационных пор у трех видов Gymnolaemata.
10.Проведение итогового сравнительного анализа систем интеграции колоний на основании всех полученных морфологических и экспериментальных результатов.

Блок 2: Исследования тихоходок (Tardigrada)
11. Обработка имеющихся проб из зарубежных секторов Арктики, включая материалы из Шпицбергена, Гренландии и Аляски.
12. Продолжение выделения материала из проб, изготовление постоянных препаратов и их детальное изучение.
13. Комплексное фотодокументирование материалов с применением современных методов световой и электронной микроскопии, а также данных ДНК-баркодинга.
14. Составление систематических списков видов для всех исследованных географических регионов.
15. Анализ полученных результатов: описание новых для науки видов и переописание уже известных таксонов.
16. Проведение филогеографического анализа на основе полученных молекулярно-генетических данных для выявления путей расселения тихоходок в Арктике.

Блок 3: Исследования амебозоев (Amoebozoa)
17. Выделение природной ДНК и РНК из зафиксированных образцов с использованием специализированных наборов (Qiagen DNeasy; PowerSoil).
18. Проведение высокопроизводительного секвенирования на базе платформ Illumina HiSeq 2500 и Illumina 4000 (глубокое секвенирование наиболее богатых проб до 100 млн прочтений).
19. Биоинформатическая обработка данных: кластеризация и выделение операционных таксономических единиц (OTU), построение сетей филотипов для анализа связей сообществ.
20. Анализ генетических профилей для выявления потенциально патогенных видов и векторов инфекций.
21. Проверка гипотезы об изоляции или связности арктических популяций

Блок 4: Исследования микробиомов
22. NGS-секвенирование подготовленных библиотек в РЦ СПбГУ «Развитие молекулярных и клеточных технологий».
23. Проведение биоинформатического анализа качества прочтений при помощи программы fastqc и выполнение необходимой фильтрации данных.
24. Обработка данных секвенирования с использованием пайплайна DADA2 для формирования уникальных последовательностей (ASV) и таксономическая аннотация на основе базы данных SILVA (v. 138).
25. Сравнительный анализ представленности микробных групп и сезонной динамики микробиомов с использованием пакетов R phyloseq и сервиса MicrobiomeAnalyst 2.0.
26. Расчет матриц коэффициентов различия (Брея-Кертиса и Жаккара) для оценки изменчивости структуры микробиомов грунта и кишечника моллюсков.
27. Визуализация данных при помощи анализа главных координат (PCoA) для оценки дистанции между группами образцов.
28. Выполнение пермутационного дисперсионного анализа (PERMANOVA) для выявления статистически значимых различий в составе микробиомов в зависимости от условий обитания и сезона.

Блок 5: Исследования трематод (Trematoda)
30. Повторный сбор (добор) материала в водоемах Ленинградской области, Карелии и на УНБ СПбГУ с расширением числа географических точек и потенциальных позвоночных-хозяев
31. Корректировка методов фиксации материала с учетом опыта первого этапа реализации проекта.
32. Пробоподготовка для СЭМ и ТЭМ, получение электронограмм для морфологического описания объектов
33. Обработка собранного материала и проведение молекулярно-филогенетического анализа.
34. Выделение и амплификация баркодовых регионов coxI и 28S рДНК, анализ полученных сиквенсов и уточнение видовой идентификации объектов исследования

Ожидаемые результаты за 2027 год

Блок 1: Исследования мшанок (Bryozoa)
•Будут получены новые данные о строении овариев циклостомных мшанок с матротрофной стратегией размножения, что позволит завершить сравнительный анализ типов фолликулярных клеток.
•Будет проведено полное картирование данных секвенирования на референсный геном Cristatella mucedo, что свяжет генетические маркеры с конкретными анатомическими структурами колонии.
•Будут выявлены центры роста колонии и локализация плюрипотентных клеток на основе сопоставления данных HCR-FISH и EdU-мечения.
•Будет получено прямое функциональное подтверждение работы транспортных систем у Stenolaemata благодаря экспериментам по «адресному» кормлению меченой пищей.
•Будет сформулирована итоговая модель систем интеграции колоний мшанок, базирующаяся на синтезе морфологических и экспериментальных данных.
•Будут опубликованы три статьи.

Блок 2: Исследования тихоходок (Tardigrada)
•Будет составлен аннотированный список видов тихоходок для ключевых секторов Арктики (Кольский полуостров, Шпицберген, Гренландия, Аляска).
•Будут описаны новые для науки таксоны и представлены переописания редких видов с использованием комбинированного подхода (морфометрия + ДНК-баркодинг).
•Будет построена филогеографическая модель, объясняющая пути расселения и механизмы формирования арктической фауны тихоходок.
•Будут подготовлены и опубликованы две статьи

Блок 3: Исследования амебозоев (Amoebozoa)
•Будет сформирован массив данных глубокого секвенирования (до 100 млн прочтений), позволяющий оценить скрытое разнообразие арктических амеб.
•Будут построены детальные сети филотипов, которые позволят подтвердить или опровергнуть гипотезу о генетической связности арктических и глобальных популяций.
•Будут выявлены потенциально патогенные виды амеб в зонах антропогенной нагрузки, и предложены методы экспресс-мониторинга санитарного состояния северных экосистем.
•Будут подготовлены и опубликованы две статьи

Блок 4: Исследования микробиомов
•Будет проведена полная таксономическая аннотация (ASV) микробных сообществ Белого и Баренцева морей на основе базы данных SILVA.
•Будут выявлены статистически значимые различия в структуре микробиомов в зависимости от сезона и типа субстрата (грунт vs кишечник моллюсков) с помощью анализа PERMANOVA.
•Будут созданы визуальные модели дистанций между микробными сообществами (PCoA), отражающие влияние экологических факторов на микробиом литорали.
•Будет опубликована статья по результатам метабаркодинга микробных сообществ.

Блок 5: Исследования трематод (Trematoda)
•Будет уточнен видовой состав и расширен список хозяев для трематод морской фауны и паразитов рукокрылых на основе анализа баркодов coxI и 28S рДНК.
•Будет сформирован атлас электронограмм (СЭМ и ТЭМ), детально описывающий ультраструктуру различных стадий развития трематод.
•Будет проведена ревизия филогенетического положения исследованных групп трематод с учетом новых молекулярных и морфологических данных.
•Будут подготовлены и поданы в печать четыре статьи

Суммарно за этап 2027 года будет опубликованы или приняты к опубликованию 12 научных статей. Результаты работ будут представлены на ведущих российских и международных конференциях, соответствующих критериям конкурсного отбора.

Ожидаемые научные и (или) научно-технические результаты и их
научная и общественная значимость:
Результаты выполнения исследований по проект упозволят нам предложить новые гипотезы и объяснения того, как сочетание биотических и абиотических компонентов природных биогеоценозов определяет систему функциональных связей между организмами различных трофических уровней. Комплексный анализ полученных данных позволит выявить функциональный каркас, который определяет структурные особенности биоценоза, состоящего из множества компонентов. Особый научный и практический интерес в этом плане будут представлять результаты, выявляющие многоуровневые регулирующие взаимодействия на уровне отдельных организмов, колоний организмов и на уровне целых биоценозов. Будут получены новые данные о процессах обуславливающих формирование локальных сообществ протистов и микрометазоев, данные о регуляции сложных взаимоотношений в экосистемах, основанных на симбиозе, паразитизме, гиперпаразитизме и хищничестве, реализующиеся на основе сложных жизненных циклов, скоординированных в рамках биоценоза как в пространстве, так и во времени. Иными словами, в результате выполнения проекта мы получим принципиально новые данные о том, как осуществляется «базовая» настройка живых систем, какие в них работают регуляторные механизмы и как на эти механизмы можно воздействовать для того, чтобы избежать деградации системы или наоборот «подтолкнуть» ее развитие в нужную нам сторону.

В результате выполнения исследования будут выявлены общие закономерности в организации фуникулярной системы и коммуникационных пор у представителей Gymnolaemata. Будут выявлены структуры, задействованные в транспорте питательных веществ в колониях представителей Stenolaemata. Полученные данные позволят проанализировать интегрирующие механизмы в колониях беспозвоночных животных с высокой степенью морфологической индивидуальности зооидов, что расширит наше понимание как морфологических, так и физиологических аспектов функционирования колоний такого типа. Данный аспект является наиболее принципиальным для понимания специфики колониальной организации в разных группах многоклеточных, что имеет важное общебиологическое значение.

Полученнные микроанатомические, ультраструктурные и молекулярные данные будут использованы для реконструкция основных направлений и закономерностей эволюции репродуктивных стратегий и жизненных циклов у водных беспозвоночных, что имеет важное общебиологическое значение в контексте создания интегральной картины возникновения многообразия жизненных циклов животных в целом. Полученные данные будут иметь не только научное, но и прикладное значение, поскольку могут быть использованы для планирования добычи промысловых бентосных морских беспозвоночных морских. Исследования бактериальных симбионтов также перспективны для медицинских клинических исследований, поскольку прокариоты являются источником биологически активных веществ, используемых в фармацевтике.

Впервые будут получены достоверные данные по фауне тихоходок арктических регионов России, что не только значительно продвинет изучение биологического разнообразия этого уникального региона, но и позволит выявить пути его формирования и скорректировать подходы к его сохранению. Вовлечение молекулярных методов в изучение видового разнообразия тихоходок этого региона позволит не только получить надежные данные о видовом богатстве этой группы, но и выявить зоогеографические связи фауны арктических тихоходок и пути ее формирования. Эти данные, в частности, необходимы для выявления уникальных реликтовых фаунистических комплексов и для принятия обоснованных решений о создании особо охраняемых природных территорий, что является крайне актуальной задачей в рамках работ по сохранению биологического разнообразия России.


Результаты исследования амебоидных протистов обеспечат существенный прогресс в сопряженных областях биологии и экологии, предлагая пионерские данные в сфере молекулярного анализа скрытых сообществ амеб. Полученные сведения лягут в основу современных моделей функционирования сообществ простейших и позволят внедрить новые методы экспресс-оценки в природоохранный менеджмент и санитарно-эпидемиологический мониторинг.

- С помощью методов метабаркодинга будет репрезентативно продемонстрировано наличие в природных местообитаниях значительного пула видов Amoebozoa, недоступных для традиционной морфологической верификации. Сформированные молекулярно-генетические профили позволят проводить оперативный сравнительный анализ экосистем и выделять зоны риска, содержащие потенциально патогенные формы и векторы опасных микроорганизмов.
- Впервые будет проведено сопоставление данных морфологического культивирования и анализа тотальной ДНК для проверки гипотезы о реальном составе активного микробного сообщества. Это позволит получить объективные показатели удельной численности амеб для уточнения расчетов энергетического и углеродного баланса экосистем.
- Формирование репрезентативной базы генетических и морфологических данных позволит установить закономерности кластеризации сиквенсов и определить границы генетической изменчивости в пределах морфологических видов. Итогом станет предложение количественных критериев для дифференциации агамных организмов на основе ДНК-баркодинга, что критически важно для систематики и прикладной эпидемиологии.
- Исследование продемонстрирует высокую робастность микробных сообществ, обеспечиваемую обширным пулом покоящихся стадий, способных к мгновенной экспансии при изменении внешних условий. В отличие от макроорганизмов, амебы не требуют времени на иммиграцию для замещения экологических ниш, что объясняет устойчивость патогенной фауны в антропогенных средах и диктует необходимость особых подходов к охране микробиоценозов.
- На основе метабаркодингового профилирования путей глобального переноса масс будет разработана модель «потока видов», позволяющая оценить соотношение локальных и транзитных компонентов в арктических экосистемах. Это даст возможность разграничить виды, реально функционирующие в биотопе, и те формы, чье присутствие поддерживается исключительно непрерывным притоком покоящихся стадий из биосферного пула.
Ожидаемые результаты исследования обеспечат существенный прогресс в сопряженных областях биологии и экологии, предлагая пионерские данные в сфере молекулярного анализа скрытых сообществ амеб. Полученные сведения лягут в основу современных моделей функционирования сообществ простейших и позволят внедрить новые методы экспресс-оценки в природоохранный менеджмент и санитарно-эпидемиологический мониторинг.

Будет выполнено первое комплексное описание бактериомов каменистой литорали Белого и Баренцева морей. Будут получены систематические данные о сезонных профилях прокариот в средовых местообитаниях (вода, грунт, поверхность камней и макрофитов) и ассоциированной микрофлоры массовых видов гидробионтов. Применение полногеномного секвенирования метагеномов позволит перейти от таксономической оценки к анализу функциональной значимости бактериальных сообществ. Сопоставление сезонных профилей средовых микробиомов и микробиомов макрофауны даст возможность оценить функциональные перестройки в прибрежных экосистемах полярного региона в условиях выраженной сезонности. Проект включает сравнение микробиомов недавно дивергировавших видов моллюсков (в том числе внутри рода Littorina) для тестирования гипотез о роли микробиома в микроэволюционных процессах, а также анализ влияния паразитарной инвазии на бактериом. Это позволит выявить индикаторные линии бактерий, специфичные для разных компонентов биоценоза, и приблизиться к пониманию потоков вещества и энергии от низших трофических уровней до высших консументов. Впервые на уровне систематического исследования будут охарактеризованы сезонные профили таксономической и функциональной структуры микробиомов двух приполярных морей. Полученные результаты важны для прогнозирования изменений арктических экосистем в условиях климатической динамики и роста антропогенной нагрузки.

Будут новые данные о филогении и таксономии трематод, паразитирующих в рыбах и наземных позвоночных Арктического региона. Мы соберем новые сведения о морфологии марит, церкарий и партенит несколькоих очень широко распространённых, но все еще слабо изученных трематод из семейств Opecoelidae (паразиты промысловых рыб), церкарий и партенит Lecithodendriidae (паразиты летучих мышей, в том числе самого северного вида – северного кожанка), Pleurogenidae (паразиты амфибий), Laterotrematidae (паразиты птиц). Охват такого широкого круга хозяев станет возможен не только благодаря тому, что авторы имеют обширный задел и опыт подобной работы, а так же благодаря тому, что основной упор в получении молекулярно-филогенетических данных будет сделан на промежуточные стадии жизненного цикла трематод. Это избавит от необходимости наносить вред биоразнообразию Арктики в виде инвазивного вмешательства и сбора позвоночных животных. Проработка такого подхода к изучению паразитофауны является одним из основных методологических подходов в рамках проекта. Авторы проекта планируют подготовку кратких методических рекомендаций для экспресс-оценки паразитофауны региона на основе неинвазивного вмешательства в биоразнообразие позвоночных-хозяев. Полученные данные, в том числе, будут использованы в качестве методического материала при проведении практических занятий и летней производственной практики для студентов Биологического факультета СПбГУ. Значимой компонентой результатов является особый акцент на «промежуточных стадиях» жизненных циклов трематод. Получение данных о строении и молекулярной филогении партенит и церкарий позволит проводить экспресс-оценку паразитофауны региона неинвазивными методами, т.е. без сбора окончательных хозяев – позвоночных животных, многие из которых могут входить в перечни видов, защищенных законодательством РФ. Понимание спектра хозяев трематод и способов передачи инфекции от одного хозяина к другому помогут разобраться в процессах интеграции и регуляции сложных паразито-хозяинных систем арктического региона РФ.