Заявка на проведение работ по проекту 
«Атлас регистрирующих структур байкальской ихтиофауны»

Исполнитель: н.с. лаб. биологии рыб и водных млекопитающих ЛИН СО РАН, Тягун М.Л.

Цели и актуальность исследования
	Возможность определения видовой принадлежности рыбы по регистрирующим структурам, чешуе и отолитам, не вызывает сомнений. Основное их свойство - это способность отображать специфику роста особи и характер ее двигательной активности. Плохо разрушаемые в естественной среде чешуя и отолиты могут служить долговременным источником подобной информации. Наличие определителя рыб по их кальцинированным структурам во многом облегчило бы работу с видовой идентификацией и сделало её возможной даже при отсутствии самой рыбы, например, при палеонтологических исследованиях или в случае анализа питания, когда из желудка извлекаются переваренные в различной степени остатки. Создание атласа, где будут представлены не единичные виды, а комплексы, позволит также оценить характер формирования видов с точки зрения их приуроченности к определенным условиям обитания. 
В монографии будет помещена информация о свойствах и структуре чешуи и отолитов рыб из младших, средних и страшевозрастных групп, полученная методами микрофотометрического анализа, а также сканирующей и трансмиссионной микроскопии.  
	Аналогичные определители в мировой практике единичны. Как правило, более распространены обычные атласы, представленные только иллюстративным материалом и краткой характеристикой, без ключей-определителей. 
	Поскольку большинство представителей байкальской ихтиофауны - пресноводные эндемики, проделанная работа будет иметь ценность как единственное представление регистрирующих структур эндемичных глубоководных пресноводных ихтиоценозов.

Связь между предлагаемыми исследованиями и темой кандидатской диссертации
	Диссертация соискателя «Изучение структуры и роста чешуи байкальского омуля (Coregonus autumnalis migratorius Georgi)» является существенным заделом для выдвигаемой на конкурс работы. В ней апробированы классические методы работы с регистрирующими структурами, а также предложены новые нестандартные подходы, которые могут быть применимы к остальным  видам байкальских рыб.  

План работ.
	1 год. 
1.	Ревизия имеющихся материалов. Пополнение коллекции чешуей и отолитами недостающих видов. Получение и обработка фотоизображений отолитов и чешуи рыб с применением программного пакета Adobe Photoshop и других растровых редакторов. Формирование иллюстративной базы данных.
2.	Выявление характерных структурных и конфигурационных особенностей чешуи и отолитов, характерных для вида с применением методов микрофотометрии. Описание характеристик регистрирующих структур в следующих стадиях жизненного цикла: младшевозрастной, средневозрастной и половозрелой. Обработка полученных изображений программным пакетом Image Pro.
2 год.
3.	Детальная работа со сколами и рельефом поверхности регистрирующих структур методами сканирующей электронной и трансмиссионной микроскопии. Получение трансмиссионных электронограмм регистрирующих структур.
4.	Разработка ключа определения каждого вида в сообществе по отолиту и чешуе.
5.	Составление описаний структурных видовых отличий и систематизация информации по родственным группам.
3 год.
6.	Анализ изменчивости регистрирующих структур внутри сообщества.  Описание общих закономерностей роста и формирования чешуи и отолитов, характерных для комплекса видов.
7.	Подготовка макета монографии.
8.	Создание электронной версии атласа-определителя (на языке HTML).
	 
Планируется использование следующего оборудования.
1.	Цифровой фотоаппарат (с высокой увеличительной способностью и матрицей ПЗС не менее 8 мегапикселей) 
2.	Увеличительная насадка для объектива
3.	Бинокуляр 
4.	Реактивы для подготовки гистологических препаратов и сколов.
5.	Сканирующий электронный микроскоп Phillips SEM 525  и трансмиссионный микроскоп LEO 906E на базе ЛИН СО РАН
6.	Средства мультимедиа

Тема предложенного проекта имеет прямое отношение к задачам НОЦ. Кроме научной значимости, предлагаемый атлас-монография послужит практическим пособием в процессе обучения студентов-биологов.

Cостояние исследований в данной области в Российской Федерации и принимающем НОЦ
Масштабы исследований, в которых прямым образом или косвенно задействованы регистрирующие структуры, достаточно обширны. Основная масса работ, затрагивающая те или иные вопросы роста и формирования чешуи и отолитов, проводится преимущественно зарубежными странами. Исследования регистрирующих структур в России были связаны, прежде всего, с необходимостью ретроспективной реконструкции жизненных процессов по параметрам годовых зон роста и были развиты во второй половине прошлого века (Чугунова, 1959; Брюзгин, 1969; Мина, Клевезаль, 1976 и др.). В ихтиологии более часто используемым для этой цели объектом была чешуя, в силу ее доступности. Однако российскими же исследователями было показано, что анализ возраста чешуи даёт надёжные результаты, в основном, для рыб младшего и среднего возраста (Кузнецова и др., 1999). Интерес к отолитам стал возрастать в 70-80 гг., когда обнаружилось, что они способны фиксировать динамику ежедневных приростов (Pannella, 1971; Campana, Neilson, 1982). Именно благодаря этому феномену большинство как иностранных, так и отечественных работ, выполненных на отолитах, посвящены описанию стадий роста рыбы с учетом особенностей суточных приростов (Campana, 1984; Campana, Sangle & J. Munro, 1985; Jones, 1986; Eckmann, Rey, 1987; Sogard, 1991, Pavlov at all, 2000; Шелехов, 2002; и др.). Однако, как чешуя, так и отолиты большинства видов рыб не дают надёжных результатов оценки возраста для у старшевозрастных групп, Этот факт, по-видимому, говорит о необходимости разработок новых методов исследования кальцинированной ткани у рыб старших возрастов.
Исследования отолитов байкальских представителей первоначально были связаны с необходимостью идентификации видового состава рыб, входящих в рацион позвоночных. Поскольку отолиты являются неклеточными структурами, они не претерпевают со временем существенных изменений (Акиничева, Рогатных, 1996). Исследователями байкальской ихтиофауны было обнаружено, что не перевариваемые в желудках нерпы отолиты дают возможность безошибочно определять видовую принадлежность и количество съеденной рыбы (Горовацкая, 1942; Пастухов и др., 1969). В дальнейших исследованиях была предложена простая метрическая схема для определения критерия видовой дифференциации, а также сделаны элементарные описания формы отолитов рогатковидных видов абиссальной и прибрежной ихтиофауны Байкала (Сиделева, Зубина, 1990). Принцип определения возраста этих видов, не имеющих чешуйного покрова, базировался на классических методиках, ориентированных больше для определения возраста промысловых видов. 
Исследования роста чешуи в байкальском регионе проводились для более качественного понимания биологии байкальского омуля – основного из промысловых видов озера (Редкозубов, 1968; Смирнов, Смирнова-Залуми, 1993). В этих работах освещены вопросы роста поверхности чешуи – времени образования «срезанных» и «концентрических» склеритов, закономерность появления которых имеет сезонный характер. Это даёт возможность судить о возрасте рыбы. Постадийная картина формирования как внешних, так и внутренних структур чешуи описана сравнительно недавно (Тягун, 2004). 
В мировой практике в последнее десятилетие круг задач, решение которых может зависеть от расшифровки события по кальцинированному элементу, расширился. Наряду с традиционными методиками определения возраста и, соответственно, ретроспективной реконструкцией роста, которые не потеряли своей актуальности (Ramirez et al., 2001; Neilson et al., 1985b; Marshall, Parker, 1982; Carls, 1995, Гирагосов, 2000а), появились исследования микрохимического анализа ткани отолита. (Otake et al., 1994; Arai et al., 1997, 2000a, 2000b, 2002a, 2002b; Хрусталёва, Павлова, 2000; Шелехов, Батайлюк, 2001, 2002). Как биоминерал отолиты идеально подходят для такого анализа. В отличие от других отвердевающих структур в скелете рыбы, они являются химически инертными, состав, полученный из их ткани, локально не изменен впоследствии. Это позволяет отслеживать маршруты миграций тех видов рыб, которые обитают в принципиально различных условиях окружающей среды, отличающейся элементарным составом воды. (Tzeng, 1996). Появились исследования изотопного состава ткани отолитов (F.T.Andrus, 2002). С начала 80-х (Popper and Coombs, 1980; Corwin, 1981, Лычаков 1994) и по сей день (Lychakov, Rebane, 2000, Popper et al., 2003; Ladich and Popper, 2004; Касумян, 2005) активно развиваются исследования слухового аппарата рыб, в которых анализируется весь слуховой комплекс, включая все три типа отолита слуховой капсулы. Особенно активно развивается направление исследования микроструктры ткани отолита эмбриональных и личиночных стадий (Messieh et al., 1987; Neuman et al., 2001; Plaza et al, 2001, Павлов, Бурменский, 1999), и меньше - взрослых (Arai, Miyazaki, 2002a, 2002b). 
Диапазон дисциплин, в области которых были проведены исследования с использованием отолитов и чешуи, постоянно расширяется. Кроме основных направлений,  биологии и экологии, охвачены физиология, эмбирология, систематика, эволюция, палеонтология и другие области исследований. В последнее десятилетие в России по этой тематике выходят аналитические обобщающие обзоры (Новиков, 2000; Дгебуадзе, 2001; Кузнецова и др, 2004). Методологические работы, а также работы по исследованию структуры и роста отолитов и чешуи малочисленны. Для представителей байкальской ихтиофауны новые направления исследований находятся в стадии получения первых результатов. 
Создание атласа регистрирующих структур пресноводной ихтиофауны является своевременным, должно продемонстрировать характер адаптаций рыб пелагического, абиссального и прибрежного сообществ холодоводного олиготрофного водоёма и стимулировать исследования с учётом целей различных дисциплин. 

Описание предполагаемого курса преподавания
БИОМИНЕРАЛОГИЯ
(теоретический курс или факультатив для студентов старших курсов)
I. Введение. Слово о молодой науке. Предмет. Цели и задачи. Актуальность, прикладное значение.
II. Биоминерал как элемент живого организма. Состав, функции, строение. Биоминерал как объект кристаллографии и кристаллохимии.
III. Биоминералы в природе. Естественные и патогенные биоминералы. Типы биоминералов: дентин, цемент, костная ткань и др.
1.	Биоминералы в растительном мире. (Например, смола – янтарь)
2.	Биоминералы в животном мире
IV. Регистрирующие структуры. Основы строения и роста.
Основные группы.
1.	беспозвоночные 
2.	рыбы
3.	грызуны
4.	хищные
5.	ластоногие
6.	парнокопытные и непарнокопытные
V. Методы исследования регистрирующих структур.
1. Определение возраста и онтогенетических моментов (сезона интенсивного питания, полового созревания).
2. Ретроспективное расчисление роста.
3. Мечение тетрациклином, ализарином и др. препаратами
4. Работа с ежедневными приростами
5. Форма.  Рисунки, образованные внутренними и внешними структурами.
VI. Биоминералы в медицине. Синтетические имплантанты и препараты на основе биоминералов.