Арктика имеет одну из самых хрупких экосистем на нашей планете. Несмотря на суровые условия, регион служит домом для многочисленных животных и птиц. По различным данным, в Арктике обитают более 400 видов птиц, свыше 70 видов млекопитающих и более 20 тысяч видов растений, грибов и микроорганизмов.
Ввиду суровых условий и зачастую экстремально низких температур многим животным пришлось адаптироваться под климатические условия региона. Такие поведенческие и физиологические адаптации делают животных Арктики не приспособленными к жизни на других территориях, а значит, встретить в естественной среде обитания их можно исключительно в высоких северных широтах.
Текущие накопленные знания человечества об экосистеме Арк-тики хоть и являются достаточно обширными, однако далеко не полными. В большинстве случаев требуются новые оперативные данные, в связи с чем актуальными становятся научные экспедиции в регион, которые организуются в том числе при поддержке крупного бизнеса.
Компания «Роснефть» предметно занимается такой работой уже более 12 лет. За это время было проведено уже более полусотни экспедиций, получены целые терабайты ценных научных данных, сделано множество уникальных открытий. И вот на днях нефтяная компания объявила о запуске новой инициативы, которая касается животных региона, — создание генетических банков данных живых организмов Арктики.
Геномы животных
Уникальный проект по созданию базы геномных данных животных Российской Арктики запущен «Роснефтью» совместно с негосударственным институтом развития «Иннопрактика» и Центром полногеномного секвенирования. Информация необходима для долгосрочного планирования устойчивого развития региона и сохранения его хрупких экосистем.
Ученые исследуют их эволюцию и особенности, изучают степень антропогенного влияния на экосистемы и просчитывают возможности смягчения потенциальных угроз.
Стоит отметить, что за последние годы в мире было инициировано множество проектов по анализу геномных данных, в том числе млекопитающих, однако инициатива по изучению геномов организмов Российской Арктики будет реализована впервые.
В рамках первого этапа специалисты по различным таксономическим группам проанализируют биологическое разнообразие Арктики и выберут наиболее ценные для изучения виды.
.jpg)
В числе первоочередных работ нового проекта «Роснефти» — сборка полного генома белого медведя, которую проведут сотрудники Центра полногеномного секвенирования. Быстро и качественно обрабатывать огромные массивы информации и получать наиболее точные данные позволит высокопроизводительный вычислительный суперкомпьютер, который входит в топ-20 самых мощных устройств в России.
Для формирования дорожной карты нового проекта и определения приоритетных направлений исследований к участию привлечены также специалисты МГУ имени М.В. Ломоносова и других ведущих научно-исследовательских институтов страны.
С помощью новейших генетических технологий ученые изучат механизмы видообразования и способности арктических животных адаптироваться к суровым природным условиям, уточнят таксономический статус отдельных видов, а также разработают рекомендации по мониторингу состояния арктических экосистем.
Многолетние исследования
Новая экологическая инициатива — часть комплексной научно-исследовательской программы «Роснефти» в Российской Арктике. Арктический научный центр нефтяной компании реализует самую масштабную с советских времен программу изучения региона — с 2012 года проведено более 50 комплексных экспедиций, организованы беспрецедентные по географическому охвату гидрометеорологические, геологические, биологические исследования.
На протяжении многих лет «Роснефть» занимается изучением ключевых видов — биоиндикаторов арктических экосистем. Среди них в первую очередь белый медведь, атлантический морж, дикий олень и белая чайка. Эти виды были выбраны неслучайно — по состоянию их популяции можно делать выводы о балансе всей арктической экосистемы. И эта информация является важнейшим ключом к пониманию фундаментальных процессов, связанных с изменением климата, которые формируются в Арктическом регионе.
В процессе изучения животных исследователи проводят съемку животных, подсчеты, замеры и наблюдение за ними. На некоторых особях закрепляют GPS-маячки для отслеживания маршрутов передвижения и миграции.
Кроме того, «Роснефть» тщательно изучает ледовый покров Арктики. Исследования исключительно важны, поскольку морской лед влияет не только на судовождение, но и на жизнь арктических обитателей. За последние почти 14 лет «Роснефть» провела около трех десятков комплексных научно-исследовательских экспедиций на обширных территориях — от Баренцева до Охотского моря. За этот период были получены уникальные данные по ледовым, гидрометеорологическим, инженерно-геологическим и экологическим условиям арктических морей России, впервые проведен комплекс работ по изучению морского льда и ледяных образований на акватории всей Российской Арктики.
Экспедиции «Кара-Зима-2015» и «Кара-Лето-2016» стали самыми крупными арктическими исследованиями в новейшей истории России. Среди важнейших достижений — открытие аномально прочного льда. Исследования в Хатангском заливе в 2016-2018 годах показали, что лед на мелководье в зоне смешения речных и морских вод обладает аномально высокой прочностью, превышающей в 1,5-2 раза прочность речного и морского льда.
Помимо льда и животных ученые в Арктике также исследуют так называемый керн. По своей сути керн — это образец цилиндрической формы, извлекаемый из специальной скважины при бурении, являющийся чем-то подобным пирогу из подземных пород. Фактически керн является каменной летописью истории нашей планеты. Силами Арктического научного центра, который входит в «Роснефть», с 2020 года реализуется также проект по стратиграфическому изучению пород в арктических морях.
Добытый ценный каменный материал служит прямым источником геологической информации, необходимой для определения возраста, состава и условий формирования пород шельфа Арктики. Комплексные исследования керна ведут специалисты компании «Иннопрактика» в лабораториях геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
.jpg)
Новый этап познания
Проводимые экспедиции беспрецедентны по своим масштабам. Изучение акватории северных морей, морского дна, прибрежной зоны, ледников и айсбергов, а также животных-биоиндикаторов позволило собрать уникальный массив информации о климатических особенностях, природе и животном мире Арктики.
В феврале «Роснефть» презентовала новую программу по изучению и сохранению видов — биоиндикаторов Арктического региона. В рамках исследований, которые будут проводиться до 2027 года, нефтяной компанией запланировано изучение популяций белого медведя и дикого северного оленя на севере Красноярского края, составление карт экологической чувствительности берегов Енисейского залива и прилегающей акватории Карского моря, а также оценка условий обитания ценных видов рыб в устье Енисея. Ученые впервые проведут авиаучет белых медведей для оценки состояния карской субпопуляции — этих данных на сегодняшний день нет.
«Перепись» животных пройдет с применением самого современного оборудования: облеты будут совершать одновременно два самолета-лаборатории, оснащенные тепловизорами нового поколения, а обработать аэросъемку в видимом и инфракрасном спект-ре поможет программное обеспечение с искусственным интеллектом. Также ученые опробуют прототип новейшего спутникового передатчика, предназначенного для отслеживания перемещений медведей, их активности и сезонной миграции.
Центр секвенирования
Изучение геномов животных Арк-тики — не первый совместный проект «Роснефти» и Центра полногеномного секвенирования. Центр был создан в рамках реализации Федеральной программы развития генетических технологий, технологическим партнером которой является «Роснефть». Он является научной площадкой для поиска и внедрения новейших решений в области генетики, оснащен передовым оборудованием, собственной инженерной и IT-инфраструктурой.
Основная задача Центра — расшифровка и систематизация геномов (или их секвенирование) россиян для выявления предрасположенностей к тяжелым генетическим заболеваниям. По итогам уже ведущегося масштабного добровольного исследования будет создана база данных ДНК 100 тысяч россиян — беспрецедентного для России объема данных. Генетическая инициа-тива получила название «100 000+Я», и она реализуется при поддержке «Роснефти».
Обширная выборка нужна для создания «генома сравнения» — обобщенного генома здоровых людей. Это своего рода эталон, который в сравнении с показателями конкретного человека позволит гораздо точнее и быстрее определять причину того или иного недомогания, выявлять индивидуальные особенности организма, давать рекомендации по лечению и образу жизни. Другими словами, в результате проекта «Роснефти» в нашей стране появится научный инструмент, используя который врачи смогут существенно продвинуться в диагностике серьезных заболеваний, разработке новых подходов к терапии и создании лекарственных препаратов. Инициатива даст мощный импульс отечественной медицине, станет серьезным подспорьем в реальной врачебной практике.
Полученные образцы проходят процедуру полногеномного секвенирования, то есть ученые прочитывают и анализируют всю информацию, содержащуюся в ДНК. Достичь впечатляющих результатов удается благодаря комбинированию двух научных методов — секвенирования короткими прочтениями с высокой точностью и секвенирования длинными прочтениями с возможностью обнаружения перестроек геномной ДНК.
Научный коллектив Центра собран из опытных генетиков и биоинформатиков, а также лучших выпускников магистерской программы «Геномика и здоровье человека». Эта программа была разработана «Роснефтью» и запущена с 2020 года на базе биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. В 2022 году состоялся первый выпуск молодых ученых — высококлассных специа-листов в области высокопроизводительного секвенирования и биоинформатического анализа его результатов.
