научный журнал по биологии Журнал общей биологии ISSN: 0044-4596

ГОРБАЧЕВСКАЯ Н.Л., ЕГОЛИНА Н.А., КОЗЛОВСКАЯ Г.В., КОРОВИНА Н.Ю., КОСЯКОВА Н.В., ЛЯПУНОВА Н.А., ПАСЕКОВ В.П., ПОРОХОВНИК Л.Н., СОРОКИН А.Б., СУХОТИНА Н.К., ЦВЕТКОВА Т.Г. — 2013 г.

Рибосомные гены (РГ), или гены рРНК, в геномах эукариот представлены многочисленными копия- ми, из которых транскрипционно активны лишь некоторые. Количество активных копий является стабильным признаком генома, определяющим способность клетки быстро активизировать синтез белков, необходимых для преодоления стрессорных воздействий. Низкая копийность активных РГ приводит к пониженной стрессоустойчивости и риску развития мультифакториальных заболе- ваний (МФЗ). Окислительный стресс (ОС) в клетках мозга связывают с патогенезом раннего дет- ского аутизма (РДА) и шизофрении, МФЗ с выраженной наследственной предрасположенностью. Но если при аутизме маркеры ОС обнаруживают практически во всех исследованиях, в отношении шизофрении аналогичные данные противоречивы. В выборке пациентов с шизофренией ранее было обнаружено достоверно более высокое, по сравнению со среднепопуляционным, количе- ство активных копий РГ. В данной работе количество активных копий РГ определяли на выборке n = 51 пациентов с РДА и выявили достоверное более низкое среднее, чем в здоровой популяции. Предложена математическая модель динамики ОС, реализованная в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений и предполагающая опосредованную индукцию ферментов антиок- сидантной защиты активными формами кислорода (АФК) с последующим снижением внутрикле- точной концентрации АФК. Скорость синтеза ферментов антиоксидантной защиты определяется скоростью синтеза рибосом, которая зависит от числа активных копий РГ. Анализ модели показал, что система стремится к единственной точке устойчивого равновесия по механизму затухающих колебаний, до известной степени напоминающих динамику в модели “хищник–жертва” Лотки– Вольтерры. Равновесный уровень АФК находится в обратной зависимости от копийности актив- ных РГ. Проведенные исследования позволяют объяснить противоречивость клинических данных по выявлению ОС при РДА и шизофрении, а также предложить новый критерий дифференциаль- ной цитогенетической диагностики шизофрении и детского аутизма и предположить, что антиок- сидантная терапия должна быть эффективна только у детей с низкой копийностью активных РГ.

АКСЕНОВА Г.Е., ЛОГВИНОВИЧ О.С. — 2013 г.

Орнитиндекарбоксилаза (ОДК, КФ 4.1.1.17.) - короткоживущий и динамично регулируемый фермент биосинтеза полиаминов. Регуляция функционального, метаболического и пролиферативного состояния органов и тканей включает изменения активности ОДК. На органах и тканях (печень, селезенка, костный мозг, почки, слизистая оболочка тонкого кишечника) зимоспящих млекопитающих - сусликов Spermophilus undulatus - показаны органоспецифические изменения активности ОДК в сезон зимней спячки. При этом отмечено наличие положительной корреляции между снижением и восстановлением специализированных функций органов и тканей с соответствующими модификациями ферментативной активности ОДК в течение баутов спячки. Исследование изменения активности ОДК в органах и тканях незимоспящих млекопитающих в условиях искусственного гипобиоза показало, что у крыс Wistar в тимусе, селезенке, слизистой оболочке тонкого кишечника, неокортексе, печени сразу после окончания воздействия гипотермии-гипоксии-ги-перкапнии (гипобиоз) активность ОДК находится на низком уровне. В костном мозге сусликов в состоянии оцепенения, а также в тимусе крыс после окончания воздействия гипотермии-гипок-сии-гиперкапнии изменения активности фермента ОДК соотносятся с изменениями темпа клеточной пролиферации (по критерию распределения клеток по фазам клеточного цикла).На основании полученных результатов и критического анализа литературных данных можно сделать вывод о том, что фермент ОДК участвует в биохимической адаптации млекопитающих к естественному и искусственному гипобиозу.

ЧЕРНЯЕВ Ж.А. — 2013 г.

Исследования условий размножения и эмбрионального развития шести видов сиговых рыб выявили возможность нормального развития их оплодотворенной икры, вмороженной в лёд нерестового водоема. Этому способствует крайне низкая дыхательная активность зародышей в ранний период эмбриогенеза (с этапа дробления до этапа органогенеза). Низкий уровень потребления кислорода и выделения углекислого газа является адаптацией к слабой диффузной газопроницаемости льда. Основным регулятором темпа эмбрионального развития сиговых рыб является не температура, а интенсивность и периодичность солнечного света. Без солнечного света, служащего облигатным внешним фактором, нормальный процесс развития невозможен. В экспериментальных условиях, при близких к нулевым значениях температуры воды или во льду, нормальный морфогенез эмбрионов байкальского омуля и севанского сига проходил при освещенности в 50-300 лк. Обнаруженный в водорастворимой части желтка яйцеклетки сиговых рыб пигмент – гемопротеид цитохром β 560,являясь биохимическим маркером икры рыб сем. Coregonidae, скорее всего осуществляет протекторные (антиоксидантные) функции, препятствуя спонтанному окислению жировых включений зародыша. При недостатке кислорода внутри ледяной капсулы цитохром β 560, возможно, обеспечивает окислительные процессы тканевого дыхания зародыша. Жировая капля, сохраняемая до момента вылупления, уже в качестве временного гидростатического органа способствует плавучести личинок в период постэмбрионального метаморфоза. Она служит также энергетическим запасом после ската личинок с нерестилищ вплоть до момента их перехода на экзогенное питание зоопланктоном. Сообразуясь с экологическими особенностями размножения и развития, выявленными морфогенетическими, физиологическими и биохимическими особенностями, предлагается отнести все описанные к настоящему времени 26 видов сиговых рыб к “пагофильной” группе размножения.

2013

ГАВРИЛОВ В.В. — 2013 г.

Исследования проводили, начиная с 18–20 мая в 1984, 1985, 1987, 1988 и 1990 гг. на двух стационарах орнитологического отряда ИБПС ДВО РАН в Нижнеколымском районе Якутии. Сроки предгнездового периода были изучены у 11 видов куликов с разной социальной организацией, которые сравнивались по аллометрическим уравнениям. В качестве характеристики размера вида была выбрана масса тела. Кулики прилетают в тундру при температурах близких к критическим, чтобы начать размножение как можно раньше. Сроки начала размножения зависят от способа питания птиц и близости мест зимовки. Продолжительность предгнездового периода постоянна у каждого конкретного вида и пола. Существуют половые отличия в затратах времени на предгнездовой период у совместногнездящихся куликов. Показатели степени в аллометрических уравнениях продолжительности предгнездового периода от массы тела птиц постоянны для определенного пола и отличаются для самцов и самок. Уровни затрат времени на предгнездовой период у различных полов зависят от брачных, родительских и территориальных систем. Тип социальной организации вида определяет затраты времени на предгнездовой период у самцов и самок куликов. Относительно более крупные виды куликов стремятся сократить календарное время предгнездового периода, что накладывает ограничения на их социальную организацию. Моногамия и парная забота о потомстве приводят к необходимости более жестко контролировать и дольше поддерживать пространственную структуру популяции, что увеличивает временные затраты самцов на такое поведение.

БУЛГАКОВ Н.Г., ГЕЛАШВИЛИ Д.Б., ЗИНЧЕНКО Т.Д., КУЗНЕЦОВА Н.А., ЛЕВИЧ А.П., ЛЕЩИНСКАЯ Е.С., МАМИХИН С.В., РОЗЕНБЕРГ Г.С., ШИТИКОВ В.К. — 2013 г.

ОЛЕСКИН А.В. — 2013 г.

Детально изученные в рамках гуманитарных наук сетевые структуры (сети) характеризуются отсутствием единого центра и связностью; многие сети отличаются также автомодельностью (фрактальностью). Сетевые структуры противопоставляются структурам с единым центром (иерархиям) и структурам, в которых элементы вступают лишь в конкурентные отношения (рыночным структурам и их аналогам). Обращение к биологическим системам показывает многовариантность сетевых структур: сетевая организация функционирует на всех уровнях организации от клеточной до социальной. Можно выделить два подтипа сетей в биосистемах: 1) плоские (без лидеров), характерные для структур из однородных элементов и представляющие собой модульные организмы или по крайней мере имеющие выраженные целостные свойства и 2) объёмные (отчасти иерархические), свойственные структурам, состоящим из элементов, имеющих существенные индивидуальные и/ или функциональные (кастовые) различия. Сетевые структуры имеют в своём составе компонент, несущий структурную, адгезивную, интегративную, защитную, коммуникативную и синхронизирующую функции, который, по аналогии с клеточными системами, мы обозначаем как матрикс сетевой структуры. Матрикс имеет материальную (структуры, принадлежащие не отдельным элементам, а целой системе) и нематериальную (социальные нормы, правила поведения элементов) составляющие. Правила поведения могут быть алгоритмизированы, что позволяет моделировать поведение различных сетевых структур, в особенности нейронных сетей и их искусственных аналогов.

ГИЛЯРОВ А.М. — 2013 г.

В статье рассматриваются два подхода, сосуществующие в современной экологии. Один, более старый, восходит к естественной истории и ориентирован, прежде всего, на описание наблюдаемого разнообразия явлений. Другой ориентирован скорее на поиск однообразия, на выявление скрытых механизмов и попытку выявить общие принципы функционирования тех или иных экологических систем.

АГАФОНОВ В.А., АХМЕТЖАНОВА А.А., ВАН ЛОГТЕСТАЙН Р., ОНИПЧЕНКО В.Г., САЛПАГАРОВА Ф.С. — 2013 г.

Различия в адаптациях растений бедных и богатых почв наблюдаются на внутрирегиональном уровне. Изучено содержание азота и углерода в тонких корнях 92 видов альпийских растений северо-западного Кавказа и его связь с таксономическим положением и эколого-морфологическими признаками растений. Содержание азота в корнях варьировало от 0.43 % у Bromus variegatus до 3.75% у Corydalis conorhiza, составляя в среднем 1.3%. Самое низкое содержание углерода в сухой массе тонких корней отмечено у Corydalis conorhiza 40.3%, наиболее высокое значение у Empetrum nigrum 51.7%, среднее значение составило 43.4%. Среднее отношение C:N для тонких корней 34:1, что показывает несколько большее обогащение их азотом по сравнению с данными аналогичных наблюдений в других регионах. Корни настоящих двудольных содержали больше азота, чем корни однодольных. Наиболее высокие средние значения этого показателя имели виды Fabaceae - 2.1%, низкие значения характерны для видов Poaceae - 1.3%. Самые высокие значения содержания углерода в корнях характерны для видов Ericaceae (47.2%), а низкие - Ranunculaceae (42.1%). Содержание в корнях углерода увеличивается в ряду: геофиты < гемикриптофиты < хамефиты. Удельная длина корня положительно скоррелирована с содержанием азота и отрицательно с содержанием углерода в корнях. Крупнолистные виды с высокой удельной листовой поверхностью содержат больше азота и меньше углерода в корнях. Содержание азота и углерода в тонких корнях положительно связано с их содержанием в листьях. Это подтверждает сопряженность эколого-морфологических признаков растений и химического состава их тонких корней. Виды растений, обладающие большей скоростью роста и развития, характеризуются высоким содержанием азота и низким углерода в корнях, имеют арбускулярную микоризу, более крупные листья с высоким обводнением и высокой удельной листовой поверхностью, а также более высокую семенную продуктивность. Эти признаки соответствуют растениям виолентной (конкурентной) и эксплерентной (рудеральной) стратегиям. С другой стороны, растения-патиенты (стресс-толеранты) с более экономным использованием элементов минерального питания и низкой скоростью роста характеризуются низким содержанием азота и высоким углерода в своих корнях, более мелкими листьями с низкой удельной листовой поверхностью и низкой семенной продуктивностью.

ГОНЧАРОВ А.А., ТИУНОВ А.В. — 2013 г.

Исследование функциональной роли почвенных животных чрезвычайно затруднено тесной связанностью трофических и иных типов биотических взаимодействий в почвенном ярусе, огромным разнообразием видов и значительной пластичностью пищевого поведения очень многих представителей почвенной биоты. Для корректной оценки роли почвенных животных в поддержании углеродного баланса почвы необходимо составить правильное представление об относительной важности основных потоков поступления вещества и энергии в почвенные трофические сети. По литературным и собственным данным рассмотрены особенности первых звеньев детритных пищевых цепей, механизмы освоения почвенными сапрофагами стабилизированного органического вещества минеральных горизонтов почвы, а также легкодоступного углерода, поставляемого в почву корнями высших растений. Обсуждается также значение хищных беспозвоночных в регуляции динамики деструкции растительного опада и их роль в интеграции локальных трофических сетей соседствующих биотопов.

МАРТЫНОВ А.В. — 2013 г.

Эволюционная история любой группы многоклеточных организмов является историей их целых онтогенетических циклов, а не только отдельных стадий и генов. Онтогенез рассматривается как процесс, позволяющий объективным способом соединить две ключевые компоненты биологической систематики: исторически независимую признаковую атрибуцию и филогению как таковую. Одним из важных практических приложений подобного подхода выступает новая модель эволюции билатерально-симметричных животных, в которой предлагается анцестральный статус клонального бесполого размножения и его многократная редукция в различных линиях Bilateria. Наличие в позднем венде, раннем и среднем кембрии целого ряда организмов, достоверно обитавших в трубках или обладавших полипоидной организацией, делает предложенную новую модель обоснованной с точки зрения палеонтологических данных. Организация таких животных, как раковинные головоногие моллюски, представляется результатом индивидуации полуколониальной формы, где раковина соответствует трубке, септы маркируют границы бывших зооидов, а сифон гомологичен столону колонии. Предполагается, что основные черты эволюционного развития типа Mollusca заключались в редукции исходной сложной формы, сходной с Cephalopoda.

БУШУЕВ А.В., ВАСИЛЬЕВА Н.Ю., РОГОВИН К.А., ХРУЩОВА А.М. — 2013 г.

Исследовали морфологические и физиологические характеристики одновозрастных молодых сам- цов хомячка Кэмпбелла ( Phodopus campbelli Thomas, 1905), рожденных в конце лета (“осенние”) и в конце зимы (“весенние”) в условиях вивария с постоянным режимом освещения (14 ч день, 10 – ночь) и содержавшихся в изоляции в аналогичных условиях после того, как их отделяли от родителей в месячном возрасте. Животных тестировали возрасте 2–3.5 мес. Весной самцы имели повышенный уровень обмена покоя, значимо бóльшую массу тела в середине экспериментальной сессии, бóльшие размеры половых органов и фоновый уровень тестостерона, более интенсивный клеточный иммунный ответ на внутрикожное введение фитогемагглютинина. Они не отличались статистически значимо по фоновому уровню кортизола в крови и интенсивности иммунного отве- та на иммунизацию бараньими эритроцитами, но имели более низкий адренокортикальный ответ на воздействие социального стресс-фактора и адренокортикотропного гормона. Использование общей линейной модели (GLM) показало, что только уровень кортизола в крови после ссаживания и метаболизм покоя значимо влияли на интенсивность гуморального иммунного ответа на эрит- роциты барана. Когда в качестве зависимых переменных в GLM рассматривали интенсивность клеточного иммунного ответа на фитогемагглютинин либо фоновый уровень тестостерона, только сезон оказывал значимый эффект в итоговой модели.

ЕСЬКОВ А.К. — 2013 г.

Исследован видовой состав эпифитных сообществ различных формаций о. Фу-Куок (Южный Вьетнам). Показана зависимость видового состава и структурной сложности эпифитного сооб- щества от свойств формации. Представители различных семейств сильно отличаются своей чув- ствительностью к нарушениям. Наиболее уязвимы виды Orchidaceae, будучи доминирующей груп- пой в эпифитном сообществе дождевого тропического леса, они почти полностью выпадают при антропогенном воздействии. Увеличение видового разнообразия эпифитов в менее нарушенных лесах происходит прежде всего за счет видов «нижних» синузий и напрямую зависит от ярусности формации. Снижение числа ярусов формации приводит к выпадению видов «нижних» синузий. Среди эпифитов выявляются индикаторы нарушенных сообществ – виды рудеральной стратегии (эксплеренты). В первичном дождевом лесу они отсутствуют или малозаметны. Предложен индекс для оценки сложности эпифитных сообществ.

АКАТОВ В.В. — 2012 г.

Представлен обзор публикаций, посвященных анализу видового богатства биологических сооб- ществ островов и островных местообитаний с позиции теории динамического равновесия ост- ровной биогеографии Макартура и Уилсона (MacArthur, Wilson, 1963). Кратко рассматриваются основные положения этой теории, проблемы и результаты ее тестирования, последствия антропо- генной фрагментации сообществ, а также возможности использования разработанных на основе теории рекомендаций в природоохранной практике.

2012

ДЗЕРЖИНСКИЙ Ф.Я., РАУТИАН А.С. — 2012 г.

НЕДОРЕЗОВ Л.В. — 2012 г.

Для аппроксимации двух экспериментальных рядов данных по изменению численностей Paramecia aurelia и Paramecia caudatum, представленных в монографии Гаузе (Gause, 1934), использовали четыре модели популяционной динамики, по-разному учитывающие влияние саморегуляции на динамику численности: модели Ферхюльста, Гомпертца, Розенцвейга и Свирежева. Для каждой из моделей оценены параметры (при минимизации суммы квадратов отклонений данных от модель- ных траекторий) двумя различными способами: без каких-либо дополнительных ограничений на значения параметров (кроме их неотрицательности) и с дополнительным ограничением. В первом (традиционном) случае отклонения экспериментальных данных от теоретических тестировали на нормальность (со средним равным нулю) с помощью критериев Колмогорова - Смирнова, Шапиро - Вилка и Lilliefors, а также на наличие/отсутствие сериальной корреляции (критерий Дарбина - Ватсона, критерий серий). Наилучшие характеристики получены для моделей Фер- хюльста и Гомпертца. Во втором более реалистичном случае, когда априори предполагается, что параметр модели, имеющий смысл ёмкости среды для данной популяции, не может быть меньше ни одного из элементов исходной выборки, наилучшие результаты получены для модели Гомперт- ца. В этом случае традиционная схема проверки пригодности модели для аппроксимации данных неприменима, поскольку (для достаточно больших выборок) всегда есть сериальная корреляция в последовательности отклонений экспериментальных данных от теоретических. Нет равенства среднего арифметического нулю (поскольку, начиная с некоторого момента времени, все экспери- ментальные точки лежат с одной стороны от теоретической траектории), а также нет и нормаль- ности распределения отклонений. Обсуждаются возможные варианты проверки последовательно- стей отклонений для таких случаев.

САВИНОВ А.Б. — 2012 г.

Появившиеся в последнее время данные и концепции о роли симбиогенеза в организации, функционировании и эволюции биосистем организменного и надорганизменного уровней позволяют говорить о формировании симбиотического подхода к решению теоретических и прикладных вопросов биологии. В частности, согласно концепции автора, единицей организменного уровня является не особь (индивидуум), а аутоценоз, т.е. самоуправляемая система хозяин–симбионты. Тогда популяционному уровню соответствует система аутоценозов – демоценоз, а видовому уровню – система демоценозов, т.е. специоценоз. В соответствии с этим в демоценозе происходит естественный отбор аутоценозов, а не отдельных особей, и звеньями трофических цепей и сетей реально являются ауто- и демоценозы, но не “особи” и “популяции”. Однако симбиотический подход не исключает популяционной парадигмы и будет развиваться параллельно с ней, постепенно превращаясь в новую парадигму – симбиотическую. Об этом свидетельствуют новейшие концепции в области симбиологии, рассмотренные в статье.

САХАРОВ Д.А. — 2012 г.

Фундаментальная роль центральных генераторов (ЦГ) паттерна (central pattern generators, CPGs) в производстве моторных команд получает растущее признание. CPG определяют как ансамбль нейронов, совместно создающих упорядоченную определенным образом выходную активность. Принято считать, что упорядоченность определяется специфичностью синаптических связей между нейронами ансамбля. Согласно взгляду автора, существенна специфичность сигнальных молекул, принадлежащих нейронам разных химических фенотипов. Современные исследования демонстрируют способность CPG к реорганизации, приводящей к изменению паттерна выходной активности. Эту мультифункциональность трудно объяснить в понятиях анатомической (= синаптической) организации. Гетерохимическая гипотеза CPG не столь ригидна. Мы предполагаем, что динамическими флюктуациями содержания нейроактивных молекул в локальной межклеточной среде определяются физиологические свойства и рецепторный профиль индивидуальных нейронов и, таким образом, характер их самоорганизации в паттерн-генерирующий ансамбль.

ВАНИСОВА Е.А., НИКОЛЬСКИЙ А.А. — 2012 г.

В обзоре на примере млекопитающих обсуждаются основные положения концепции биологического сигнального поля в представлении автора концепции Н.П. Наумова и его последователей. Показано, что развитие концепции последние 30 лет основано на ее базовом положении. Его суть состоит в том, что млекопитающие в пространстве биогеоценоза оставляют следы своей жизнедеятельности на объектах ландшафта, формируя из поколения в поколение “матрицу стабильных элементов” – систему аттракторов – объектов, привлекающих внимание животных и организующих использование ими территории со всеми имеющимися на ней ресурсами. Стабильные элементы создают зрительно-запаховый образ территории, влияющий на траекторию каждого нового поколения млекопитающих. Высказано предположение, что, подобно биологической продуктивности и видовому разнообразию, биологическое сигнальное поле характеризует соответствующие стадии экологической сукцессии. Хотя концепция и не получила широкого распространения, но в последние годы регулярно публикуются работы, которые опираются на ее основные положения. Обязательным условием дальнейшего успешного развития концепции должно стать создание новых методов исследований, включая моделирование процессов формирования матрицы стабильных элементов в экспериментальных условиях.