Отдел физиологии животных и биохимии

Сфера научно-исследовательской деятельности

Исследование функциональных, метаболических и токсикологических аспектов существования гидробионтов и их популяций в биотопах с различным физико-химическим режимом.

Оценка влияния климатических и антропогенных факторов на структуру и функционирование популяций ключевых видов высших трофических уровней пелагиали Черного и Азовского морей.

Задачи исследований

1. Изучение молекулярных, клеточных и метаболических основ адаптации морских организмов к условиям экстремальных экотопов (гипоксия, аноксия, гипо- и гиперосмотические среды, условия сероводородного заражения, гипо- и гипертермии)
2. Оценка процесса эволюции геномов гидробионтов и её зависимость от внутренних и внешних воздействий
3. Изучение закономерностей структурно-функциональной организации сообщества зоопланктона и рыб-планктофагов Черного и Азовского морей с учетом современных климатических изменений
4. Исследование пространственной структуры, особенностей таксономического состава и эколого-физиологического состояния донной фауны и бактериобентоса в пределах глубинного деятельного слоя черноморского хемоклина и его природных аналогах
5. Исследование особенностей вторичного каротиногенеза как физиолого-биохимического механизма адаптации экстремобионтных зеленых микроводорослей к абиотическому стрессу. Скрининг коммерчески перспективных источников кетокаротиноидов группы астаксантина

Практический выход

1. Разработаны способы культивирования 3-х видов микроводорослей (Haematococcus pluvialis, Coelastrella (Scotiellopsis) rubescens, Chromochloris zofingiensis) и цианобактерии Arthrospira (Spirulina) platensis для получения каротиноидов, фикобилипротеинов и технических липидов ( Патент Украины № 16270, Патенты РФ № 2541455, 23631788, 2661086, 2715039)
2. Создана база данных «Каротиногенные микроводоросли»
3. Разработаны технологии промышленного выращивания диплоидных и триплоидных форм тихоокеанской гигантской устрицы с учетом разнообразия природных акваторий Черного моря

Темы госзадания

Функциональные, метаболические и молекулярно-генетические механизмы адаптации морских организмов к условиям экстремальных экотопов Черного и Азовского морей и других акваторий Мирового океан.

Регистрационный номер: 124030100137-6

Руководитель работы: д.б.н., проф. Солдатов Александр Александрович

Ученый секретарь: к.б.н. Головина Ирина Владимировна

Гранты

1. Грант РНФ №23-24-00061 «Определение причин спонтанного роста концентрации метгемоглобина в крови морских рыб на протяжении годового цикла»
   Период выполнения: 2023-2024 гг.
   Руководитель: г.н.с., д.б.н. Солдатов Александр Александрович
   Исполнители от отдела физиологии животных и биохимии:
   - н.с. Рычкова Валентина Николаевна
   

2. Грант РНФ №23-26-00154 «ДНК-транспозоны IS630/Tc1/mariner тихоокеанских устриц Crassostrea gigas: вклад в генетическую нестабильность и влияние на генетическое разнообразие»
   Период выполнения: 2023-2024 гг.
   Руководитель: в.н.с., к.б.н. Пузаков Михаил Васильевич
   Исполнители от отдела физиологии животных и биохимии:
   - с.н.с., к.б.н. Пузакова Людмила Викторовна
   - м.н.с. Кохан Алёна Сергеевна
   - м.н.с. Улупова Юлия Николаевна
   

Оборудование

• Световой микроскоп Leica DM-1000 с цифровой камерой Leica Microsystem AG (Германия)

• Микроскоп бинокулярный AXS-515 (Китай)

• Спектрофотометр СФ-2000«ОКБ Спектр» (Россия)

• Центрифуга Eppendorf 5810 (Германия)

• Цифровые рН-контроллеры Aqua Medic pH 2001C (Германия)

Заведующий отделом физиологии животных и биохимии

Солдатов Александр Александрович

главный научный сотрудник,
доктор биологических наук,
профессор
Тел.: +7(8692) 40-22-64
e-mail: alekssoldatov@yandex.ru

Сотрудники отдела

Аннинский Борис Евгеньевич, ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук

Гулин Максим Борисович, ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук

Машукова Ольга Владимировна, ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук

Минюк Галина Семеновна, ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук

Пузаков Михаил Васильевич, ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук

Финенко Галина Аркадьевна, ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук

Андреенко Татьяна Ивановна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Бородина Александра Валентиновна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Вялова Оксана Юрьевна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Головина Ирина Владимировна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Гостюхина Ольга Леонидовна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Губарева Елена Сергеевна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Колесникова Евгения Эдуардовна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Пузакова Людмила Викторовна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Сысоева Инна Викторовна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Чесалин Михаил Валерьевич, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Щербань Светлана Александровна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Дробецкая Ирина Викторовна, научный сотрудник, кандидат биологических наук

Сибирцова Елена Николаевна, научный сотрудник, кандидат биологических наук

Темных Александра Владимировна, научный сотрудник, кандидат биологических наук

Никольский Виктор Николаевич, научный сотрудник

Рычкова Валентина Николаевна, научный сотрудник

Дацык Наталья Александровна, младший научный сотрудник

Иванова Екатерина Александровна, младший научный сотрудник

Кохан Алёна Сергеевна, младший научный сотрудник

Силаков Михаил Иванович, младший научный сотрудник

Улупова Юлия Николаевна, младший научный сотрудник

Чекалов Валерий Павлович, младший научный сотрудник

Чубчикова Ирина Николаевна, младший научный сотрудник

Данилова Ольга Николаевна, ведущий инженер

Дениско Оксана Николаевна, инженер 1-й категории

Основные результаты исследований

Сформулирована концепция альтернативных метаболических стратегий, которые лежат в основе биоразнообразия компонентов морских экосистем. Выполнен фундаментальный цикл работ по изучению метаболических основ жизненных циклов морских рыб, баланса и трансформации вещества и энергии в пелагической и прибрежной экосистемах Черного моря, воздействия на эти экосистемы глобальных климатических и региональных антропогенных факторов, индикации и мониторинга функционального состояния гидробионтов и их сообществ.

Выявлены механизмы адаптации и закономерности функционирования популяций вселенцев в Черное море двух видов североатлантических гребневиков: Mnemiopsis leidyi и Beroe ovata. Определены диапазоны солёностной толерантности и выявлены видовые особенности реакции черноморских копепод (аборигенов и вселенцев) на изменение солености и различной температуры. Определен баланс энергии (потребление, усвоение, использование на рост и обмен) у десятков видов морских беспозвоночных (кишечнополостных, желетелых, червей, ракообразных, моллюсков).

Выполнен значительный объем работ по изучению адаптации гидробионтов к экстремальным формам гипоксии и аноксии. Описан процесс сбалансированного угнетения мембранных и метаболических функций (метаболический арест) для клеточных систем. Установлен факт низкой диффузионной способности кислорода на уровне гистогематического барьера у низших позвоночных по отношению к высшим. Показан нескомпенсированной тип организации цитохромной цепи митохондрий тканей морских рыб, толерантных к условиям гипоксии.

Впервые предложена классификация гипоксических состояний для водных организмов. Описано 3 новых вида гипоксических состояний. Впервые выделены и описаны в пронефросе морских рыб форменные элементы по морфофункциональным признакам соответствующие колониеобразующим единицам.

Изучен состав каротиноидов 5 пяти видов двустворчатых моллюсков. Впервые в тканях Mytillus galloprovincialis в минорном количестве идентифицированы 3 новых каротиноида: 19'-гексаноилоксигалоцинтиаксантин, 19'-гексаноилоксимитилоксантин, 19'-гексаноилоксикрассостреаксантин А. Исследованы антиоксидантные свойства каротиноидов двустворок.

Установлено, что в естественных условиях роль основных путей метаболизма углеводов изменяется на протяжении годового цикла рыб: в периоды повышенной жизнедеятельности у черноморских теплолюбивых видов активируется гликолиз (в преднерестовый, нерестовый и посленерестовый период) и цикл Кребса (в нерестовый период). Во время зимовки интенсивность гликолиза и процессов в цикле Крепса значительно снижается, но активируется пентозофосфатный путь.

Исследованы особенности роста и вторичного каротиногенеза у 10 видов зеленых каротиногенных микроводорослей в условиях двухстадийной накопительной культуры. Разработана принципиальная схема скрининга коммерчески перспективных продуцентов астаксантина и технических липидов для получения биодизеля. Создана рабочая коллекция живых культур каротиногенных микроводорослей.

В результате нескольких экспедиций с использованием обитаемых подводных аппаратов и дистанционно управляемых телероботов, в Чёрном море, на границе шельфа и континентального склона, обнаружено одно из наиболее крупных скоплений микробной жизни на Планете — массивные колонии метанокисляющих архей и сульфатредуцирующих бактерий.

Ведущие ученые, возглавлявшие отдел в разные годы

Ивлев Сергей Викторович (1907 – 1964 гг.), доктор биологических наук, профессор, организатор отдела и его заведующий в 1959–1964 гг.

Ивлева Ирина Викторовна (1918 – 1992 гг.), доктор биологических наук, жена, друг и соратник В. С. Ивлева, руководила отделом в 1964 – 1965 гг.

Сущеня Леонид Михайлович (1929 – 2015 гг.), академик Всесоюзной и Российской академии наук и Академии наук Беларуси, зав. отделом в 1965–1971 гг.

Шульман Георгий Евгеньевич (1929 – 2016 гг.), доктор биологических наук, профессор, член-корр. Национальной академии наук Украины, зав. отделом в 1972–2008 гг.

История отдела физиологии животных и биохимии

К первым эколого-физиологическим исследованиям Севастопольской биологической станции (СБС) можно отнести работы в области сравнительной анатомии, эмбриологии и эволюционной физиологии беспозвоночных и позвоночных животных, проводимые в конце XIX – начале XX века основателями и директорами станции – академиками А.О. Ковалевским и В.В. Заленским.

В 1930 г. заведующим СБС АН СССР был назначен Владимир Алексеевич Водяницкий. По его инициативе на станции были начаты физиологические исследования питания, дыхания, роста и развития планктонных и бентосных организмов, а также разных видов рыб. В организации физиологической и биохимической лабораторий деятельное участие принимали, приезжавшие из Ленинграда, директор Физиологического института им. И.П. Павлова академик Л.А. Орбели и его сотрудники Е.М. Крепс и Н.А. Вержбинская.

После окончания войны Севастопольская биостанция была восстановлена под руководством ее директора В.А. Водяницкого. На СБС возобновились регулярные командировки специалистов других учреждений страны, в том числе Института физиологии им. И.П. Павлова и Института биохимии им. А.Н. Баха. В начале 1950-х г. на СБС начинает работать физиологическая лаборатория, первыми сотрудниками которой были К.Д. Алексеева, занимавшаяся активным обменом рыб, М.П. Аронов, изучавший поведение рыб, К.К. Яковлева и Л.А. Мехонцева. Под руководством В.А. Водяницкого Е.В. Павлова исследовала энергетический баланс массовых видов черноморских ракообразных, а Л.И. Сажина изучала процессы роста и развития копепод.

В 1959 г. с целью развития энергетического подхода к проблеме изучения биологической продуктивности Черного моря В.А. Водяницкий пригласил возглавить лабораторию физиологии Виктора Сергеевича Ивлева, известного к тому времени специалиста в области экологической физиологии водных животных. Вместе с ним приехала его жена, к.б.н. Ирина Викторовна Ивлева, изучавшая экологию водных беспозвоночных с целью разработки методов их массового разведения.

В 1963 г. на базе Севастопольской биостанции был создан Институт биологии южных морей АН УССР, в котором В.С. Ивлев стал заведующим отделом физиологии. Основными направлениями исследований было изучение эколого-физиологических основ продуктивности и распределения морских организмов и сравнительно-физиологическая характеристика рыб и беспозвоночных, важных в практическом отношении. В.С. Ивлев пригласил на работу молодых специалистов – Л.М. Сущеню, О.Г. Карандееву, М.Н. Виленкина, Б.Я. Виленкину, Н.Н. Хмелёву. Под руководством В.С. Ивлева молодые сотрудники развернули обширные исследования энергетического обмена и баланса энергии морских животных, принадлежащих к разным систематическим группам и трофическим уровням, а также проводили изучение влияния факторов среды на процессы жизнедеятельности водных животных. Вскоре в аспирантуру поступил Ю.С. Белокопытин и были приняты Л.В. Ракицкая и З.А. Муравская.

Научное наследие В.С. Ивлева насчитывает более 120 работ, отражающих развитие фундаментальных направлений гидробиологии, трофодинамики, биоэнергетики водных животных, экологической и эволюционной физиологии, математических методов исследований в биологии. Монография В.С. Ивлева «Экспериментальная экология питания рыб» (1955) была переведена и издана в Японии (1959), а затем на английском языке в США (1961). Жизнь Виктора Сергеевича оборвалась 4 декабря 1964 г., когда ему было всего 57 лет.

В 1964 г. заведующим отделом физиологии морских животных был назначен Леонид Михайлович Сущеня. Основным направлением научных исследований Л.М. Сущени была экологическая энергетика водных беспозвоночных животных. Он изучил баланс энергии у ряда видов морских и пресноводных ракообразных и выявил количественные соотношения между интенсивностью дыхания, питания и использованием энергии, расходуемой на рост организмов, определил зависимость этих показателей от массы тела животных. Леонид Михайлович разработал представление о стимулирующем действии изменчивой температуры среды на продукционные параметры беспозвоночных и создал основы количественной оценки температурных адаптаций питания и роста водных животных. Итогом этой работы стала докторская диссертация «Количественные закономерности метаболизма и трансформация вещества и энергии ракообразными» (1969) и две монографии – «Интенсивность дыхания ракообразных» (1972) и «Количественные закономерности питания ракообразных» (1975). В 1971 г. Л.М. Сущеня уехал в Белоруссию, где впоследствии возглавил Институт зоологии АН БССР, избран академиком АН СССР, а в 1992–1997 гг. стал президентом Академии наук Белоруссии.

В развитии эколого-физиологического направления в ИнБЮМ большое значение имели работы Ирины Викторовны Ивлевой, которая на протяжении многих лет возглавляла в отделе физиологии группу по энергетике гидробионтов. Сформулированные И.В. Ивлевой количественные закономерности температурных адаптаций гидробионтов опубликованы в ряде статей и монографии «Температура среды и скорость энергетического обмена у водных животных» (1981). Этой теме посвящена и ее докторская диссертация. В 1969 г. на основании исследований, проводимых еще во ВНИОРХ, И.В. Ивлева опубликовала монографию «Биологические основы и методы массового культивирования кормовых беспозвоночных», которая переведена на английский язык и издана в США в 1972 г. Эта работа сыграла важную роль в развитии аквакультуры в мире.

В 1972 г. на должность заведующего отделом физиологии морских животных был избран по конкурсу Георгий Евгеньевич Шульман. Физиологические исследования в это время развиваются по следующим направлениям: изучение адаптаций и зависимостей энергетического и пластического обмена от абиотических и биотических факторов (температуре, солености, гипоксии, обеспеченности пищей и др.); определение функциональных и метаболических основ биоразнообразия морских экосистем; изучение изменчивости функционирования гидробионтов в онтогенезе, годовой, сезонной и суточной динамики метаболизма; установление закономерностей трансформации вещества и энергии у массовых видов рыб и беспозвоночных, оценка их продуктивности и вклада в трофодинамику экосистем; определение физиолого-биохимических индикаторов состояния гидробионтов; определение экологических принципов физиолого-биохимических исследований популяций гидробионтов (массовые виды мелких пелагических рыб и донных виды рыб (скорпена, султанка, смарида, мерланг), разные виды ракообразных, медузы, гребневики, моллюски и океанические кальмары. Его монография «Физиолого-биохимические особенности годовых циклов рыб» (1972) вызвала большой интерес за рубежом, была переведена и издана в США в 1974 г. В 1979 г. Г.Е. Шульману присваивается звание профессора, в 1995 г. он избирается членом-корреспондентом НАН Украины, а в 2007 г. ему присвоено почетное звание Заслуженный деятель науки и техники Украины и присуждена Государственная премия Украины в области науки и техники. В 2008 г. Георгий Евгеньевич отошел от заведования отделом, но продолжил многолетние исследования в области физиологии липидного, углеводно-фосфорного и белкового обмена рыб, руководя группой сотрудников до последнего дня (13 ноября 2016 г.).

С 2009 г. отделом руководит доктор биологических наук, профессор Александр Александрович Солдатов. С этого времени значительное внимание стало уделяться экстремобионтным формам жизни: организмам способным существовать в условиях острых форм гипоксии, аноксии, гипотермии и сероводородного заражения. Этому предшествовала защита в 2008 докторской диссертации: «Метаболические механизмы адаптации черноморских рыб к гипоксическим состояниям» в Институте гидробиологии НАН Украины (г. Киев). В рамках данного направления было описано 3 новых вида гипоксических состояний, впервые была предложена классификация гипоксических состояний для водных организмов, защищено 5 кандидатских диссертаций, опубликовано более 90 работ и 3 коллективные монографии. В 2011 году А.А. Солдатову присуждается звание профессора, а 2021 году почетное звание «Почетный работник науки и высоких технологий РФ» (Минобрнауки РФ).