КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Исследование эволюции живой природы с помощью средств информатики

RAPD – PCR спектры ДНК
сибирской и европейской косуль.

Пример космического снимка территории Висимского заповедника и охранной зоны
со спутника Landsat MSS.

Функциональная схема информационных потоков при модельных исследованиях структуры биосистем.

Разработанный нами комплексный подход к изучению структуры биосистем различных уровней организации, основанный на методологии множественного анализа системных параметров в трех взаимосвязанных направлениях исследований – популяционной генетики, экологии популяций и экологии сообществ, – позволил создать адекватные информационные модели этих систем, формализованно описать особенности их функционирования, выявить основные механизмы генетической изменчивости популяций, оценить экологическое значение выявленных закономерностей хорологической структуры популяций и динамики разнообразия сообществ. Нами обосновано положение о том, что только на базе комплексных эколого-генетических исследований, охватывающих разные уровни организации биосистем, с помощью множественного сравнения параметров и с применением соответствующих компьютерных программ могут быть созданы достаточно адекватные модели для анализа и прогноза биологических процессов.

Проведенные нами исследования закономерностей внутри- и межпопуляционной генетической изменчивости позволили подойти к пониманию механизмов формирования генетического и генного разнообразия бисексуальных и однополых видов животных. Показано, что генетическая изменчивость изученных нами популяций позвоночных животных определяется эволюционной историей, происхождением, уровнем инбредности, эффективной численностью, площадью ареала и типом распределения особей в разных частях внутри ареала, условиями среды обитания, эффективной численностью миграции генов, мутацией мини- и микросателлитных нестабильных локусов ДНК. Установлено, что высокий уровень гетерозиготности и генного разнообразия – один из важнейших факторов устойчивости популяций – поддерживается комплексом видоспецифических механизмов.

Разработанные нами информационные модели, методы, алгоритмы и программы на основе геномного маркирования могут быть теоретической основой исследований генетической изменчивости эукариотических организмов: растений, беспозвоночных и позвоночных животных, включая приматов и человека.

На основе исследований хорологической структуры популяций с применением синхронных космических и наземных измерений нами показано, что ее адаптивный характер обеспечивается в основном видовыми особенностями питания, общими свойствами видоспецифических местообитаний и степенью привязанности к ним, селективно-групповым и индивидуальным способами использования ресурсов, агрегированностью и вариабельностью их распределения в пространстве, межсезонными повторяющимися направлениями и внутрисезонными стереотипными путями перемещений.

Показано, что демографический подход с применением декомпозиционного принципа разложения сообществ на структурные составляющие – эффективный способ изучения сложных систем. Структурные характеристики сообществ растений и животных, полученные с помощью системных параметров, позволили выявить особенности формирования динамических и статических свойств биоценозов в зависимости от биотических, абиотических и антропогенных факторов.

Разработанные нами информационные модели, методы оценки разнообразия, базы данных и информационная система создают теоретическую базу для решения ряда важных практических задач: систематики и филогении, охраны редких исчезающих видов животных и местообитний, создания информационных систем и баз данных с целью анализа и прогноза динамики биологических ресурсов и биоразнообразия на локальном, региональном и федеральном уровнях.

Сотрудниками кабинета совместно с другими институтами РАН и ведомствами различных Министерств (Образования и науки, Природных ресурсов и Сельского хозяйства) созданы пилотные версии базовых WEB-ориентированных информационных систем, которые активно используются множеством пользователей в глобальной сети Internet.

WEB-ориентированная информационная система и БД по разнообразию позвоночных животных России включает виды и подвиды 295 пресноводных рыб, 29 – земноводных, 84 – пресмыкающихся, 739 – птиц и 310 – млекопитающих (URL: http://www.sevin.ru/vertebrates/). Данная система разработана сотрудниками ИПЭЭ РАН, ЗИН РАН, Зоологического музея МГУ при финансовой поддержке Минпромнауки РФ и Программы Президиума РАН “Биоразнообразие” в 2003-2006 гг.

Информационно-поисковая система и БД по редким и исчезающим видам Российской Федерации состоит из двух частей - "Красная книга Российской Федерации (животные)" – 434 вида и "Красная книга РСФСР (растения)" – 533 вида (URL: http://www.sevin.ru/redbooksevin/). Информационная система включает электронные версии видовых очерков организмов, представленных в последних изданиях рассматриваемых книг. Одна из важных особенностей системы в сравнении с оригинальной версией – наличие полнофункционального контекстного поиска. Информационно-поисковая система разработана при финансовой поддержке Министерства природных ресурсов России в 2002 г.

Многоязычная версия WEB-ориентированной информационно-поисковой системы (ИПС) по фауне и флоре охраняемых территорий. ИПС включает интегрированную базу данных организмов, охраняемых в настоящее время на заповедных территориях России. Русско-английская версия системы реализована на примере рыбообразных и рыб (321 вида), земноводных (26) и пресмыкающихся (56), птиц (696), млекопитающих (254), антоцеротовых и печеночников (328), мхов (883), лишайников (2015) и сосудистых растений (7920 видов). ИПС разработана в 2003-2006 гг. при финансовой поддержке Минпромнауки (2003-2004 гг.), грантов Службы рыбы и дичи, США (2005-2006 гг., английская версия системы) и программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Биоразнообразие и динамика генофондов» (2006 г.).

WEB-портал программы “Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами” Отделения биологических наук РАН, разработанный в 2003-2005 гг., включает результаты базовых исследований исполнителями. В WEB-портале представлены материалы, подготовленные 30-ю институтами и научными региональными центрами РАН.

Корпоративный WEB-портал по генетическим и биологическим коллекциям (URL: http://www.sevin.ru/collections/) Российской Федерации. Структурно портал объединяет централизованные мета- и реальные данные по генетическим и биологическим коллекциям России, существующие в различных организациях министерств и ведомств РФ. WEB-портал объединяет распределенные WEB-сайты (Института биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина – ИБХМ РАН, Института цитологии – ИНЦ РАН, Ботанического сада Петрозаводского государственного университета, Ботанического института им. В.Л. Комарова – БИН РАН, Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова – ИПЭЭ РАН). Текущая версия WEB-портала включает семь тематических разделов: Коллекции микроорганизмов, Коллекции клеточных культур, Гербарные коллекции, Ботанические коллекции, интеграция с порталом «Живых коллекций растений и животных заповедников РФ», интеграция с порталом «Красная Книга». Скорейшая «компьютеризация» коллекций и объединение их в единую информационную сеть позволит активно использовать сосредоточенные в них данные о генетических ресурсах для развития отечественной биологии и биотехнологии.

В России одним из первых шагов на пути создания общедоступных Интернет-ресурсов по проблеме инвазий является разработка проблемно-ориентированного портала «Чужеродные виды на территории России» в домене sevin.ru (ИПЭЭ РАН). Основные цели и задачи Интернет-портала включают: информирование населения, законодательных органов и научного сообщества о проблемах инвазий чужеродных организмов; координация деятельности различных специалистов и организаций в рамках одного из научных центров по изучению инвазий; создание единого информационного пространства по проблеме инвазий чужеродных видов на территории и акватории России.

Проекты и гранты период - 1996-2015 гг.

Гранты РФФИ в период - 1996-2009 гг.:

1. 96-04-49409-а,
2. 98-04-48799-а,
3. 01-04-48388-а,
4. 01-04-49850-а,
5. 01-04-96006-р2001центр,
6. 02-04-48516-а,
7. 02-04-49946-а,
8. 02-04-63143-к,
9. 03-04-96314-р2003центр_а,
10. 04-04-49436-а,
11. 06-04-96302-р_центр_а,
12. № 09-04-91331-ННИО_а.
13. Грант Службы рыбы и дичи, США (Программа V «Охрана природы и организации заповедников» в рамках Российско-Американского соглашения об охране окружающей среды и природных ресурсов). -№ 98210-5-G249 Создание WEB-ориентированной информационно-поисковой системы по фауне и флоре заповедников России”, 2006-2007гг.

Проекты и гранты за последние 5 лет:

1. Грант РФФИ 08-04-00668-а по теме “Молекулярная природа аллельного полиморфизма микросателлитных локусов у партеногенетических ящериц рода Darevskia”; Сроки выполнения 2008-2010, Исполнитель.
2. Грант РФФИ № 11-04-00754-а по теме “Геномный полиморфизм и генетическое разнообразие партеновидов рода Darevskia”; Сроки выполнения 20011-2013 гг., Исполнитель.
3. Грант РФФИ № 12-04-90859-мол_рф_нр по теме “Изучение влияния речного бобра (Castor fiber L.) на экосистемы особо охраняемых природных территорий РФ с использованием информационных технологий”. Сроки выполнения 2012 г.
4. Грант РФФИ № 15-04-06423. “Экологические последствия восстановления численности речного бобра (Castor fiber L.) в субоптимальных и пессимальных местообитаниях экосистем малых рек на примере особо охраняемых природных территорий Европейской части России”, сроки выполнения 2015-2017.
5. Грант РФФИ № Офи_м 15-29-02528 “Инвентаризация коллекции паразитических червей Гельминтологического музея ИПЭЭ РАН и создание WEB–ориентированной информационно-поисковой системы в целях интеграции междисциплинарных исследований по систематике, морфологии, зоогеографии и эволюции этих организмов.”, 2015-2017.
6. Грант РФФИ Офи_м 15-29-02550 “Исследование инвазий чужеродных видов организмов, представляющих наибольшую опасность для экосистем Европейской части России: пути распространения, векторы, биологические особенности и методы контроля”, 2015-2017.
7. Программа фундаментальных исследований Отделения биологических наук РАН - «Биологические ресурсы России: оценка состояния и фундаментальные основы мониторинга», тема-“Создание комплекса имитационных моделей для оценки динамических трендов ресурсных популяций парнокопытных на основе многолетних данных наземного мониторинга и космических измерений”; Cроки выполнения 2009-2011 гг.
8. Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Биологическое разнообразие», тема – “Информационное обеспечение инвентаризации фауны позвоночных животных России (включая особо-охраняемые природные территории)”- Сроки выполнения 2009-2011 гг..
9. Федеральная целевая Программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, Шифр «2012-1.1-12-000-1001-064», Соглашение от 20 июля 2012 г. № 8051, «Разработка технологий оценки рисков и экологических способов контроля инвазий чужеродных видов организмов на территорию Европейской части России», Сроки выполнения 2012-2013; 10. Федеральная целевая Программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, Шифр «2010-1.1-234-069-065», Государственный контракт от 28 июня 2010 г. № 02.740.11.0867, «Создание базы данных по биологическим инвазиям чужеродных видов и другим формам антропогенного воздействия на экосистемы Волжско-каспийского бассейна; разработка научных основ предупреждения и экологических способов контроля таких воздействий», Сроки выполнения 2010-2012; Ответственный исполнитель.
10. Федеральная целевая Программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, Шифр «2010-1.1-220-142-050», Государственный контракт от 20 сентября 2010 г. № 14.740.11.0410, «Комплексный мониторинг параметров океана и атмосферы для оценки динамики таяния арктических льдов и влияния изменений климата на арктические экосистемы», Сроки выполнения 2010-2012.
11. Программа Призидума РАН. «Живая Природа: Современное состояние и проблемы развития», “Разработка и усовершенствование комплекса WEB-ориентированных информационно – аналитических систем инвентаризации фауны позвоночных животных России и флоры природных государственных заповедников (ООПТ) с использованием современных технологий Google Maps API”; Сроки выполнения 2012-2014.
12. Программа фундаментальных исследований. Отделения биологических наук. «Биологические Ресурсы России: Динамика в условиях глобальных климатических и антропогенных воздействий», «Математические модели и базы данных для управления популяциями важнейших ресурсных видов парнокопытных России и разработка практических рекомендаций по нормированию использования ресурсов охотничьих животных», сроки выполнения 2012-2014.

Инновационная деятельность

1. Петросян В.Г., Зиновьева С.В., Филимонова Л.В., Ломакин В.В., Удалова Ж.В. Хасанова О.С. Буторина Н.Н. Геннадиева Т.М. Свидетельство – № 2015620702, дата поступления 26.11.2014; Дата регистрации 29.04.2015. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, База данных Гельминтологического музея Российской академии наук в среде локальной информационно - поисковой системы Helminthsys.
2. Петросян В.Г. Интегрированная система управления базами данных и статистического анализ биологических данных - Biosystem office. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, Свидетельство- 2014663194, Дата регистрации – 18.12.2014(http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet?DB=EVM&DocNumber= 2014663194& TypeFile=html)
3. Омельченко А.В., Вергун А.А. Генофонд популяций. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013615297– № 2013610830/69; дата поступления 05.02.2013; Дата регистрации 04.06.2013;
4. Павлов Д.С., Петросян В.Г., Дгебуадзе Ю.Ю., Рожнов В.В., Решетников Ю.С., Павлинов И.Я., Корнеева Т.М., Бессонов С.А., Хляп Л.А., Варшавский А.А., Дорофеева Е.А., Сиделева В.Г., Попова О.А., Бобров В.В., Омельченко А.В., Назаренко Е.А. WEB-ориентированная информационная система и интегрированная база данных по разнообразию позвоночных животных России (Свидетельство № 2011620071, дата регистрации – 24.01.2011 г.)
5. Павлов Д.С., Петросян В.Г., Дгебуадзе Ю.Ю., Рожнов В.В., Бессонов С.А., Решетников Ю.С., Корнеева Т.М., Нухимовская Ю.Д., Дергунова Н.Н., Омельченко А.В. WEB-ориентированная информационно- поисковая система по фауне и флоре особо охраняемых природных территорий (заповедников) (Свидетельство о № 2011620070, дата регистрации -20.01.2011)
6. Петросян В.Г., Дгебуадзе Ю.Ю., Бессонов С.А., Омельченко А.В., Хляп Л.А., Бобров В.В., Варшавский А.А. Чужеродные виды млекопитающих в экосистемах России: WEB-ориентированная информационно–поисковая система (Свидетельство № 2011620072, дата регистрации -24.01.2011 г.).
7. Петросян В.Г., Рожнов В.В., Хляп Л.А., Бессонов С.А., Омельченко А.В., Варшавский А.А.; Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2012620145 Региональные фауны млекопитающих России: База данных с WEB-ориентированным доступом / заявитель и патентообладатель ИПЭЭ им. А.Н. Северцова РАН. – № 2011620925; дата поступ. 01.12.11; зарегис. 31.01.12
8. Павлов Д.С., Петросян В.Г., Дгебуадзе Ю.Ю., Бессонов С.А., Омельченко А.В., Дергунова Н.Н. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2012620144 Генетические и биологические (зоологические и ботанические) коллекции Российской Федерации: База данных с WEB-ориентированным доступом /; заявитель и патентообладатель УРАН ИПЭЭ им. А.Н. Северцова РАН. – № 2011620924; дата поступ. 01.12.11; зарегис. 31.01.12

Поддержка исследований подразделения в 2002-2006 гг. международными и российскими грантами

1. 2002 г. – по теме “Организация и проведения экспедиции по проекту 'Проблема сохранения лесных экосистем при возвращении в них крупных копытных (Cervide, Bovidae)', грант РФФИ 02-04-63143-к.
2. 2001-2003 гг. – по теме “T-комплекс как маркер для исследования эволюции, таксономии и нарушения плодовитости рода Mus”, грант РФФИ № 01-04-48388-а.
3. 2001-2003 гг. – по теме “Изучение полиморфизма, генетической нестабильности и соматического мозаицизма мини- и микросателлитных ДНК у партеногенетических видов ящериц из рода Lасеrtа”, грант РФФИ, 01-04-49850-а.
4. 2001-2002 гг. – по теме “Математическое моделирование динамики биоразнообразия пойменных лугов реки Угры Калужской области с применением информационной технологии”, региональный грант РФФИ № 01-04-96006-р2001центр.
5. 2002-2003 гг. – “Изучение геномной вариабельности на разных уровнях биологической интеграции”, грант РФФИ № 02-04-48516-а.
6. 2002-2004 гг. – по теме “Проблема сохранения лесных экосистем при возвращении в них крупных копытных (Cervide, Bovidae)”, РФФИ № 02-04-49946-а.
7. 2002 г. – теме: "Концепция создания информационной системы по биоразнообразию" – по дополнительному соглашению № 504-1/2/3(00)-Д01.2 к государственному контракту № 504-1/2/3(00) от 14 января 2001 г.
8. 2003 г. – по теме “Исследование восстановительных процессов луговых сообществ поймы реки Угры (Калужская область) с целью анализа их устойчивости к антропогенным воздействиям с применением математических моделей”, региональный грант РФФИ № 03-04-96314-р2003центр_а.
9. 2003 г. – по теме: “Создание WEB-сайта Национального координационного информационного центра по доступу к генетическим ресурсам” в рамках научного мероприятия по субвенциям за счет средств федерального бюджета по решению руководства Министерства промышленности, науки и технологий Российской Федерации.
10. 2000-2006 гг. – по теме “Создание информационно-методической инфраструктуры для развития исследований и образования в области фундаментальной экологии” в рамках Федеральная целевая программа «Интеграция науки и высшего образования России на 2000-2004 годы»
11. 2003-2005 гг. – “Разработка методологии создания обобщенной базы данных по биологическим ресурсам”, Программа ОБН РАН “Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами”, раздел 1.2.4. – 2003 г., раздел 1.6 – 2004,2005 гг.
12. 2002-2004 гг. – по теме: «Разработка единых стандартов, форматов и методологии создания баз данных по биоразнообразию позвоночных животных и информационно-поисковой системы по фауне и флоре заповедников России в рамках глобальной сети ИНТЕРНЕТ» по дополнительному соглашению к государственному контракту №43.073.1.1.2510 от 31 января 2002 г.
13. 2004 г. – по теме “Создание информационной системы по генетическим и биологическим (зоологическим и ботаническим) коллекциям Российской Федерации” в рамках научного мероприятия по субвенциям за счет средств федерального бюджета по решению руководства Министерства промышленности, науки и технологий Российской Федерации.
14. 2004-2006 г. – по теме “Молекулярно-генетическая характеристика мини- и микросателлитных повторов ДНК у партеногенетических видов ящериц рода Darevskia”, грант РФФИ № 04-04-49436-а.
15. 2005-2006 гг. – ”Создание WEB-ориентированной информационно-поисковой системы по фауне и флоре заповедников России”, Грант № 98210-5-G249 Службы рыбы и дичи, США (Программа V «Охрана природы и организации заповедников» в рамках Российско-Американского соглашения об охране окружающей среды и природных ресурсов).
16. 2006 г. – по теме “Анализ влияния экологических и антропогенных факторов на демутационные процессы Залидовских лугов поймы реки Угры в Калужской области”. Моделирование и прогноз изменений состава и структуры сообществ, региональный грант РФФИ № 06-04-96302-р_центр_а.
17. 2006 г. – по теме “Разработка WEB-ориентированной экспертной системы для анализа динамических трендов важнейших видов животных на региональном и федеральном уровнях и представления рекомендаций по нормированию допустимых эксплуатационных нагрузок и расширению воспроизводства ресурсных популяций”, программа ОБН РАН "Биологические ресурсы России: Фундаментальные основы рационального использования", раздел I.13.
18. 2006 г. – по теме “Информационное обеспечение инвентаризации разнообразия позвоночных животных” в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Биоразнообразие и динамика генофондов» раздел 1.4.2.

Государственные награды, премии и другие научные награды

В 2004 году авторский коллектив, включающий В.Г. Петросяна, был удостоен главной премии по биологии МАИК “Наука/Интерпериодика” за цикл работ, опубликованных в журнале “Генетика” в 2001-2003 гг.

Благодарность Петросяну В.Г. от Президента РАН в связи с 275-летием Российской академии наук за многолетнюю и плодотворную работу в Академии на благо науки (№ ППРАН № 10105-246 от 7 июля 1999 г.).