Кафедра общей экологии Кафедра общей экологии - одна из самых молодых кафедр факультета, она создана в середине 1999 года на основе объединения групп экологов. - презентация

1 Кафедра общей экологии Кафедра общей экологии - одна из самых молодых кафедр факультета, она создана в середине 1999 года на основе объединения групп экологов и математиков, ранее работавших на кафедрах гидробиологии и зоологии позвоночных.

2 Кафедра общей экологии Заведует кафедрой доктор биологических наук, профессор Виктор Николаевич Максимов. На кафедре работают 30 сотрудников, среди которых 9 докторов наук и 10 кандидатов наук.

3 Кафедра общей экологии Учебная работа Кафедра ведет преподавание экологии на биологическом факультете МГУ, а также на философском и геологическом факультетах - профессора и сотрудники кафедры читают 8 различных курсов лекций экологического цикла.

4 Кафедра общей экологии Учебная работа На кафедре создан современный компьютерный класс, на базе которого преподаватели и сотрудники кафедры ведут общефакультетский курс «Математические методы в биологии».

5 Кафедра общей экологии Учебная работа На кафедре проходят обучение аспиранты и стажеры. Защищено 7 докторских и 5 кандидатских диссертаций.

6 Кафедра общей экологии Учебная работа При кафедре работает постоянный научный семинар «Популяционная и системная экология» ( ).

7 Кафедра общей экологии Учебная работа Ведущий научный сотрудник кафедры д.б.н. Александр Петрович Левич является многолетним руководителем Междисциплинарного семинара по темпорологии при Московском государственном университете ( ).

8 Кафедра общей экологии Основные научные направления Оценка состояния экосистем по данным экологического мониторинга Компьютеризация биологических исследований Эволюционная экология жизненного цикла Построение концептуальных и математических моделей зональных типов наземных экосистем

9 Кафедра общей экологии Экспедиции Измерения углеродного баланса в кочкарной тундре Аляски. В рамках международной программы по изучению динамики углеродных потоков, водяного пара и энергии в приземном (пограничном) слое атмосферы в тундровой зоне Берингии сотрудники кафедры проф. Д.Г. Замолодчиков, с.н.с. Д.В.Карелин, с.н.с. О.В.Честных, ст.лаб. А.И.Иващенко ежегодно участвуют в научных экспедициях на Чукотский п- ов и Аляску.

10 Кафедра общей экологии Экспедиции Проф. кафедры А.В.Смуров с 1989 г. принимает участие в экспедициях во Вьетнам, где ведутся работы по теме «"Характеристика экотоксикологического состояния прибрежных биоценозов Южно- Китайского моря (зал. Нячанг и др.). Взятие проб планктона

11 Кафедра общей экологии Экспедиции Профессор Алексей Меркурьевич Гиляров и аспиранты кафедры ежегодно проводят полевые исследования на Беломорской биостанции МГУ. Праздник Нептуна

12 Кафедра общей экологии Публикации Результаты научных исследований сотрудников кафедры широко публикуются в научных журналах и монографиях. Опубликовано 14 монографий и 116 статей.

13 Кафедра общей экологии Научные связи кафедры Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН Лаборатория биосферных функций леса Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН Отдел мониторинга пресноводных экосистем и палеоэкологии Института глобального климата и экологии Росгидромета и РАН

14 Кафедра общей экологии Научные связи кафедры Центр изучения полиморфизма микроорганизмов Института исследований для развития, г. Монпелье, Франция (L'Institut de recherche pour le développement) Итало-российский институт экологических исследований и образования, Палермо, Италия (Italo- Russo di Formazione e Ricerche Ecologiche) Ольденбургский университет им. Карла фон Осецкого ( Carl von Ossietzky Universitat, Oldenburg) Институт экологии Нидерландов (Netherlands Institute of Ecology, NIOO-KNAW)

15 Кафедра общей экологии Информационные ресурсы кафедры Сотрудниками кафедры создан и поддерживается научно- образовательный портал «Фундаментальная экология» ( fundecology/ -отв. Редактор Е.В.Будилова) fundecology/

16 Кафедра общей экологии Информационные ресурсы кафедры Сотрудниками кафедры создана и поддерживается информационная система "ЭКОЛОГИЯ ПРЕСНЫХ ВОД РОССИИ И СОПРЕДЕЛЬНЫХ СТРАН" Отв. редактор Н.Г. Булгаков

17 Кафедра общей экологии Подробнее о некоторых научных исследованиях сотрудников кафедры…

18 ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМ ПО ДАННЫМ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА Руководитель: профессор Виктор Николаевич Максимов

19 Основные направления деятельности 1. Биоиндикация экологического состояния природных экосистем на основе показателей структуры сообществ. 2. Экологическая диагностика и нормирование внешних воздействий, нарушающих экологическое благополучие природных экосистем. 3. Исследование связей между экологическими группировками гидробионтов в водных экосистемах с помощью методов нетрадиционной статистики. 4. Применение информационных технологий для создания базы знаний в области экологического мониторинга и контроля окружающей среды.

20 Анализ данных экологического мониторинга состоит из следующих последовательных этапов:

21 В ПОИСКАХ ТЕОРИИ ЭКОЛОГИИ (1) Проф. А.М. Гиляров Хотя обычно считается, что экология всегда была связана с эволюционными идеями и особенно с дарвинизмом, анализ содержания экологических работ начиная с 20-х годов ХХ века вплоть до рубежа XX и XXI веков показывает, что это не так. Гораздо чаще теоретической базой экологии оказывались идущие еще от Г.Спенсера представления о подвижном природном равновесии. Только в 1950-х годах были предприняты первые попытки рассмотреть жизненный цикл популяций (прежде всего повозрастное распределение вероятности гибели и размножения особей) как результат естественного отбора, направленного на поддержание существования популяции из поколения в поколение.

22 В ПОИСКАХ ТЕОРИИ ЭКОЛОГИИ (2) Неотъемлемой частью этих исследований, получивших особое развитие уже в =х годах, стал поиск всевозможных компромиссов (трейдоффов) между теми или иными показателями жизненного цикла (например, выживаемостью молоди и плодовитостью взрослых), а также «инвариант» - более или менее устойчивых величин, представляющих собой отношение отдельных параметров. Проблема оптимизации жизненного цикла популяций стала центральной для целого направления исследований - «эволюционной экологии». Хотя традиционно направление это связывают с классическим дарвинизмом, оно скорее исходит из представлений о видах, как статических системах.

23 В ПОИСКАХ ТЕОРИИ ЭКОЛОГИИ (3) Гораздо меньше внимания уделялось эволюции сообществ и экосистем, поскольку эти образования трудно было трактовать как единицы дарвиновского отбора. Более того, экологи, рассматривающие биосферу как единую биогеохимическую систему, стали говорить о «недарвиновском» характере ее эволюции. По мнению А.М.Гилярова (2003а), для этого на самом деле нет оснований. Представления Дарвина о свойственном любой популяции экспоненциальном росте, неизбежно возникающем отсюда дефиците ресурсов, а следовательно - дифференцированном выживании и размножении особей остаются актуальными при изучении как эволюции самих организмов (филогенетики), так и процессов развития биосферы как глобальной экосистемы.

24 В ПОИСКАХ ТЕОРИИ ЭКОЛОГИИ (4) Заметные успехи в экологии последних десятилетий получены с помощью новых обобщающих подходов и методологий (в том числе - «макроэкологии», обратившейся к более крупным масштабам пространства-времени). Однако наиболее универсальной методологией для экологии по-прежнему остается дарвинизм, стремящийся объяснить существующий порядок вещей через его происхождение путем естественного отбора.

25 В ПОИСКАХ ТЕОРИИ ЭКОЛОГИИ (5) Причины успеха дарвинизма в экологии объясняются тем, что теория эта зиждется на принципах, определяющих существование во времени и в пространстве любой популяции. И экологи, и эволюционисты, в своих объяснениях обращаются к одним и тем же базовым положениям классического дарвинизма (экспоненциальный рост численности, неизбежность его остановки из-за нехватки ресурсов и/или пресса хищников, наличие внутрипопуляционной изменчивости) (А.М.Гиляров,2003б)

26 В ПОИСКАХ ТЕОРИИ ЭКОЛОГИИ

27 Красные книги - списки видов животных и растений, находящихся под угрозой вымирания, - составляются коллективом специалистов на основании экспертных оценок. Решение о включении того или иного вида (или подвида) в Красную книгу в значительной мере субъективно, хотя и принимается на основе объективных показателей. Л.В.Полищук с кафедры общей экологии биофака МГУ впервые в мировой практике обнаружил строго измеряемые количественные характеристики видов, достоверно предсказывающие вероятность их включения в Красную книгу. Материалом послужили данные, собранные в литературе для 90 видов млекопитающих из состава фауны бывшего СССР, 25 из которых занесены в Красную книгу. Позднее выводы подтвердились на большой выборке млекопитающих Бразилии.

28 Красная книга Л.В. Полищук (Polishchuk L.V. // Science V.297. P.112), показал что для наиболее точного предсказания угрозы вымирания вида (включения в Красную книгу) достаточно знать среднее число дочерей, производимых самкой за год. Критической величиной для попадания в разряд краснокнижных оказывается значение плодовитости, равное 2.9 дочерям на взрослую самку за год. Если оно меньше, то вид с высокой вероятностью окажется в Красной книге, и чем ниже эта величина, тем больше такая вероятность. Но если годовая плодовитость больше 2.9 дочерей на самку, то такой вид скорее всего не относится к краснокнижным.

29 Заголовок статьи Леонарда Владимировича Полищука о вероятности включения вида в Красную книгу в журнале «Science» (16 August Vol P. 1123

30 Уязвимость вида можно представить как функцию годовой плодовитости. Соответствующее уравнение имеет вид: L = 1/[1 + exp( B)]. Чем меньше плодовитость, тем выше вероятность оказаться под угрозой вымирания (т.е. вероятность попасть в Красную книгу). Годовая плодовитость ниже 2.9 дочерей /год является критической. Для иллюстрации на кривой уязвимости показаны включенные в Красную книгу зубр, тигр и русская выхухоль. В качестве примера с очень высокой плодовитостью показан кролик. Этого вида в Красной книге нет. Рисунки животных взяты с сайтов: и

31 Зависимость включения вида в Красную книгу от величины средней годовой плодовитости. Рисунок из статьи Л.В.Полищука в журнале «Природа» (7 за 2003 г.) ( Рисунки животных взяты с сайтов: и

32 Эволюционная пластичность семейств белков: взаимосвязь между первичной и пространственной структурами Л.А.Панченко В настоящее время в эволюционной биологии, биоинформатике, клеточной и молекулярной биологии возник целый класс новых задач, решение которых требует разработки и применения различных методов многомерного статистического анализа. Для анализа 81 белковых семейств нами были использованы современные версии статистических методов: корреляционный и регрессионный анализ, методы множественного сравнения.

33 How loop structures evolve as proteins diverge from a common ancestor? – slope of a regression line 0202 Blast bitscore per residue

34 Structure of loops for many protein families change gradually in evolution. %Id = 73% %Id = 53% %Id = 26% Evolutionary plasticity of loops (bloop) is higher than EP of cores (bcore)

35 Evolutionary plasticity for different protein families. Pic ornavirus capsid protein Beta/gamma crystallin IPT/TIG- domain Xylose isomerase Class I Histocompatibility antigen Low EPS – large interaction interfaces? GLFV-dehydrogenase Copper/zinc superoxide dismutase Protein tyrosine phosphatase

36 Оптимизационное моделирование эволюции жизненного цикла В основополагающем труде Ч. Дарвина "Происхождение видов был сформулирован базовый принцип эволюционного развития живых существ: "Если полезные для какого-нибудь органического существа вариации когда-либо встречаются, то индивиды, характеризующиеся ими, будут обладать наибольшей вероятностью сохранения в борьбе за жизнь и в силу строгого принципа наследственности обнаружат наклонность производить сходное с ними потомство". Этот принцип немедленно приобретает вид строгой математической модели, если дать формальное определение фигурирующему в нем понятию "полезности", или, как чаще говорят, "приспособленности" (англ. "fitness") и формально описать зависимость этой приспособленности от условий внешней среды и характеристик организма.

37 Оптимизационное моделирование эволюции жизненного цикла

38

39

40 Д.б.н. Д.Г. Замолодчиков, д.б.н. Д.В. Карелин, к.б.н. Честных О.В., Иващенко А.И. Оценка биосферной роли лесов России и их ресурсно-экологического потенциала. Исследование углеродного цикла бореальных и арктических экосистем. Изучение взаимодействия климата и наземных экосистем, в том числе влияния глобальных климатических изменений на бореальные и арктические экосистемы. Математическое моделирование динамики экосистем.

41 . Профессор кафедры А.В.Смуров проводит исследования по теме «Характеристика экотоксикологического состояния прибрежных биоценозов Южно- Китайского моря» Биодиагностическ ие исследования донных отложений (ДО) в заливе Нячанг.

42 . Профессор кафедры А.В.Смуров проводит исследования по теме «Характеристика экотоксикологического состояния прибрежных биоценозов Южно- Китайского моря» Мониторинг покрытия дна живыми склерактиниями и исследования отдельных симбиоценозов. Искуственные посадки кораллов