В Санкт-Петербургском государственном университете прошла Всероссийская конференция по естественным и гуманитарным наукам с международным участием «Наука СПбГУ – 2022». В этом году мероприятие было приурочено ко Дню преподавателя высшей школы. 

В секции ‎«Биологические науки и биоэкология‎» направления конференции ‎«Естественные и точные науки» с докладом ‎«Анализ потенциала реэкспансии земледелия в залежные экосистемы Российской Федерации» выступил заведующий кафедрой прикладной экологии СПбГУ профессор Евгений Абакумов. По словам профессора, более чем на половине территории России распространены экосистемы криолитозоны — обширного пояса, жизнь которого определяется присутствием многолетнемерзлых пород. 

«Российская Арктика и криолитозона столкнулись со стремительными процессами термической деградации и механической дестабилизации ландшафтов и ключевых местообитаний. Динамические климатические процессы приводят в настоящее время к малопредсказуемым последствиям в криобиосфере и криогенных экосистемах.  Почвы этих экосистем в советское время интенсивно вовлекались в сельскохозяйственные практики. Теперь заброшенные экосистемы и огромные территории залежных криогенных ландшафтов (с учетом экономических вызовов и динамически изменяющейся климатической обстановки) могут рассматриваться как потенциальная продовольственная корзина Севера Евразии. Агропромышленное освоение Российского Севера — не «воспоминания о прошлом», а инструмент анализа текущих возможностей и поиск путей развития арктического сельского хозяйства в будущем», — подчеркнул Евгений Абакумов. 

Экологи СПбГУ провели исследования залежных агропочв Российской Арктики, а также изучили поля Ямальской опытной станции — уникальной для России и всего мира сельскохозяйственная площадки, которая позволяет провести ретроспективный анализ динамики свойств почв и неоднородности почвенного покрова в течение последних 90 лет. Кроме того, учёные Университета проанализировали практики частного огородничества, например, в посёлке Сеяха, расположенном на 70 градусе северной широты.

Дополнительно были проведены почвенно-экологические и картографические исследования, результаты которых будут использованы при имплементации государственной программы, известной как «Вторая целина» (направлена на повторное вовлечение залежных почв различных регионов в сельскохозяйственное использование).

Профессор СПбГУ добавил, что указанные работы были выполнены при поддержке НЦМУ «Агротехнологии будущего».

Другим представителем кафедры прикладной экологии на конференции ‎«Наука СПбГУ — 2022» стал старший научный сотрудник Университета Иван Нехаев. Он выступил с докладом ‎«Необычные мелководные бореальные ассоциации брюхоногих моллюсков у северного побережья Новой Земли».

‎«Фауна Баренцева моря самая богатая по сравнению с другими арктическими морями и представлена смесью арктических и бореальных видов, распространение которых, как полагают, обусловлено температурными условиями. В нашем исследовании эта гипотеза была проверена с использованием данных о видовом составе брюхоногих моллюсков в северной части Новой Земли — одного из самых холодных регионов Баренцева моря. На исследуемой территории были обнаружены видовые ассоциации с преобладанием бореального вида Lacuna vincta. Кроме того, фауна брюхоногих моллюсков в целом была больше похожа на фауну бореальных регионов (Белое море и побережье Мурмана), чем на фауну Арктики (фьорды Шпицбергена, Маточкин Шар (Новая Земля), Земля Франца-Иосифа)», — отметил Иван Нехаев.  

Он подчеркнул, что полученные результаты исследования не согласуются с предположением о влиянии температуры как основного фактора, определяющего распределение бентических сообществ в Баренцевом море. 
«Предлагаются две альтернативные гипотезы: либо влияние течения Новой Земли как коридора для расселения видов, либо существование ледникового рефугиума у берегов Новой Земли, где мелководная фауна могла пережить последнее оледенение», — добавил старший научный сотрудник кафедры прикладной экологии на конференции СПбГУ. 

Рефугиум — участок земной поверхности или Мирового океана, где вид или группа видов пережили или переживают неблагоприятный для них период геологического времени, в течение которого на больших пространствах эти формы жизни исчезали.

Исследование было поддержано грантом РНФ № 21-74-00034. 

Рис. 1. Латеральные складки поверхности клеток устьичного комплекса. А. Устьичный комплекс Populus tremula.
Б, В Модель, имитирующая деформацию околоустьичных клеток при увеличении в них тургорного давления при наличии складок (Б) и без них (В). У – устьице, ЛС – латеральные складки. 
Масштабная линейка: 10 мкм.

В рамках конференции с докладом также выступил заведующий кафедрой ботаники СПбГУ профессор Анатолий Паутов. Он представил исследование о структурном разнообразии перистоматических колец у цветковых растений. Как рассказал профессор СПбГУ, раздел ботаники  ‎«Анатомия растений» существует уже более 350 лет. Несмотря на долгую историю, учёные до сих пор узнают что-то новое о функциях тех или иных структур. Это происходит, в частности, благодаря привлечению к анализу полученных данных методом компьютерного моделирования.

«Устьица – структурные элементы эпидермы, которые обеспечивают газообмен растений и движение в них воды. Каждое устьице состоит из двух замыкающих клеток, которые способны совершать движения. В результате этих движений устьица открываются и закрываются. Замыкающие клетки открывающихся устьиц вдавливаются в околоустьичные клетки. При такой механике устьичных движений открывание устьиц затруднено и даже невозможно, если в околоустьичных клетках возникает высокое давление, обусловленное их перенасыщенностью водой. Однако, тангентальные стенки околоустьичных клеток части растений образуют латеральные складки, расходящиеся в стороны от устьиц (Рис. 1А). Проведенное ранее вместе с сотрудником биологического факультета СПбГУ Сергеем Колодяжным моделирование показало следующее. При увеличении давления в околоустьичных клетках, имеющих складки, они деформируются таким образом, что не только не сдавливают устьица, а, напротив, растягивают в стороны их замыкающие клетки (Рис. 1Б, В)», — отметил Анатолий Паутов.

Рис. 2. Перистоматические кольца в эпидерме листьев Populus mexicana (А), Ficus microcarpa (Б), Captosperma cymosum (В),
Heptaplerum actinophyllum (Г), Coriaria japonica (Д), Ixora javanica (Е). у – устьице, опк – одиночное перистоматическое кольцо, 
спк – составное перистоматическое кольцо, кк – краевое устьичное кольцо, сп – складки поверхности основных клеток эпидермы, 
мпк – многочисленные перистоматические кольца, пс – перистоматическая спираль. Масштабная линейка: 10 мкм.

По словам профессора, складки могут как отходить от устьиц, так и окружать их, образуя так называемые перистоматические кольца (Рис. 2). Проведенное сравнительно-гистологическое исследование показало, что перистоматические кольца неоднократно и по-разному возникали в эволюции цветковых растений, в том числе – из латеральных складок. Они встречаются у представителей различных групп APG IV (современная таксономическая система классификации цветковых растений) (Рис. 3) и демонстрируют значительное структурное разнообразие. 

 
Рис. 3. Перистоматические кольца отмечены у представителей различных групп APG IV.

 
«Установлено, что наличие перистоматических колец в составе устьичных комплексов не зависит от строения как самих комплексов, так и их замыкающих клеток. Вопрос о функциях этих колец остается открытым. Моделирование, возможно, позволит найти на него ответ»,  —  заключил заведующий кафедрой ботаники СПбГУ.

Данное исследование было выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-24-00572.

В свою очередь профессор кафедры цитологии и гистологии СПбГУ Елена Краснощекова выступила с докладом ‎«Нейронные механизмы эмоциональной памяти». «Особенности генерации памяти об эмоционально-значимых стимулах исследованы на переживающих срезах мозга при регистрации активности нейронов амигдалы в ответ на стимуляцию сенсорных входов. Память о таких сигналах формируется благодаря тому, что информация об эмоционально-нейтральных сигналах блокируются тормозными нейронами, а об эмоционально значимых вызывает долговременную потенциацию проекционных нейронов. Данный механизм памяти отличен от того, который формируется в гиппокампе и хорошо изучен ранее», — отметила профессор СПбГУ.

Рис. 1 Схема эксперимента по изучению нейронных механизмов эмоциональной памяти на переживающих срезах мозга. Срез мозга с электродами - слева, исследованные нейроны, их связи – справа.

Она добавила, что представление о двойном механизме генерации памятного следа — в амигдале и гиппокампе, перспективно для понимания причин амнестических расстройств у человека.

В следующем докладе старший научный сотрудник кафедры общей физиологии СПбГУ, сотрудник Лаборатории нейробиологии и молекулярной фармакологии Института трансляционной биомедицины СПбГУ Анна Вольнова рассказала об особенностях врожденных и приобретенных форм поведения у крыс, нокаутных по гену дофаминового транспортёра.

Патогенез таких нейропсихических расстройств, как синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), шизофрения, болезнь Паркинсона, связан с дисфункцией дофаминергической системы головного мозга. Именно поэтому крыс, нокаутных по гену дофаминового транспортёра (DAT-KO крысы), используют в качестве новой перспективной модели гипердофаминергии. Самой яркой поведенческой характеристикой данных крыс является гиперактивность, что позволяет говорить об определённом сходстве их поведенческих паттернов с симптомами, наблюдаемыми у пациентов с СДВГ. 

«Задачей настоящего исследования было оценить особенности врождённых и приобретённых форм поведения у DAT-KO крыс для использования их в качестве поведенческой модели СДВГ. Для изучения врожденных форм поведения использовали анализ аутогруминга животных и оценку параметров предимпульсного торможения (prepulse inhibition, PPI). Для изучения приобретённых форм поведения — обучение в 8-лучевом лабиринте, лабиринте Хебба-Уильямса и распознавание новых объектов в установке RedBox. Эксперименты были проведены на 40 DAT-KO крысах и 40 контрольных животных дикого типа (WT)», — сообщила Анна Вольнова.  

Учёным удалось установить, что DAT-KO крысы способны обучиться решению сложных когнитивных задач. При обучении манипуляторным навыками и различению объектов в установке RedBox нокаутные животные успешно выполняли поведенческую задачу. В то же время в тестах на пространственную память эффективность обучения мутантных животных была достоверно ниже, чем у крыс WT. Поведенческие тактики DAT-KO крыс при решении пространственных задач достоверно отличались от таковых у крыс WT. При анализе аутогруминга установлено, что у DAT-KO крыс есть нарушения его микроструктуры, обусловленные повышенным уровнем стереотипных реакций. Также имело место снижение коэффициента предимпульсного торможения, что может свидетельствовать о нарушениях процессов непроизвольного внимания у DAT-KO крыс.

«В целом данные настоящей работе показывают, что при реализации как врожденных, так и приобретенных форм поведения DAT-KO крысы склонны к стереотипным реакциям, а также характеризуются нарушениями процессов непроизвольного внимания. Выявленные поведенческие особенности могут влиять на процессы обучения и эффективность выполнения когнитивных тестов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что крысы DAT-KO могут быть использованы для изучения механизмов СДВГ», — заметила старший научный сотрудник кафедры общей физиологии СПбГУ. 

Работа была выполнена при поддержке гранта РНФ № 21-75-20069.

Напомним, 19 ноября в России отмечается День преподавателя высшей школы. Это совсем молодой праздник: приказ о нем был подписан министром науки и высшего образования Валерием Фальковым в 2021 году.
Именно в этот день в 1711 году родился выдающийся русский ученый-энциклопедист Михаил Ломоносов, который был одним из первых студентов, а впоследствии ректором Санкт-Петербургского университета. На протяжении нескольких десятилетий его жизнь и деятельность были связаны с Университетом и гимназией, в развитии которых Ломоносов видел важнейшее условие процветания науки в России.

См. также:

«Университет — это наш дом!..» 

Университет отмечает День преподавателя высшей школы