Размер:
AAA
Цвет: CCC
Изображения Вкл.Выкл.
Обычная версия сайта
Поиск

Сфера научно-исследовательской деятельности:

Изучение биоразнообразия светящихся гидробионтов, определение биофизических и физиологических параметров их светоизлучения. Одним из направлений исследований является изучение пространственной структуры поля биолюминесценции. Также Отдел занимается разработкой методов таксономического анализа с использованием новых компьютерных технологий и разработкой новых измерительных комплексов и методических приемов для изучения биофизических характеристик жизнедеятельности гидробионтов в лабораторных и полевых условиях.


Конкретные задачи:

  1. Изучение механизмов генерации и эволюции пространственно-временной изменчивости биофизических (биолюминесцентного, биоакустического, биомагнитного и флуоресцентного) полей в условиях различных градиентов биологических и гидрологических параметров;
  2. изучение биоразнообразия (каталогизация) светящихся гидробионтов, определение биофизических и физиологических параметров их светоизлучения. Изучение парциального вклада различных таксонов в пространственно-временную изменчивость биофизических полей пелагиали. Установление корреляционных зависимостей биофизических характеристик с численностью и видовым составом гидробионтов;
  3. биофизический мониторинг пелагиали, экспресс-оценка функционального состояния пелагических сообществ. Экологическое районирование морских и прибрежных акваторий и экспертиза зон “экологического риска”;
  4. разработка методов таксономического анализа с использованием новых компьютерных технологий. Создание компьютерных определителей и мультимедийных баз данных и знаний, разработка методологии их использования для целей экологического образования. Систематизация знаний и данных, создание современных экспертных систем;
  5. разработка новых измерительных комплексов и методических приемов для изучения биофизических характеристик жизнедеятельности гидробионтов в лабораторных и полевых условиях.

Темы госзадания:

  1. «Структурно-функциональная организация, продуктивность и устойчивость морских пелагических экосистем». Тип темы: фундаментальная. Номер госрегистрации: № АААА-А18-118020790229-7. Руководитель: Муханов В.С. Ответственные исполнители: Вед.н.с., к.б.н. Машукова О.В.; Вед.н.с., к.б.н. Слынько Ю.В.; с.н.с., к.б.н. Сысоева И.В., н.с., к.б.н. Сибирцова Е.Н.
  2. «Комплексные исследования современного состояния экосистемы Атлантического сектора Антарктики». Тип темы: фундаментальная. Номер госрегистрации: № АААА-А19-119100290162-0. Руководитель: Мирзоева Наталья Юрьевна. Исполнители: Гл.н.с., д.б.н. Самышев Э.З.; Вед.н.с., к.б.н. Машукова О.В.; Вед.н.с., к.б.н. Чурилова Т.Я.; Вед.н.с., к.б.н. Муханов В.С., н.с. Мельник А.В., м.н.с. Силаков М.И., м.н.с. Моисеева Н.А., м.н.с. Скороход Е.Ю.

Гранты:

  1. Проект РФФИ КИАС № 18-45-920015 р_а «Биофизическая экология прибрежных вод Севастополя: исследование многолетних изменений светимости прибрежных вод Севастополя в условиях климатических изменений и антропогенного воздействия»
    Период выполнения: 2018 – 2021 гг.
    Номер госрегистрации: АААА-А18-118080190049-1
    Руководитель: Машукова О.В.
    Исполнители от отдела биофизической экологии: Мельник Л.А., Сысоева И.В., Мельник А.В.

  2. Проект «Комплексное исследование основных механизмов миграции, качественно-количественного состава и пространственно-временного распределения мезо- и микропластикового загрязнения в рекреационных зонах Севастопольского региона с различной антропогенной нагрузкой»
    Период выполнения: 2018 – 2021 гг.
    Номер госрегистрации: АААА-А18-118080790041-9
    Руководитель: Сибирцова Е. Н. Исполнители: Темных А.В., Завьялов А.В.

  3. Название темы: проект РФФИ КИАС №  18-44-920004  р_а «Таксономическое и молекулярно-генетическое разнообразие гельминтов и миксоспоридий массовых видов вселенцев в прибрежье Севастопольского региона» 2019-2021 ГГ. Руководитель: Слынько Ю.В. Исполнители: Куршаков С.В., Слынько Е.Е., Юрахно В.М. Аблязов Э.Р.

  4. Название темы: Coregonus pidschian в Монголии (Coregonidae): комплексное изучение эволюционной истории, биологических особенностей и современного состояния 1920 – 1923. Руководитель: Суханова Л. В. Исполнители: Соловьев М. М., Слынько Е.Е., Д.В., Сидорова Т.В., Зуйкова Е.И., Н.А. Майор Т.Ю., Слынько Ю.В., Дмитриева А.М.


Оборудование:

  • Гидробиофизический комплекс «Сальпа-М»
    Комплекс гидро-биофизический – «Сальпа-МA+» мультипараметрический прибор, который предназначен для исследования биофизических характеристик, наиболее полно описывающих водную экосистему до 500 метров:
    биолюминесценции — интенсивности биолюминесценцентного излучения организмов;
    фотосинтетически активной радиации (ФАР);
    концентрации хлорофилла;
    концентрации растворенного органического вещества (CDOM. fDOM) концентрации общего взвешенного вещества TSM;
    концентрации растворенного кислорода (LDO);
    СТД (STD) — солености;
    температуры и гидростатического давления.

  • Приборно-лабораторный комплекс “Свет”

    Приборно-лабораторный комплекс “Свет” предназначен для регистрации биолюминесцентных сигналов светящихся гидробионтов. Определение характеристик биолюминесценции проводят при полной темноте, при этом организмы подвергают механической и химической стимуляции. Приборный комплекс включает высоковольтный блок питания (ВС-22); люминескоп, состоящий из приёмника светового излучения (ФЭУ-71) и темновой камеры для объекта, а также регистрирующее устройство – цифровой интерфейс. В темновую камеру люминескопа устанавливали кювету объёмом 50 см3 из прозрачного оргстекла, в которую отсаживали подопытные и контрольные организмы для механической и химической стимуляции свечения.
    Первая фаза биолюминесцентного анализа основана на механической стимуляции свечения, которая сводится к созданию потока воды в сосуде с гребневиком с помощью насосного электромеханического устройства. Возникающие при перемещении воды изменения гидрофизических характеристик приводят к деформации клеточной мембраны гребневика, которая, в свою очередь, индуцирует возникновение потенциала действия и, как следствие, светоизлучения. In situ биолюминесцентную вспышку запускает именно механический стимул – сдвиговое напряжение жидкости, причём при переходе тока жидкости от ламинарного к турбулентному свечение резко возрастает по интенсивности.
    Вторая фаза экспериментов, включающая химическую стимуляцию свечения, используется для получения информации о максимальном биолюминесцентном потенциале. В качестве химического раздражителя в кюветы с организмами вводят 3 см3 96% этилового спирта.


Заведующий отделом биофизической экологии

Машукова Ольга Владимировна

ведущий научный сотрудник,
кандидат биологических наук

Тел.: +7(8692)54-56-42
e-mail: mashukova123@ibss-ras.ru
olgamashukova@yandex.ru 


Сотрудники отдела

Слынько Юрий Владиславович, ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук

Гордиенко Алла Павловна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Колесникова Евгения Эдуардовна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Кривенко Ольга Валериевна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Серикова Ирина Михайловна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Сысоева Инна Викторовна, старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Сибирцова Елена Николаевна, научный сотрудник, кандидат биологических наук

Жук Владимир Федорович, научный сотрудник

Мельник Александр Валерьевич, научный сотрудник

Баяндина Юлия Сергеевна, младший научный сотрудник

Белогурова Юлия Борисовна, ведущий инженер

Данилова Ольга Николаевна, ведущий инженер

Завьялов Андрей Вениаминович, ведущий инженер

Мельник Лидия Александровна, ведущий инженер

Мокин Александр Петрович, ведущий инженер

Степанова Екатерина Сергеевна, ведущий инженер

Дениско Оксана Николаевна, инженер 1-ой категории

Побежко Таисия Николаевна, инженер 1-ой категории

Назаренко Зинаида Владимировна, инженер 2-ой категории


Основные результаты исследований

Весомы достижения сотрудников отдела в развитии методологии полевых исследований биолюминесценции. Разработано и активно используется локально-динамическое направление в изучении биофизических полей водной толщи, при котором с помощью метода многократных (10–100) зондирований выясняется их мелкомасштабная неоднородность. Получила развитие локально-динамическая концепция исследований поля биолюминесценции и разработка методологии изучения мелкомасштабной пространственной структурированности планктонных популяций.

Изучены спектральные характеристики поля биолюминесценции, оказавшиеся независимыми от региона Мирового океана, и суточная изменчивость характеристик ПБ в различных регионах Мирового океана, что позволило выявить ряд важных закономерностей функционирования планктонных сообществ. На этой основе была сделана одна из первых попыток оценки информационного значения характеристик поля биолюминесценции для исследования структурированности планктонных сообществ, а в дальнейшем выдвинуты пионерские гипотезы относительно экологического смысла биолюминесценции одноклеточных водорослей и проведены важные обобщения касательно ее роли в экологии копепод.

Важнейшими достижениями отмечены также биоакустические исследования отдела. С помощью оригинальных акустических комплексов «Планктон», «Планктон-2» и «Планктон-3» впервые оценены акустические параметры верхнего продуктивного слоя различных регионов Атлантического океана и морей Средиземноморского бассейна с использованием единой методики и цифровой акустической техники. Показана тесная связь уровня акустического рассеяния на частоте 80 кГц с биологической продуктивностью водной толщи, выявлено, что величина силы обратного объёмного рассеяния звука на частоте 80 кГц является достаточно надёжным индикатором (маркёром) пространственного распределения зоопланктонного сообщества.

За годы деятельности отдела сформировалась и активно развивалась новая область знаний, биофизическая экология гидробионтов - новое направление в науке о море, раздел гидробиологии, предметом которого является взаимодействие организмов, их популяций и сообществ путём утилизации, трансформации или модификации физических полей, в том числе продуцируемых в процессе их жизнедеятельности. Установлены закономерности формирования мелкомасштабной структуры биологических полей, разработаны новые подходы к оценке и рациональному использованию биологических ресурсов Мирового океана, развиты представления о нетрофических взаимодействиях сообществ в морской пелагиали.

Наконец, получили мощный импульс исследования по созданию экспертных систем таксономического определения гидробиологических объектов — «компьютерных определителей». Работы эти начали развиваться в 1988 г. в отделе экологической информатики под руководством доктора технических наук, профессора Е.А. Бутакова. Идея разработки программной системы для определения таксономической принадлежности гидробиологических объектов возникла в рамках крупного научного направления в области создания искусственного интеллекта – распознавания образов. Первоначальная постановка задачи так и формулировалась: используя некоторый оптический прибор, например, телекамеру (возможно, совместно с микроскопом) получить компьютерное изображение распознаваемого объекта и выполнить его программную обработку. Выделив на распознаваемом изображении некоторые признаки, система должна идентифицировать объект. Это позволило создать компьютерные определители личинок рыб моря, креветок, брюхоногих и двустворчатых моллюсков Черного моря, усоногих раков Черного и Средиземного морей.

С появлением доступа к Интернету начато распространение накопленных знаний через Всемирную сеть. В планах отдела – компьютерные определители микроводорослей, миктофовых рыб, некоторых отрядов ракообразных, биофизических полей Мирового океана.

Актуальность и своевременность появления биофизических методов исследования экологии гидробионтов и применения новых информационных технологий для их описания и идентификации объясняется тем, что преобладающий ныне в гидробиологии синэкологический подход нуждается в новых подходах к изучению морской среды и населяющих её организмов, адекватных пространственным и временным масштабам происходящих событий. Очевидно также, что к традиционно используемым в качестве основных параметров функционирования морских экосистем трофическим характеристикам необходимо добавить параметры нетрофических взаимодействий гидробионтов (химических, оптических, акустических, механических и т.д.), способных существенно модифицировать и трансформировать действие трофических факторов. Учитывая полученные нами материалы об общеокеаническом масштабе биофизических полей, интегральности и экспрессивности их характеристик для оценки параметров морских экосистем на любых пространственно-временных масштабах их изучения, разработанные биофизические подходы к изучению пелагических сообществ существенно повысили эффективность синэкологических исследований.

Разработанный в отделе биофизической экологии разномасштабный, мультисенсорный и многоуровневый подходы к изучению динамики морских экосистем позволил выработать концептуальные основы экологического биофизического мониторинга пелагических сообществ, подразумевающего схему одновременной обработки биофизической, гидробиологической и гидрофизической информации.



История отдела биофизической экологии

В 2021 году исполнится 150 лет со дня образования Севастопольской биологической станции Российской академии наук (ныне – ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН» — ФИЦ ИнБЮМ) и 55 лет широкому развёртыванию работ по исследованию явления биолюминесценции в Черном море.

Идея развития подобных исследований в ИнБЮМ принадлежала известному планктонологу, доктору биологических наук Владимиру Николаевичу Грезе. Одновременно это направление тогда активно развивалось в США, а также в Институте физики им. Л.С. Киренского СО АН СССР коллективом Иосифа Исаевича Гительзона. В.Н. Грезе оценил возможности биолюминесценции для визуализации вертикальной структуры планктонного сообщества. Он приглашает в Севастополь своего ученика – Эдуарда Павловича Битюкова и передаёт ему перспективное направление исследований. Именно с именем Э.П. Битюкова связан комплексный научный подход к изучению биолюминесценции в ИнБЮМ. В 1967 г. создаётся Кабинет биолюминесценции. В последующие годы в тематику Кабинета кроме планктонологических и биолюминесцентных работ вошли также гидроакустические исследования, связанные с оценкой влияния планктона на акустические характеристики водной толщи, определение регрессионных соотношений между интенсивностью рассеяния звука с одной стороны, а также численностью и видовым составом звукорассеивателей с другой.

В 1974 году Кабинет биолюминесценции реорганизован в неструктурную Лабораторию биолюминесценции и биоакустики (ЛББ) Отдела планктона. В 1982 году ЛББ была реорганизована в структурную, а в 1994 г. получила название Лаборатория биофизической экологии (ЛБЭ). В таком виде она существовала уже в Отделе функционирования морских экосистем до 1995 г., когда в соответствии с распоряжением Президиума НАНУ структурной единицей ИнБЮМ остались только отделы.

Наконец, в 2001 г. постановлением учёного совета ИнБЮМ НАНУ в институте был создан Отдел биофизической экологии на базе Отдела экологической информатики и Лаборатории биофизической экологии.