О ПРОГРАММЕ
 СОСТАВ НАУЧНОГО СОВЕТА
 СТРУКТУРА ПОДПРОГРАММЫ
 Аннотационый отчет
 КОНТАКТЫ
 ЛИТЕРАТУРА
 ПРОФИЛЬНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
 СЕМИНАРЫ
 АЛТАЙСКИЙ СЕМИНАР (август 2003)
 МЕЖДУНАРОДНОЕ СОВЕЩАНИЕ (июнь 2005)
  КРУГЛЫЙ СТОЛ (2 июня 2007)
  II МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ»
На главнуюПоиск на сайтеНапишите письмо

О Программе











О ПРОГРАММЕ

«ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ И ЭВОЛЮЦИЯ ГЕО-БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ»

Краткая аннотация Подпрограммы II
" ЭВОЛЮЦИЯ ГЕО-БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ"

Координатор Программы акад. Г.А. Заварзин
Заместители Координатора акад. Н.А. Колчанов
акад. А.Ю. Розанов

Основной тенденцией развития современной науки является усиливающаяся специализация. Положительной стороной специализации является безусловное повышение эффективности научных исследований в конкретной области. Однако при этом неизбежно страдает целостное представление о предмете исследования, без чего полученные знания невозможно с пользой применить. Особенно это касается наук о жизни. Разнообразие биологических объектов на порядок превосходит то, что нам известно в химии и физике. Кроме того, живые существа сами состоят из молекул и интенсивно обмениваются таковыми с окружающей косной средой. Живые существа взаимодействуют друг с другом, объединяясь в популяции, экосистемы, а, взаимодействуя с ландшафтом, формируют биогеоценозы, биоты, и, наконец, биосферу планеты. Таким образом, всякое живое существо является элементом системы и, одновременно, само представляет собой систему. Поэтому науки о жизни требуют от ученого большого объема специальных знаний (что благоприятствует специализации) и, одновременно, энциклопедичности – способности найти место для изучаемого объекта в системе более высокого уровня иерархии. Наиболее фундаментальные обобщения в биологии (естественный отбор Дарвина-Уоллеса, стабилизирующий отбор Шмальгаузена-Уоддингтона, биосфера Вернадского, скрытая изменчивость и балансовая теория популяции Четверикова, гомологические ряды и центры происхождения культурных растений Вавилова, нейтралистская теория Кимуры, наконец, синтетическая теория эволюции) появлялись именно тогда, когда воедино удавалось свести значительный объем специальных знаний из различных частных областей биологии (а в последнее время также физики, химии и математики) и поместить их в общий контекст. В настоящее время мы являемся свидетелями и участниками беспрецедентного роста знаний в различных областях наук о жизни. Накопление знаний – следствие специализации, внедрения в биологию методов точных наук, а также – в последние 30 лет - компьютеризации исследований. Обратная сторона медали – все возрастающие трудности при обобщении полученного материала. Так, если теории конца XIX – начала ХХ века связывают с именами одного-двух исследователей, то синтетическую теорию эволюции создавали уже несколько десятков ученых – зоологов, генетиков, цитологов и математиков. В современном мире ситуация еще более сложная. К сожалению, стало правилом, когда ученые различных специальностей изучают отдельные аспекты такого сложного, но единого феномена, как биосфера, зачастую имея ограниченную информацию о смежных научных направлениях, решающих ту же проблему. Необходимость подвести итоги, обновить общетеоретический базис биологии, включив в него новые данные, назрела с конца 70гг XX века, однако до сих пор эта задача не разрешена – мы имеем множество конкурирующих, а часто и взаимоисключающих теорий. Важно подчеркнуть, что эта задача имеет не только академический, но и сугубо практический интерес. Давление человеческой цивилизации на окружающую среду достигло критической величины. Впервые в своей истории техногенная цивилизация оказалась способной ввести в сферу своего воздействия весь земной шар, не оставив биосфере ни времени для видообразования, ни рефугий для убежища. Например, по различным оценкам, от 40 до 60% видов растений Земли могут исчезнуть. Основной причиной сокращения их численности является не прямое уничтожение (хотя и это имеет место), а антропогенное разрушение их местообитаний и деградация почв. С учетом того, что с каждым видом растений связано несколько десятков видов животных, в результате деятельности цивилизации возможен глобальный биосферный кризис масштаба плейстоцен/голоценового, как, впрочем, и исчезновение самой цивилизации – ведь наиболее уязвимыми являются верхние этажи пищевой пирамиды, где человек сейчас безраздельно доминирует.

Появившийся недавно термин “биобезопасность” хорошо отражает этот момент, поскольку сохранение нормально функционирующей биосферы (в том числе и ее защита от последствий непродуманной хозяйственной деятельности человека) является лучшей защитой самого человека и человечества вообще. Обострение проблем сохранения богатства биосферы, прежде всего ее таксономического разнообразия, а также недостаток базисных возобновляемых ресурсов цивилизации – почв и пресной воды - и проблемы с климатом, вызвали мировой рост интереса к биосферной проблематике. Об осознании глубины проблемы свидетельствуют конференции ООН по проблемам развития в Рио-де-Жанейро в 1992 году и в Йоханнесбурге 10 лет спустя, Киотский протокол, Конвенцию по биоразнообразию и др. международные форумы и соглашения. В 1995 г. Россия ратифицировала Конвенцию по биоразнообразию и взяла на себя обязательства обеспечить должный уровень охраны природы на своей территории. Под устойчивым (точнее – самоподдерживающимся, sustainable) развитием на конференции в Рио-де-Жанейро подразумевался такой сценарий развития общества, при котором поколения потомков имеют стартовые условия, сравнимые с таковыми у поколений предков. Биосфера во всем ее разнообразии является наилучшим гарантом такого равенства стартовых условий. Однако, чтобы защищать, нужно знать. Уникальность и всеохватность биосферы как природного объекта делает эксперименты с ней затруднительными и крайне нежелательными, в чем человечество неоднократно убеждалось на собственном печальном опыте. Разработка реалистичных многопараметрических моделей эволюции учитывающих влияние условий окружающей среды, трофических взаимодействий, географических факторов, генетической структуры организмов, и др. – вот единственный путь стратегического планирования биозащитных мероприятий. Это вызов для естественных наук, математики и информатики XXI века, ответить на который можно лишь на междисциплинарном уровне. В настоящее время имеется (прежде всего, в популяционной генетике и экологии) хорошо разработанный математический аппарат для моделирования эволюции, однако верифицировать подобные модели можно лишь широко привлекая данные описательных наук – зоологии, ботаники, микробиологии, почвоведения, палеонтологии, а также геологии, геохимии, химии и физики – наук, описывающих вмещающую косную среду. Поскольку процессы эволюции имеют планетарный масштаб и охватывают тысячи и миллионы лет, необходимо также привлекать астрономические и астрофизические данные. Только на базе такого взаимодополнительного междисциплинарного подхода могут быть решены такие ключевые задачи, как:
– проблема происхождения жизни, упирающаяся в проблему возникновения генетического кода, надтриплетных кодов, геномассоциированных и позиционных эпигенетических кодов и шире - проблему возникновения и эволюции естественных знаковых систем вообще (вплоть до возникновения естественного звукового языка человека): следует отметить, также, что до настоящего времени так и не сформулировано общепринятое удовлетворительное определение самому термину “жизнь”, несмотря на многочисленные попытки (известно более 300 определений);
- проблема коэволюции мира живого и мира минералов, имеющая не только фундаментальный, но и практический аспект - важнейшие полезные ископаемые (энергоносители, строительные материалы, в меньшей степени – руды) – связаны с биотой либо по происхождению (нефть, уголь), либо по закономерностям формирования месторождений;
- проблемы круговорота и самоочищения основных возобновляемых ресурсов - пресных вод, почв, лесов, океана, а также функционирование основного элемента систем самоочищения – бактериальных фильтров;
- проблема соотношения внутренних – биотических, экоценотических, молекулярно-генетических – факторов эволюции и внешних факторов, таких как тектоника плит, вулканизм, орогенные процессы, оледенения, возникновения и разрушения континентальных мостов, изменения климата, а также космических факторов (колебания параметров земной орбиты, магнитного поля, метеоритная бомбардировка и др.); их выявление, датировка, оценки степени влияния и скорости связанных с ними эволюционных преобразований био - и геосферы (в том числе проблема соотношения градуальной и катастрофической эволюции);
- проблема выявления симптоматики локальных и глобальных (великие вымирания) биотических кризисов, реконструкция их динамики и прогнозирование;
- проблема эволюции сложности: хотя в настоящее время отсутствует удовлетворительное общепринятое определение биологической сложности и биологического прогресса, но о существовании прогрессивного усложнения в ходе эволюции свидетельствуют все биологические дисциплины – от молекулярной биологии до палеонтологии и экологии; рост сложности шел, несмотря на периодическое полное вымирание крупных таксонов, смену климата, исчезновение различных биотопов. В настоящее время можно утверждать, что экологическое и молекулярно-генетическое разнообразие взаимосвязаны, чем и обусловлены устойчивость экосистем и биосферы в целом, но детальную картину этой взаимосвязи еще предстоит реконструировать;
- проблема ускорения и замедления эволюционных событий (эволюционный стазис и эволюционный взрыв), проблема возникновения новых видов и таксонов, в том числе проблема доместикации животных и растений;
- проблема эволюции интеллекта: становление и эволюция социальности в живой природе, усложнение высшей нервной деятельности и, наконец, антропогенез и коэволюция созданной человеком цивилизации и вмещающих экосистем.

Программа № 25 Президиума РАН «Происхождение и эволюция биосферы» функционировала с 2004 по 2007 год и объединяла около 30 институтов РАН, СО РАН, ДВО РАН. Основные цели Программы № 25: 1) обобщение материалов, имеющих отношение к проблемам происхождения и эволюции биосферы, накопленных биологами, геологами, химиками, физиками, археологами и представителями других научных дисциплин; 2) преодоление барьеров специализации, путем предоставления поля для широкого обмена мнениями между специалистами различных дисциплин, связанных с теми или иными аспектами происхождения и эволюции биосферы; 3) поиск новых междисциплинарных подходов для решения проблем происхождения и эволюции биосферы и определение основных направлений междисциплинарных исследований; 4) сравнение различных методик, применяющихся для решения одних и тех же проблем и/или при интерпретации полученных результатов (например, эволюцию организмов можно изучать методами палеонтологии, сравнительной анатомии, молекулярной биологии и in silico биологии); 5) выявление точек соприкосновения, сильных и слабых сторон у различных методологических подходов.

В настоящее время можно сказать, что Программа № 25 успешно выполнила поставленные задачи. Об этом свидетельствует внушительный список из 1442 научных публикаций, подготовленных и выполненных в рамках Программы № 25 (включая одну монографию) и, главным образом, две международные конференции «Происхождение и эволюция биосферы» (Biosphere origin and evolution – соответственно BOE’2005 и BOE’2007), проведение в г. Новосибирске (Россия, 2005 г.) и в г. Лутраки (Греция, 2007 г.). В них участвовали представители таких наук, как астрономия, химия, геология, геофизика, палеонтология, экология, микробиология, зоология, ботаника, паразитология, генетика, молекулярная биология, биоинформатика и археология. Возможность ознакомиться с данными из первых рук и в живом диалоге выяснить спорные моменты сделало конференции ВОЕ уникальным явлением в жизни научного сообщества и обусловило повышенный интерес к ним со стороны отечественных и зарубежных ученых (BOE’2007, например, собрала 182 участника из 12 стран). Ее научный комитет включал как российских, так и зарубежных ученых из США, Франции, Японии, Бельгии, Норвегии, Канады, Польши).

Среди успехов Программы № 25 мирового уровня следует отметить следующие
1. Разработана теория астрокатализа. Компьютерное моделирование и эксперименты с фрагментами метеоритного вещества и космической пыли свидетельствуют о благоприятных условиях для абиогенного синтеза органики в околозвездном аккреационном диске. Таким образом, впервые удалось связать астрономическое и палеонтологическое время эволюции во Вселенной от Большого взрыва до формирования биосферы. Органика также могла играть роль “клея”, облегчив слипание частиц пыли на ранних этапах планетогенеза, когда гравитационная аккреция неэффективна.
2. Установлены механизмы абиогенного синтеза высокомолекулярных соединений и биополимеров на твердых битумах (в частности, радиосинтез оптически активных соединений). Изучена коэволюция биосферы и глобального геохимического цикла кремния, в частности молекулярная эволюция основного гена силикатного метаболизма – силикатеина у цианобактерий, диатомовых и хризофитовых водорослей и губок.
3. Разработан сценарий эволюционного усложнения Мира РНК – ключевого этапа возникновения жизни, на котором возникло самовоспроизводство нуклеиновых кислот. Сценарий включает спонтанную неэнзиматическую рекомбинацию коротких олигонуклеотидов, образование бинарных рибозимов и, наконец, синтез длинных РНК-молекул, способных катализировать реакции собственного воспроизводства, взаимодействовать с белками и липидами. Все этапы сценария подтверждены экспериментально. Важно, что все реакции могли идти при низких температурах, что позволяет перенести ранние стадии существования мира РНК в газопылевые сгустки аккреационного диска формирующейся Солнечной системы.
4. Создан фактически новый раздел палеонтологии - бактериальная палеонтология. Новые подходы удревнили палеонтологическую летопись примерно в семь раз (первые прокариоты ~ 3,5 млрд. лет назад, эукариоты ~ 2,7 млрд. лет назад, многоклеточные ~ 2 млрд. лет назад). Сформулированы требования, которым должна удовлетворять минимальная биосфера: замкнутость всех биогеохимических циклов, отсутствие высокоспециализированных видов, “открытость” - способность наращивать биоразнообразие при широком (практически любом) наборе трендов изменения внешних условий. Показано, что прокариотическое сообщество содовых озер удовлетворяет этим условиям, то есть может быть аналогом первичной биосферы планеты. Также выявлены и изучены различия в механизмах формирования древних и молодых нефтей.
5. Масштабная реконструкция фаунистических, флористических и экологических изменений биоты во время “великих вымирианий” – глобальных биосферных кризисов на границе “венд-кембрий”, “кембрий-ордовик”, “пермь-триас”, “мел-палеоген” позволила впервые выявить изоморфный набор симптомов “кризисной биоты”. Установлен постепенный, многоступенчатый характер изменений в биосфере, что несовместимо с импактными теориями (метеоритная зима). Связанные с вымиранием абиотические (изменение климата, рельефа, вулканизма) и биотические (появление новых таксонов) факторы воздействовали на биосферу долговременно. Важно, что современная биота регионов, подвергавшихся наиболее длительному и агрессивному воздействию цивилизации, также проявляет ряд симптомов “кризисной биоты”.
6. Исследованы механизмы эволюционного стазиса. Показано, что в эволюционных процессах биологических систем различного уровня - генных сетях, экосистемах, биотах – важную роль играют внутренние регуляторные контуры, благодаря которым системы способны накапливать и обнейтраливать изменчивость. Слом регуляторных контуров ведет к взрывообразной демонстрации всей накопленной изменчивости. Впервые изучены механизмы эволюции прионов, ретрогенов, РНК-содержащих генов и В-хромосом. Впервые выявлена молекулярная конвергенция у генов и у белков, изучены ее механизмы. По цитогенетическим маркерам впервые реконструирована глобальная эволюция хирономид и основных отрядов плацентарных млекопитающих.
7. По материалам раскопок показано, что процесс становления не человека современного типа не укладывается в простую дихотомию “неандерталец-кроманьонец”. Реконструированы стратегии взаимодействия культуры древнего человека и вмещающих экосистем для теплых и холодных эпох северо-запада Алтая. По генетическим маркерам реконструирована история заселения Северо-Восточной Сибири и Аляски в плейстоцене и голоцене.

Новизна и оригинальность отмеченных результатов свидетельствуют о жизнеспособности принципов функционирования Программы № 25 и ее большом эвристическом потенциале. Обмен информацией, далеко выходящей за рамки традиционных дисциплин, позволил участникам программы совершенно по-новому формулировать старые проблемы и находить новые интересные темы для исследований. Так, хотя проблемы абиогенного синтеза первичной органики дискутируются на протяжении 50 лет, в предлагаемых сценариях рассматривается немного типов реакторов (как правило, это реактор с полным перемешиванием). Опыт современной химии позволил участникам Программы № 25 расширить список типов реакторов (реактор с разделением фаз, реактор с “кипящим слоем” и др.), благодаря чему удачно разрешаются основные затруднения – низкая эффективность реакций, удаление готовых продуктов и т.п. Работы, выполняемые на протяжении 2004-2007 гг. позволили очертить круг поисков природных объектов, где эти реакторы могли бы существовать (глубоководные и мелководные гидротермы, подушковые лавы, холодные высачивания срединно-океанических хребтов). Круг таких объектов мог бы быть расширен, если бы в состав программы были включены институты астрономического и астрофизического профиля, исследующих напрямую и дистанционно геологические, термохимические, климатические и т.д. условия на планетах и малых телах – астероидах, кометах – Солнечной системы, а также недавно открытых экзопланетах других звездных систем. Включение космической тематики в рамки Программы № 25 в 2004-2007гг. уже доказало свою перспективность: микропалеонтологическое изучение метеоритов выявило в них фоссилизированные структуры, напоминающие остатки ископаемых и современных цианобактериальных матов.

Полногеномное секвенирование прокариот-экстремофилов позволяет выявить тренды приспособленности к экстремальным условиям, расшифровать их молекулярные механизмы и сравнить их распространенность в различных таксонах прокариот, таким образом, по-новому взглянув на старую проблему панспермии. Кроме значимости для фундаментальной науки указанная проблематика может дать вполне конкретные практические приложения в биотехнологии и промышленной микробиологии.

Проведенные в 2004-2007 гг. исследования показывают чрезвычайную распространенность параллелизмов и конвергенции на молекулярно-генетическом уровне, уровне третичных структур белковых молекул и на уровне генных сетей. Во всех этих случаях методами молекулярной генетики и биоинформатики удается выявить консервативные модули. Чем древнее эти модули, тем более общую функцию они регулируют. Это позволяет по новому взглянуть на закон гомологических рядов Н.И.Вавилова и неоднократно наблюдаемые палеонтологами случаи параллельных трендов эволюции (артроподизация, маммализация терапсид, орнитизация архозавров и, наконец, гоминизация человекообразных обезьян), а также филоциклы (параллельные циклы изменчивости в эволюции одного и того же таксона). Кроме значимости для фундаментальной науке указанная проблематика представляет огромный интерес для медицины, поскольку, во-первых, многие из консервативных модулей включают основные гены эмбриогенеза и дифференцировки, а также онкогены, во-вторых, выявление параллелизмов на уровне генов, белков и генных сетей позволяет более адекватно применять существующие на лабораторных видах модели патологий человека и хозяйственно важных домашних животных и растений, а также целенаправленно конструировать такие модели, в-третьих, как оказалось, процессы молекулярной конвергенции играют большую роль в эволюции и функционировании иммунной системы у позвоночных, а у вирусов, бактерий и макропаразитов - систем защиты от нее.

Сравнительные исследования эволюции таксонов классическими методами и методами молекулярной филогении, компьютерной геномики и цитогенетики, показали различие темпов и режимов (реже – векторов) эволюции на разных иерархических уровнях организации живого – молекулярно-генетическом, организменном, популяционном, экоценотическом и, наконец, биосферном. Таким образом, эволюционный процесс представляет собой сложную интерференционную картину. Представляется крайне перспективным изучить интерференцию молекулярно-генетических и экоценотических векторов эволюции на различных природных объектах (от прокариот до агроценозов, созданных человеком).

С середины 80 гг. ХХ века молекулярно-генетические методы значительно обогатили практику классических зоологических, ботанических и микробиологических исследований. На границе биогеографии, исторической географии, палеонтологии, генетики популяций, демографии и молекулярной филогении возникли и интенсивно развиваются новые дисциплины – филогеография и кариогеография. Они позволяют оценить глубину дивергенции между таксонами (от популяций до типов) по распределению молекулярно-генетических и цитогенетических маркеров, а также реконструировать историю их расселения и дивергенции. К сожалению, в настоящее время и у нас в стране и в мире в целом в филогеографических исследованиях возник неоправданный крен в сторону молекулярной филогении. Это связано с высокой специализацией в среде молекулярных биологов, в массе своей слабо контактирующих с представителями классических дисциплин. В рамках Программы № 25 образовалось уникальное поле междисциплинарных контактов, позволяющее проводить филогеографические и кариогеографические работы на высоком научном уровне. Отдельно по направлению 8 представляется интересным сравнить молеклярно-генетические реконструкции расселения человека и лингвистические данные.

Чрезвычайно интересной проблемой, имеющей как теоретический, так и практический интерес, является доместикация животных. В течение краткого времени интуитивной селекцией человеком у нескольких видов были получены морфологические различия, сравнимые с таковыми у разных родов и даже семейств. В то же время из 8 тысяч видов млекопитающих успешно доместицированы не более 30, причем часть видов в доместицированном состоянии утрачена (сейчас только 14 массовых доместицированных видов). Из 200000 диких видов высших растений доместицировано около 100. За 10 тысяч лет, прошедших с завершения доместикации человечеству не удалось найти и доместицировать новых видов, несмотря на многочисленные попытки.

Проблема доместикации коррелирует с другой, более общей проблемой – эволюцией социальности в живой природе: от сообществ прокариот до сложных эвсоциальных сообществ общественных насекомых и семейных групп высших хордовых. Социальные группировки общественных насекомых, птиц и грызунов изучались в 2004-2007 гг. Было показано, что “призма” социальных внутривидовых и межвидовых (у муравьев) отношений существенно “преломляет” векторы отбора. С другой стороны, как работы, проводимые в рамках Программы № 25, так и анализ мировой литературы свидетельствует о глубокой конвергенции социальных схем, независимо развившихся в различных классах и даже типах животных. Было бы крайне интересно выяснить границы этого параллелизма и промоделировать его механизмы, поскольку это может дать новый ключ к проблеме возникновения многоклеточного – у прокариот и эукариот и многотканевого – только у эукариот – уровней организации живого.

Социальные отношения немыслимы без средств коммуникации. Таким образом, исследование эволюции социальности подводит к необходимости включить в рамки Программы № 25 изучение возникновения и эволюции языка, как в узком смысле (проблема глоттогенеза - процесса возникновения и развития человеческого естественного звукового языка), так и в широком смысле – проблема возникновения и эволюции естественных знаковых систем вообще, как ключевой момент эволюции биосферы. Речь идет о проблеме возникновения генетического кода и различных надтриплетных кодов, а также о проблеме взаимодействия этих кодов при экспрессии гена. Последнее имеет также стратегическое значение для развития биотехнологии, биобезопасности и генотерапии: знание механизмов взаимодействия кодов позволяет избирательно подавлять или управлять экспрессией того или иного гена не нарушая ДНК-последовательности этого гена. В мире, например, особое внимание уделяется изучению кода ми-РНК для коррекции генетических аномалий развития.

За последние пять лет было установлено, что феномен игрового поведения, характерный для птиц и млекопитающих и играющий важную роль в восприятии мира, изредка демонстрируют также представители различных филумов рептилии (гекконы, вараны) и, возможно, некоторые рыбы (в том числе считавшиеся примитивными хрящевые рыбы - скаты). Таким образом, вполне возможно, что схема восприятия мира у позвоночных едина и эволюционировала от общего предка. Напротив, у наиболее “интеллектуальных” насекомых – перепончатокрылых и термитов - не выявлено игрового поведения, хотя выявлены аналоги языка (в том числе и работами участников Программы № 25). Таким образом, наши схемы восприятия мира отличаются. Было бы крайне заманчиво, используя совокупность этологических и сравнительно-геномных методик попытаться реконструировать эволюцию молекулярно-генетических механизмов формирования когнитивных схем в контексте эволюции биосферы.

В рамках Программы № 25 проводятся долговременные изучения эволюционных и экоценотических процессов в высокозамкнутых изолированных водных экосистемах – содовых озерах Бурятии, Читинской области, меромиктических озерах Шира, Шунет, древнем пресном озере Байкал, Черном море, термальные источники Камчатки, Курильских островов, Северного Кавказа, Бурятии и Восточных Саян. Так, показано, что Байкал, по крайней мере, 8 млн. лет не высыхал и не менял существенно свою соленость, что делает его уникальным среди пресноводных водоемов мира, Реконструирована филогения его эндемиков из разных таксонов (моллюски, рыбы, ракообразные, губки). Показано, что Черноморская аноксическая придонная экосистема - единственная известная крупномасштабная модель для изучения круговоротов серы и углерода в условиях докембрия. Выявлены принципиальные различия в эволюционных механизмах диверсификации таксонов в замкнутых и незамкнутых озерных экосистемах. Подобные исследования представляют уникальный материал для экстраполяции и моделирования ответа биоты на импактные и “медленные” катастрофы. “Медленные” катастрофы - глобальные однонаправленные постепенные изменения абиотических факторов, примерами широкоизвестных “медленных катастроф” служат малый ледниковый период Средневековья или современное глобальное потепление. Эти работы должны быть продолжены и дополнены данными об эволюционной, биогеографической и экоценотической динамике в наиболее важных наземных экосистемах – лесах, степях, болотах. Чрезвычайно интересны будут также долговременные исследования эндогенных экосистем – экосистем, чья первичная продукция определяется полностью (экосистемы глубоководных “черных курильщиков”) или в значительной степени (экосистемы мелководных гидротерм) бактериохемотрофной ассимиляцией энергии из гидротермальных источников. Работы эти только начаты. Сравнение эволюционной, биогеографической и экоценотической динамики в эндогенных и экзогенных (фотосинтезирующих) экосистем позволит ответить на широкий круг вопросов: от происхождения и ранних стадий существования биосферы, до эволюции симбиотрофии и экстремофильности в различных таксонах.

Наконец, крайне интересно было бы проследить эволюцию биокосных тел – почв, илов, сапропелей - в масштабе эволюции биосферы, а также их коэволюцию с человеческой цивилизацией. В рамках Программы № 25 уже получены интересные, но фрагментарные данные. Так, показано, что контакт туфов (лав) и воды в вулканических областях является крайне благоприятной зоной для развития бактериальных сообществ. Поэтому тот факт, что древнейшие породы Земли сложены в основном вулканогенными толщами, не должен служить препятствием для существования и обнаружения каких-либо форм жизни на Земле. Получены совершенно новые данные о ранних этапах эволюции наземных грибов – важнейшего компонента почвенной биоты – и их симбиоза с наземными растениями. Проведены комплексные исследования погребенных палеопочв различного возраста – от плейстоцена до Средневековья.

Итак, задачи, поставленные в рамках предлагаемой программы, имеют фундаментальный характер и исключительно высокую актуальность для современного естествознания. В настоящее время в институтах – участниках программы – имеются связанные между собой коллективы единомышленников, умеющих ставить проблемы на стыке наук и решать их комплексно, используя взаимодополняющие методы различных дисциплин. Таким образом, в наличии имеется существенный задел, и работоспособные коллективы исследователей. Все это говорит о необходимости продолжения Программы «Происхождение и эволюция биосферы». Подобного рода работа, с учетом ее масштабов и комплексного междисциплинарного характера, может быть выполнена только в рамках программы фундаментальных исследований Президиума РАН, в которой будут принимать участие институты Отделения Наук о жизни, Отделения химии и наук о материалах, Отделения наук о Земле и Отделения историко-филологических наук. Помимо выполнения важных исследовательских проектов работы в рамках предлагаемой программы позволят усилить координацию между научными центрами России и наладить широкие связи за рубежом, поддержать сложившиеся научные школы, готовить и закреплять в отечественной науке кадры молодых специалистов.

С учетом вышеизложенного, в рамках настоящего проекта предполагается проведение исследований по следующим направлениям:
1. Филоценогенез. Экосистемно-биоценотическая организация и влияние климата на ее эволюцию. Руководители - ак. Ю.И.Чернов (lsdc@mail.ru), д.б.н. С.В. Рожнов (rozhnov@paleo.ru)
2. Гео-биологическая эволюция. Руководители - ак. Н.Л. Добрецов (dobr@uiggm.nsc.ru), ак. А.Ю.Розанов (aroza@paleo.ru)
3. Палеобиология докембрия. Руководители - ак. Г.А. Заварзин (zavarzin@inmi.host.ru), ак. А.Ю. Розанов (aroza@paleo.ru).
4. Микробная биосфера. Руководители - ак. Г.А. Заварзин (zavarzin@inmi.host.ru), ак. А.Ю. Розанов (aroza@paleo.ru).
5. Генетические факторы эволюции. Руководители -ак. В.В. Власов (vvv@niboch.nsc.ru), ак. Н.А. Колчанов (kol@bionet.nsc.ru), ак. А.С. Спирин (spirin@vega.protres.ru).
6. Минералогия и жизнь. Руководители - чл.-корр. А.М.Асхабов (xmin@geo.komisc.ru), ак. Н.П. Юшкин (yushkin@geo.komisc.ru).
7. Абиогенный катализ реакций органических веществ. Руководитель — ак. В.Н Пармон (parmon@catalysis.nsk.su)

С учетом междисциплинарного характера исследований, которые будут проводиться в рамках настоящей Программы, в ее выполнении будут участвовать институты РАН и научные коллективы университетов России, работающие в области наук о жизни, наук о Земле, химических наук, математики и информатики, и гуманитарных наук:

ИПЭЭ РАН, ИФХиБПП РАН, БИН РАН, ИБМ ДВО РАН, ТИГ ДВО РАН, БПИ ДВО РАН, ИЭРиЖ УрО РАН, ПИН РАН, ЗИН РАН, ИГ Коми НЦУрО РАН, ИГиМ СО РАН, ИНГГ СО РАН, Институт геологии и геохимии УрО РАН, КарНЦ, ИНМИ РАН, ИФХиБПП РАН, ИФПБ РАН, ИГГД РАН, С-Пб НЦ, ИОГен РАН, ИЦиГ СО РАН, Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, ИК СО РАН,ИрИХ СО РАН,НИОХ СО РАН, ИЗМИ РАН.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ Комплексная программа Президиума РАН Подпрограмма II


© ИЦиГ СО РАН
DESIGN.............................ANDREY KHARCHEVICH
WEBMASTER.....................EKATERINA DENISOVA