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.

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.).