Ekologijos ir aplinkotyros (N 012) mokslo kryptis

Agnė Bučaitė

Kęstutis Katilius

Austė Kuprevičiūtė

Agnė Bagušinskaitė

Vytautas Račkauskas

Ekspertinės žinios apie geluoninius plėviasparnius vabzdžius, jų ekologiją, elgseną, mitybinius ryšius ir ekosistemines funkcijas, taip pat gebėjimas identifikuoti jų rūšis šiuolaikiniais metodais yra aktualus, nes:

• šie vabzdžiai teikia augalų apdulkinimo ar kenkėjų kontrolės ekosistemines paslaugas, svarbias tiek natūralioms, tiek ir žemės ūkio ekosistemoms;
• ES Žaliojo kurso programoje akcentuojamas apdulkintojų nykimas, o šalys-narės įsipareigoja vykdyti jų populiacijų būklės stebėseną, kuriai būtinas gebėjimas identifikuoti jų rūšis;
• plėviasparnių geluonies nuodų sąstatas specifiškas jų rūšims, todėl įgėlusio vabzdžio tikslus identifikavimas svarbus alergologiniu požiūriu.

Tyrimams bus pasirinktos rūšys su jau žinomu molekuliniam identifikavimui (barkodingui) naudojamo COI-5′ žymens kintamumu. Bus ištirti jų kutikulės angliavandenilių (CHC) sąstato požymiai, pagal kurį atpažįstamas partnerio konspecifiškumas, grobis, šeimininko lizdas bei kleptoparazitų lankymasis jame. Naudojant šias rūšis kaip modelį, bus tikrinamos hipotezes:

1. COI-5′ kintamumas kongruentiškas su kitų DNR žymenų bei CHC spektro politipiškumu, tad rodo slapią rūšiadarą (bus patikrinta naudojant rūšių delimitavimo algoritmus ir filogenetinius atstumus; rezultatas svarbus rūšių-antrininkių identifikavimui);
2. COI-5′ ir CHC kintamumas susijęs su ekologinėmis šeimininko – kleptoparazito sąveikomis ir chemine mimikrija (bus įvertintas skirtingų parazitoidų gebėjimas atpažinti skirtingų šeimininko mitotipų CHC; rezultatas svarbus rūšių ekologijos ir sympatrinės rūšiadaros mechanizmų supratimui);
3. COI-5′ ir CHC kintamumas sąlygotas atskirų populiacijų adaptacijos antropogeninei aplinkai (bus patikrinti skirtumai tarp populiacijų iš pusiau natūralių ir antropogeninių ekosistemų; rezultatas svarbus apdulkintojų apsaugai).

Baltasis gandras (Ciconia ciconia) yra ekologiškos, gyventi sveikos aplinkos ir tausojančio žemės ūkio indikatorius. Tai yra saugoma paukščių rūšis – įrašyta į Europos Sąjungos Paukščių direktyvos pirmąjį priedą, kuriame esančių paukščių rūšių apsaugai Europoje yra skiriamas ypatingas dėmesys. Lietuvoje perinti baltojo gandro populiacijos dalis yra bene tankiausia ir viena gausiausių visame rūšies areale. Intensyvus antropogeninis poveikis (pokyčiai žemės ūkyje, kraštovaizdžio fragmentų proporcijų pokyčiai, šlapžemių naikinimas, vėjo jėgainių ir aukštos įtampos elektros oro linijų plėtra) daro neigiamą poveikį baltiesiems gandrams perimvietėse ir migracijos kelyje. Nuo mitybinių buveinių kokybės priklauso visos populiacijos ir atskirų individų išgyvenamumas ir veisimosi kokybė. Baltasis gandras yra tolimasis migrantas. Globali klimato kaita daro įtaką paukščiams, ypač – tolimiesiems migrantams: gali kisti populiacijos gausumas, arealo ribos.

Baltųjų gandrų mitybinių buveinių tyrimai perimvietėse, sustojimo vietose migracijos metu ir žiemavietėse yra labai svarbūs nustatant priežastingumą tarp populiacinių parametrų pokyčių ir buveinių naudojimo specifikos bei antropogeninių ir natūralių veiksnių poveikio.

Bus nustatyti baltųjų gandrų mitybinių buveinių naudojimo ypatumai metiniame cikle: perimvietėse, migracijos metu ir žiemavietėse analizuojant telemetrinius duomenis, gautus sužymėjus baltuosius gandrus GPS siųstuvais (duomenys Paukščių ekologijos laboratorijoje kaupiami nuo 2016 metų). Bus nustatytas baltųjų gandrų, gausumas, erdvinis pasiskirstymas, perėjimo sėkmingumas tyrimų teritorijoje ir juos įtakoję veiksniai. Bus nustatytos baltųjų gandrų perėjimo buveinių charakteristikos. Bus nustatytas ryšys tarp mitybinių buveinių naudojimo ypatumų metiniame cikle ir populiacinių parametrų.

Darbe dėmesys bus skiriamas dviem dabartinės virusų ekologijos mokslo srities problemoms spręsti: i) žinių trūkumo apie šeimininko vidurūšinės įvairovės ir populiacijos struktūros (kaip fenotipinio plastiškumo aspekto) svarbą virusų adaptacijai ir evoliucijai užpildymui, ir ii) individualių porinių virusų ir ląstelių-šeimininkių sąveikų (angl. pairwise virus-host interactions) apjungimas ir integracija į daugybinių porinių virusų ir ląstelių sąveikos (angl. multiple pairwise virus-host interactions) modelius. Abi šios virusų ekologijos problemos tiesiogiai siejasi su biologinės įvairovės ir jos kaitos geresniu supratimu, todėl yra svarbios ne tik moksliniu-fundamentiniu, bet ir praktiniu, biologinės įvairovės išsaugojimo aspektu. Taigi, siūloma doktorantūros tema taip pat atitinka ir ES biologinės įvairovės strategijos tikslus ir gali būti naudinga kuriant priemones kurios įgalintų būtinus pokyčius siekiant atstatyti pažeistas/nykstančias ekosistemas (pvz. Vandens telkinių, kurie dėl klimato kaitos sukeltų padarinių patiria vis ilgėjančius ir didesnius melsvabakterių„žydėjimus“). Atsižvelgiant į darbų apimtį ir numatytą sugeneruoti trečios kartos sekoskaitos duomenų kiekį, šis darbas bus vienas išsamiausių iki šiol atliktų gėlavandenių cianofagų įvairovės ir evoliucijos tyrimų. Galutiniai šio doktorantūros projekto produktai – naujos žinios, sekoskaitos duomenų rinkiniai ir eko-evoliucinis modelis – taps svarbiais informacijos apie gėlavandenius cianofagus šaltiniais ir sudarys pagrindą tolimesniems moksliniams darbams bei aplinkos apsaugos specialistų gebėjimui aptikti ir prognozuoti rūšių tarpusavio sąveikos nulemtus ekosistemos bioįvairovės ir funkcionavimo pokyčius. Virusų evoliucijos greitis, taigi ir jų biologinė ir funkcinė įvairovė, tiesiogiai priklauso nuo genotipuispecifiškų sąveikų tarp virusų ir ląstelių-šeimininkių. Todėl galima teigti, kad didesnė vidurūšinė šeimininko genetinė įvairovė, t.y. skirtingų infekcijai jautrių ir atsparių genotipų kiekis populiacijoje, turėtų lemti daugiau specifinių porinių genotipo lygmens ląstelių sąveikų su virusais, o tai turėtų skatinti genetinę virusų diversifikaciją ir didinti jų adaptacinį potencialą. Ir atvirkščiai, kloninė šeimininko populiacija turėtų veikti kaip stiprus selekcijos veiksnys ribojantis virusų diversifikaciją ir naujomis biologinėmis savybėmis pasižyminčių variantų radimąsi. Žinoma, kad melsvabakterių aktyvaus vystymosi metu populiacijos struktūra kinta nuo daugybės ko-egzistuojančių genotipų „žydėjimo“ pradžioje iki kloninės populiacijos intensyviausioje „žydėjimo“ fazėje. Kartu su genetiniais vyksta ir fenotipiniai melsvabakterių populiacijos pokyčiai: pavienės ląstelės, kurios vyrauja ankstyvose „žydėjimo“ stadijose, agreguojasi į kolonijas intensyviausioje „žydėjimo“ stadijoje. Tai keičia populiacijos struktūrą iš laisvai susimaišiusių pavienių ląstelių į erdviškai struktūruotą darinį, su savitu mikrobiomu ir specifinėmis ekologinėmis sąveikomis įtakojančiomis virusų paplitimą ir įvairovę. Kaip minėti genetiniai ir fenotipiniai melsvabakterių populiacijos pokyčiai lemia šias melsvabakteres infekuojančių virusų (cianofagų) įvairovę iki šiol nėra žinoma. Todėl, pasitelkiant ekologiniu požiūriu svarbių, vandens „žydėjimus“ gėluose vandens telkiniuose sukeliančių melsvabakterių Microcystis aeruginosa ir jas infekuojančių cianofagų, viruso- šeimininko sistemas ir natūralių M. aeruginosa „žydėjimų“ stebėjimus, šiame darbe sieksime nustatyti ryšį tarp Microcystis cianofagų įvairovės ir melsvabakterės Microcystis aeruginosa vidurūšinės genetinės ir fenotipinės variacijos.

Uždaviniai: nustatyti cianofagų genetinės diversifikacijos greitį ir pobūdį skirtingomis viruso ir ląstelių šeimininkių ko-egzistavimo sąlygomis. To bus siekiama atliekant ko-evoliucinius eksperimentus ir infekcijos efektyvumo analizę, naudojant skirtingus turimų melsvabakterių M. aeruginosa ir Microcystis cianofagų kamienus ir keičiant pradines infekcijos ir ko-kultivavimo sąlygas, bei lyginamosios genomikos pagalba analizuojant mutacijų, genomų persitvarkymų ir rekombinacijos dažnius. Ištirti Microcystis cianofagų bendrijos kaitos priklausomybę nuo M. aeruginosa populiacijos struktūros ir gausumo. Tai bus daroma analizuojant melsvabakterių žydėjimų metagenominius ir pavienių ląstelių/kolonijų DNR sekoskaitos duomenis. Ištirti geografinės izoliacijos vaidmenį Microcystis cianofagų paplitimui ir įvairovei. Tai bus daroma atliekant kryžminės infekcijos eksperimentus, naudojant Microcystis cianofagų ir Microcystis melsvabakterių kamienus, izoliuotus iš skirtingų geografinių vietovių (Australijos, Azijos, Europos, JAV). Praplėsti žinias apie Microcystis cianofagus. To bus siekiama izoliuojant naujus Microcystis melsvabakteres infekuojančius cianofagus ir analizuojant viromų duomenis. Šis darbas peržengs šiandieninių vandens virusų ekologijos srityje vykdomų tyrimų ribas, nes: i) integruos vidurūšinės įvairovės aspektus į viruso-šeimininko sąveiką ir dinamiką, ii) taikys bendrijos/mikrobiomo koncepciją tiriant daugybinę porinę viruso-melsvabakterės ko-evoliuciją, ir iii) įtrauks geografinės populiacijų atskirties aspektą į cianofagų lokalios adaptacijos tyrimus

Gėlavandeniai, į grybus panašūs stramenopiliniai heterotrofai, anksčiau žinomi kaip oomicetai, yra plačiai paplitę ežeruose, upėse ir kituose vandens telkiniuose, įskaitant žuvų ūkių tvenkinius. Dauguma šių organizmų priklauso Saprolegniales eilei (Oomycota, Stramenopila) ir paprastai gyvena kaip saprotrofai ardydami negyvų augalų liekanas ar kitą organinę medžiagą, tačiau kai kurios rūšys gali infekuoti įvairias žuvis, vėžiagyvius ir varliagyvius, sukeliant jų ligas – mikozes. Lietuvoje buvo tik vienas pranešimas apie S. parasitica sukeltus saprolegniozes ligos protrūkius atviruose žuvų tvenkiniuose su lašišoms, šlakiais ir vaivorykštiniais upėtakiais (Markovskaja et al., 2024), tačiau duomenų apie jų paplitimą ir įvairovę laukinėse buveinėse yra labai nedaug. Oomikotams, ypač patogenams, būdingas didelis morfologinis ir genetinis kintamumas, padedantis jiems prisitaikyti prie besikeičiančios aplinkos ir taršos, tai apsunkina rūšių teisinga identifikavimą. Tikslus rūšių nustatymas, ypač patogeninių arba potencialiai patogeninių, yra labai svarbus kontroliuojant infekcijos atsiradimą bei kovojant su žuvų ir vėžių mikozių protrūkiais. Mažai duomenų yra apie oomikotų ekologiją ir sąveiką su kitais vandens organizmais natūraliuose vandens telkiniuose. Šių organizmų taksonomijoje taip pat daug neaiškumo, NCBI Genų banke yra daug klaidingai priskirtų įvairiems taksonams sekų. Dauguma genčių ir rūšių anksčiau buvo aprašyti tik pagal morfologiją ir iki šiol neturi jokių molekulinių duomenų, patvirtinančių rūšies identitetą. Dėl daugybės neteisingai identifikuotų rūšių ir jiems priskirtu sekų NCBI duomenų bazėse, BLAST paieška gali būti naudojama tik kaip pagalba preliminariam identifikavimui. Reikalinga Saprolegniales eiles genčių revizija, rūšių identiteto patikslinimui reikia atlikti palyginamąją morfologinę ir filogenetinę analizę. Planuojamas darbas bus sutelktas į oomikotų įvairovės ir taksonomijos tyrimus, jų bendrijų sudėties nustatymą, ekologiją, sąveiką su kitais organizmais įvairiose natūraliose gėlo vandens telkiniuose. Ypatingas dėmėsys bus skiriamas potencialių žuvų patogenų įvairovės bei jų morfologinio ir genetinio kintamumo išaiškinimui. Gauti duomenys papildys gėlavandenių, į grybus panašių stramenopilų (Oomycota) įvairovės, geografinio paplitimo ir ekologijos duomenis. Molekuliniai tyrimai papildys stramenopilų NCBI Genų banko rDNR ITS regiono sekų duomenis, reikalingus plataus masto atskirų genčių taksonominei revizijai. Tikėtina, jog bus nustatytos ir aprašytos naujos rūšys. Šis tyrimas suteiks naujos informacijos apie vandens mikobiotos bendrijų struktūrą, sezoninius pokyčius, funkcionavimą ir reikšmę reguliuojant gėlo vandens ekosistemų stabilumą.

Lietuvoje priskaičiuojama apie pusantro tūkstančio piliakalniais įvardijamų vietų (Zabiela, 2005). Kultūros paveldo departamento prie Kultūros ministerijos duomenimis Lietuvoje šiuo metu registruota 931 piliakalnis, iš kurių valstybės saugomų objektų statusą turi 209 (Kultūros vertybių registro suvestinė, 2024). Kadangi dauguma piliakalnių, esančių konservacinės paskirties žemėje, yra prižiūrimi valstybinių parkų direkcijų, jiems neleidžiama užželti krūmais ar mišku, todėl ten formuojasi pakankamai tvarios atviros buveinės, turtingos tokiomis naudojamųjų augalų rūšimis, kaip vaistiniai ir aromatiniai augalai bei kultūrinių augalų laukiniai gentainiai. Toks būdas, kai saugant tam tikrus objektus (šiuo atveju – archeologinio paveldo objektus – piliakalnius), nepatenkančius į valstybės saugomų teritorijų tinklą, išsaugomi ir biologinės įvairovės ištekliai in situ, neseniai pripažintas tarptautiniu mastu kaip aktuali specifinė koncepcija – kitos efektyvios teritorija grįstos išsaugojimo priemonės (angl. ‘Other effective area-based conservation measures’ – OECM) (CBD, 2018). Nors naudojamosios floros tyrimai Lietuvos piliakalniuose dar yra pradinėje fazėje, tačiau jau dabar galima prognozuoti jų perspektyvumą. Planuojant tikslinių rūšių išteklių išsaugojimą konservacinėse piliakalnių teritorijose didele dalimi išvengiama interesų konfliktų, kurie būdingi miško ar žemės ūkio paskirties žemių atvejais. Be to, žymiai padidėja kai kurių tikslinių rūšių populiacijų įvairovės aprėptis.

            Vienas iš pagrindinių tikslų vykdant šią tematiką – įvertinti šalies mastu, kokios naudojamųjų augalų rūšys ir kokiomis jų išteklių/populiacijų apimtimis gali būti efektyviai išsaugotos piliakalniuose. Šie tyrimai prisidėtų prie biologinės įvairovės išsaugojimo strategijos įgyvendinimo Lietuvoje, visapusiškesnio šalies naudojamųjų augalų floros įvertinimo ir šių išteklių panaudojimo galimybių pagerinimo.

Dirvinė mėta (Mentha arvensis, Lamiaceae), paplitusi Eurazijos vidutinių platumų klimato regionuose, yra ir piktžolė, ir vaistinis augalas, iš kurios antžeminės dalies išskirtas eterinis aliejus yra įtrauktas į Europos farmakopėją (European Pharmacopoeia, 2024). Šios rūšies augalai šliaužiančiais, gausiai šakotais šakniastiebiais gali intensyviai plisti vegetatyviniu būdu arimuose kaip piktžolė ir per požeminių dalių į dirvožemį išskiriamus alelopatiškai aktyvius biocheminius junginius veikti kaimynių augalų augimą bei vystymąsi. Dėl generatyviniam dauginimuisi būdingo moteriškojo dvinamiškumo (angl. gynodioecy) ir intensyvaus vidurūšinio kryžminimosi, dirvinei mėtai būdinga ne tik didelė vidurūšinė morfologinių ir anatominių požymių įvairovė, bet ir cheminis polimorfizmas. Dirvinė mėta yra pagrindinis natūralios kilmės mentolio, plačiai naudojamo maisto, farmacijos ir kt. pramonės šakose, šaltinis. Šis junginys gali sudaryti net iki 80 % dirvinės mėtos eterinio aliejaus, tačiau žvalgomųjų ir dar neskelbtų tyrimų duomenimis Lietuvoje augančiuose šios rūšies augaluose mentolis nenustatytas. Polimorfizmui nemažos įtakos turi aplinka, kurioje augalas auga. Todėl darbo tikslas būtų ištirti dirvinės mėtos polimorfizmo sąsajas su aplinkos sąlygomis, nustatant kokie dirvinės mėtos chemotipai paplitę Lietuvoje ir kaip paplitimas priklauso nuo aplinkos. Taip pat bus siekiama nustatyti dirvinės mėtos skirtingų chemotipų alelopatines savybes.

Cheminė tarša yra vienas iš globalių antropogeninių veiksnių spartinančių biologinės įvairovės nykimą. Dabartiniai aplinkos monitoringo ir vertinimo metodai yra orientuoti į cheminius ir ekologinius matavimus, o jų sąsajos, t. y. biologinis poveikis, iš esmės yra mažai tiriamas. Cheminės būklės įvertinimas neužtikrina atitikties Jūrų strategijos pagrindų direktyvos (JSPD) 8 aprašui, kuris aprašo pagrindinius reikalavimus siekiant geros jūrų ekosistemų aplinkos būklės. Galiojantys ES reglamentai, tokie kaip JSPD ir Buveinių direktyva, jau yra peržiūrimi, pabrėžiant integruotos cheminės ir biologinės stebėsenos ir vertinimo sistemos poreikį. Siekiant atskleisti cheminio-biologinio monitoringo integracijos potencialą, disertacijos tyrimų metu bus tiriamas cheminės taršos poveikis vandens ekosistemoms, t. y. tiesiogiai rūšių sveikatai. Tyrimai bus atliekami su Atlantine lašiša ir šlakiu, siekiant nustatyti jų kaip modelinių rūšių pritaikymą cheminio-biologinio monitoringo vertinime, darant prielaidą, kad šios migruojančios žuvys gali pasižymėti dideliu potencialu atspindėti kaupiamąjį ir sinergetinį aplinkos taršos poveikį. Tyrimų metu bus atliekami žuvų citogenetinių, biocheminių, hematologinių, populiacijų parametrų ir biologinių rodiklių tyrimai, siekiant įvertinti žuvų sveikatos būklę neršto migracijos laikotarpiu. Siekiant tolimesnių tyrimų metu identifikuoti individus bei stebėti tiriamųjų biožymenų pokyčius laike, sugauti individai bus ženklinami vidiniais RFID (angl. radio – frequency identification) žymekliais. Tyrimų metu bus nustatyti aplinkos taršos poveikio ankstyvųjų genetinių biožymenų signalai, atlikti palyginamieji tyrimai tarp šių biožymenų atsakų skirtingose Lietuvos upėse, nustatyti citogenetinių biožymenų kontroliniai/foniniai lygiai indikatorinėse lašišinių žuvų rūšyse, kuriais remiantis bus galima vykdyti aplinkos būklės vertinimą/stebėseną. Šie tyrimai gali paskatinti biologinių efektų vertinimo įtraukimą atliekant vandens ekosistemų cheminės būklės monitoringą, kas leistų geriau suprasti priežasties ir pasekmės ryšius tarp aplinkos taršos (kaip priežastinio veiksnio) ir biologinės įvairovės bei ekologinės būklės pokyčių. Tyrimai suteiktų pagrindą naujų kriterijų taikymui, praktinių rekomendacijų biologinio poveikio vertinimo parengimui bei prisidėtų prie metodologinės pažangos vertinant vandens ekosistemų būklę.

Moksliniu ir aplinkos apsaugos požiūriu svarbus yra supratimas apie tai, kaip aplinkos veiksniai bei poveikiai, tame tarpe antropogeniniai, gali veikti upių hidrologiją, jų vandens kokybę ir susijusias upės baseino ekosistemas. Šiuo metu yra padidėjęs susidomėjimas avarinių išmetimų iš Baltarusijos atominės elektrinės (AE) galimybėmis, tokių atvejų grėsmėmis ir aplinkos atsaku į jas. Nors staigių didelio poveikio žmogui ir aplinkai incidentų atominėse elektrinėse tikimybė yra maža, tačiau jie, kai įvyksta, gali sukelti pasekmių dėl staigių ir stiprių destruktyvių savybių. Šio darbo tikslas būtų sukurti prognozinį Neries upės modelį, skirtą įvertinti galimus avarinius staigios vandens taršos įvykius, su kuriais turime išmokti gyventi, bent jau pagrįstai moksliniu požiūriu suvokti tokių įvykių pasekmes. Taip pat remiantis vandens sistemos izotopiniais tyrimais, sukurti dinaminį taršos šaltinių sekimo modelį, kuris galėtų apibūdinti ryšį tarp vandens sistemos ir rizikos šaltinio.
Upių sistemos yra labai sudėtingos, todėl modeliavimas yra viena iš svarbių priemonių, galinčių parodyti skirtingų įvykių poveikį, esant skirtingoms sąlygoms. Sukurtas vandens kokybės rizikos vertinimo modelis būtų veiksminga priemonė sistemingai kiekybiškai įvertinti atsitiktinę neapibrėžtį dėl procesų upės sistemoje, taip pat suteiktų informaciją, priimant sprendimus dėl staigios vandens taršos kontrolės, nustatant kritinius taršos šaltinius ir kiekius. Darbo įgyvendinimui būtų naudojami izotopinių tyrimų metodai bei šiuolaikinė modeliavimo programa.
Tričio pernešimo vandens ekosistemose svarba buvo pabrėžta Kanadoje ir Prancūzijoje atliktuose tyrimuose (CNSC 2010, ASN 2010). Transporto modelio kalibravimas pagal tričio duomenis upėse ir požeminio vandens amžiaus modeliavimas buvo atliktas vakariniame Taupo ežero baseine, Naujojoje Zelandijoje (Gusyev et al. 2013). Norėdami geriau suprasti HTO srautą iš paviršinio vandens į orą buvo atliktas modeliavimas tričio srauto iš vandens sistemos į atmosferą (Marang et al. 2011). Požeminio vandens iškrovos į upę modeliavimas, remiantis radono masės balansu, paremtu tričio duomenimis buvo atliktas Elbės upėje, Vokietijoje (Schubert et. al 2020). Akivaizdu, kad vandens sistemų apibūdinimas yra svarbus klausimas, kuris aktualus kaip statant naujas atomines elektrines ir nutraukiant senųjų AE eksploatavimą. Transporto modeliai realizuoja matematinį radionuklidų judėjimo tam tikrame aplinkos komponente (ore, paviršiniame vandenyje, požeminiame vandenyje, biotoje) aprašymą, kurių tikslas prognozuoti radionuklidų koncentraciją tam tikrame aplinkos komponente. Lietuvoje vandens sistemų tyrimai taikant modeliavimo priemones atliekami dažniausia požeminio vandens atžvilgiu. Daug darbų buvo skirta poveikio aplinkai vertinimui susijusiu Ignalinos AE veika atliekant aplinkos, požeminio vandens ir paviršinio vandens izotopinius tyrimus (Jakimavičiūtė-Maselienė et al. 2012; Vaitkevičienė et al. 2013; Mažeika et al. 2013; Jefanova et al. 2018;). Nemažai darbų skirta Baltijos artezinio baseino požeminio vandens formavimosi ypatumams nagrinėti (Vaikmäe et al., 2001; Cheban, 1966; Mokrik and Vaikmäe, 1988, Mokrtik et al. 2014; Mokrik and Samalavičius, 2021). Tyrimai apima įvairius aspektus paleohidrogeologija, kilmės klausimus ir formavimosi scenarijus. Labai svarbu eksperimentiniais ir modeliavimo metodais nagrinėti ir suprasti branduolinių objektų aplinkoje vykstančius pernašos procesus. Dėl tričio judrumo hidrologiniame cikle ir gerai žinomos koncentracijos atmosferoje, labai svarbu atlikti tričio matavimus vandens telkiniuose, esančiuose aplink branduolinius objektus, ir panaudoti duomenis aplinkos kokybei ir rizikos vertinimui.

Grafeno ir geležies pagrindu pagaminti nanokompozitai, dėl jų funkcinių ir magnetinių savybių bei pritaikomumo biotechnologijų ir nanomedicinos srityse, yra daugiausiai mokslinio ir ekonominio susidomėjimo sulaukusios tokio tipo nanodalelės. Pastaraisiais metais daug dėmesio skiriama funkcionalizuotų magnetinių adsorbentų panaudojimui vandens valymo procesuose, juos derinant su magnetinio atskyrimo metodais. Atsižvelgiant į tai, kad nanomedžiagų gamybos ir naudojimo apimtys ateityje tik augs, o šių medžiagų teisinis reglamentavimas gamybos ir atliekų tvarkymo srityje dar neįgyvendintas, tyrimai apimantys šių nanodalelių poveikį vandens organizmams kintančios aplinkos kontekste įgyja didžiulę svarbą.
Magnetinės nanodalelės turi magnetinį momentą, o tai reiškia, kad jos gali generuoti magnetinį lauką arba reaguoti į išorinį magnetinį lauką. Pagrindiniai (elektro)magnetino lauko šaltiniai yra atsinaujinančią energiją gaminančios vėjo jėgainės bei su ja susijusi infrastruktūra. Atsinaujinančių energijos išteklių plėtra intensyviai vykdoma tiek pasauliniu mastu, tiek ir Lietuvoje. Planuojama, kad 2028 m. Lietuvos teritoriniuose vandenyse Baltijos jūroje turėtų veikti 700 MW galios vėjo elektrinių parkas, tačiau mokslinių duomenų apie (elektro)magnetino lauko poveikį jūrinių ekosistemų organizmams vis dar stinga.
Tyrimai apims specifinių grafeno ir geležies nanodalelių bei jų nanokompozitų sintezės, modifikavimo, charakterizavimo aspektus, tiriant šių medžiagų morfologiją ir funkcines savybes. Bus tiriamas šių nanomedžiagų toksinis poveikis žuvims ir vėžiagyviams skirtinguose jų biologinio organizuotumo lygmenyse, siekiant nustatyti nanodalelių poveikio organizmų funkcinėms sistemoms dėsningumus, organizmo biocheminių ir elgsenos reakcijų ypatumus bei galimus toksiškumo mechanizmus. Palyginamuoju aspektu bus atlikti antropogeninės kilmės (elektro)magnetinio lauko poveikio vandens organizmams tyrimai, taikant kompleksinius biologinio atsako rodiklius ir biožymenis. Siekiant kuo labiau atspindėti multifunkcinės aplinkos įtaką nanodalelių biologiniam prieinamumui bei toksiškumui, bus nagrinėjami nanodalelių toksiškumo dėsningumai (elektro)magnetinio lauko ir cheminio streso sąveikoje. Tyrimai gali tapti pagrindu prognozuojant potencialiai pavojingas šių nanomedžiagų koncentracijas aplinkoje bei sąveiką su fizikiniais stresoriais, galinčiais sąlygoti kompleksinius biologinius efektus kintančios aplinkos kontekste.

Laboulbenialiniai grybai (Laboulbeniales, Ascomycota, Fungi) – tai mikroskopiniai paviršiniai nariuotakojų parazitai, daugiausia aptinkami ant vabzdžių. Laboulbeniales yra gana stipriai specializuotą su vabzdžiais susijusių grybų grupė – aprašyta  145 gentys ir apie 3000 rūšių (Thaxter, 1926; 1931, Tavares, 1985 ir kt.), tačiau dabartiniais skaičiavimais, yra mažiausiai 40 000 rūšių, kurios dar laukia aprašymo (Haelewaters et al., 2020; Kirk, 2019; Weir & Hammond, 1997). Laboulbeniales eilies grybų poveikis jų vabzdžiams šeimininkams nėra iki galo išaiškintas, o jų ekologijos ir biologijos tyrimų vis dar yra labai mažai (Haelewaters et al., 2021). Tik nedaugelėje šalių yra vykdomi moksliniai tyrimai ir nedaug mikologų pasaulyje specializuojasi Laboulbeniales tyrimuose, tačiau dėl šios grybų grupės įvairovės ir unikalumo ji neabejotinai yra naujos taksonominės ir ekologinės informacijos šaltinis. Laboulbeniales taksonominiai požymiai grindžiami vaisiakūnio, t. y. matomos grybo dalies už šeimininko ribų, sandara. Grybo prisitvirtinimas per haustorijas ir plitimas šeimininko viduje iš esmės lieka nežinomas, nustatyta tik, kad kai kurios Laboulbeniales rūšys yra ektoparazitai ir turi haustorialinę struktūrą, kuri įsiskverbia į šeimininko kutikulą, o kitos yra ektobiontai ir tik tvirtai prisitvirtina prie šeimininko kutikulės, tačiau jos neįsiskverbia ir neaišku kokias maisto medžiagas naudoja savo augimui ( Reboleira et al., 2021). Pirmas didelis iš išsamus darbas apie Laboulbeniales eiles grybus, kurio rezultate buvo išleista 6 tomų monografija buvo padarytas Š. ir P. Amerikose Rolando Thaxterio (Thaxter, 1926-1932). Tarp Europos šalių išsamesni Laboulbenialinių grybų tyrimai buvo daryti Italijoje(Rossi,1978; 1979), Ispanijoje (Santamaria, 2020;2001), Lenkijoje (Majewski, 1994; 2008). Pirmi tyrimai kaimyninėje Latvijoje (Briedis, 1932) ir pas mus Lietuvoje buvo daryti beveik prieš 100 metų (Siemaszko ir Siemaszko, 1928; 1932). Latvijoje per paskutinius dešimtmečius keletą naujų rūšių surado, aprašė ir paskelbė belgų entomologas De Kesel (2006). Ši įdomi ekologinių požiūrių grybų grupė Lietuvoje praktiškai netirta ir duomenų apie Laboulbenialinių grybų įvairovę, paplitimą ir ekologiją yra labai mažai, buvo paskelbti du straipsniai (Markovskaja, 2000; 2006). Biologinės įvairovės tyrimai neabejotinai bus susiję su taksonominiais tyrimais, nes yra didelė tikimybė, kad bus aptiktos naujos mokslui rūšys. Mokslininkai tyrinėjantys dabar Laboulbenialinius grybus Belgijoje, Ispanijoje, Italijoje daugiau užsiima įvairovės, ekologijos ir taksonomijos tyrimais ir palaiko glaudžius ryšius, organizuoja bendras ekspedicijas bei priima stažuotojus. Tokio tarptautinio bendradarbiavimo pasėkoje pasirodė keletas straipsnių apie Laboulbeniales iš Bulgarijos, Vengrijos, Čekijos, Slovakijos ir kitų šalių (Pfliegler  et al., 2016; Rossi et al., 2019; Rossi & Santamaria, 2020).

Disertacijos tematikoje numatomi moksliniai tyrimai

  Lauko tyrimai: medžiagos rinkimas (nariuotakojų vabzdžių) įvairiuose Lietuvos regionuose ir buveinėse. Laboratoriniai tyrimai: infekuotų pavyzdžių atranka naudojant stereomikroskopą, grybų nuėmimas nuo vabzdžio ir pastovių preparatų gamyba, vabzdžių bei grybų identifikavimas panaudojus šviesinės mikroskopijos metodą.

Patikrinimas jau esamų entomonoginių kolekcijų VU, GTC, Tado Ivanausko zoologijos muziejuje Kaune bei gintaro kolekcijų su vabzdžių inkliuzais siekiant surasti infekuotų vabzdžių pavyzdžius su Laboulbenialiniais grybais. Glaudus bendradarbiavimas ir konsultacijos su entomologais Lietuvoje ir užsienyje. Stažuotė užsienyje pas viena iš geriausių Laboulbenialinių grybų specialistą (W. Rossi / S. Santamaria arba kt.)

Dauguma šios grupės grybai yra siauros specializacijos ir per ilga koevoliucijos procesą prisitaiko parazituoti ant tam tikros rūšies arba genties vabzdžių. Teisingas Laboulbenialinių grybų identifikavimas pirmiausia priklauso nuo teisingo šeimininko identifikavimo. Vabzdžių identifikavimui bus reikalingos entomologinės žinios, kurias reikės gilinti.

Surinktos medžiagos taksonominė ir ekologinė analizė, vabzdžių paplitimo ir specifiškumo šeimininkams nustatymas, šeimininko ir parazito trofinio ryšio išaiškinimas. Molekulinių metodų taikymas naujų rūšių ir morfologiškai panašių rūšių identifikavimui, filogenetinė analizė. Taksonominių ir ekologinių straipsnių rengimas ir publikavimas. Iliustruoto konspekto su rūšių aprašymais parengimas.

Ponto-Kaspijos regionas (Juodosios, Azovo ir Kaspijos jūrų žemutiniai baseinai) laikomas evoliucijos lopšiu, kuriame susiformavo neįprasta vandens fauna, itin prisitaikiusi prie žymių druskingumo svyravimų. Nemažai šių adaptyvių vėžiagyvių, žuvų, moliuskų ir žieduotųjų kirmėlių rūšių per pastarąjį amžių Šiaurės pusrutulio vidaus vandenyse išplito kaip invazinės, sukeldamos lokalius vietinių rūšių išnykimus bei ekologinių bendrijų persitvarkymus. Didžiausią invazinių Ponto-Kaspijos rūšių dalį sudaro vėžiagyviai šoniplaukos. Nepaisant žinomų jų neigiamų poveikių ir su kliamto šiltėjimu vis augančios grėsmės, šių invazijų sėkmę lemiantys veiksniai iki šiol nėra iki galo suprasti, nors ir manoma, kad tarp tam svarbių rūšių savybių gali būti didesnis vislumas ir agresyvumas. Taip pat nėra žinoma, ar svetimkraštės rūšys užimą tokią pačią ekologinę nišą kaip vietinės – jeigu taip nėra, tai vietinių rūšių pakeitimas invazinėmis gali turėti reikšmingų pasekmių su atgarsiais visai ekosistemai. Pagrindinis siūlomos tematikos tikslas yra palyginti vietines ir invazines Ponto-Kaspijos šoniplaukas, aptinkamas Lietuvos vidaus vandenyse, atliekant daugiadisciplininį tyrimą – siejant laboratorinių eksperimentų ir lauko tyrimų rezultatus su funkcinės morfologija. Ypač būtų gilinamasi į tai, (1) kaip šoniplaukų morfologija (kūno forma, dydis, galūnių ilgis ir kt.) yra susijusi su pasirenkama buveine, (2) kaip ji veikia tarprūšinių agonistinių sąveikų rezultatus bei (3) žuvų plėšravimo šiais vėžiagyviais galimybes; taip pat tiriant morfologiją būtų tikrinama, (4) ar invazinės rūšys gali lemti santykinai greitus vietinių rūšių adaptacinius pokyčius. Tyrimų rezultatai reikšmingai pagilintų mūsų supratimą tiek apie vietinių, tiek apie svetimkraščių rūšių užimamas ekologines nišas, taip pat padėtų prognozuoti invazinių rūšių, kurių atplitimas dar tik gresia ateityje, poveikius.

Tyrimo tikslas yra ištirti šeimininko – parazito sąveikų pokyčius laukinių žinduolių populiacijose antropogeninio poveikio kontekste.

Tyrimo objektas – žinduoliai ir jų parazitai. Šio darbo metu bus ištirta įvairių žinduolių sistematinių grupių rūšių parazitų įvairovė, nustatyti pagrindiniai veiksniai formuojantys parazitų bendrijas skirtingai žmogaus veiklos paveiktose ekosistemose. Tyrimo metu bus tiriami ir potencialiai žmogui bei naminiams gyvūnams pavojingų zoonozių sukėlėjai skirtingose ekosistemose, vertinamos šių zoonozių grėsmės.
Tyrimų metu bus siekiama išsiaiškinti kokie pokyčiai vyksta šeimininkų ir jų parazitų bendrijose žmogaus veiklos pasėkoje.
Gauti rezultatai leis įvertinti kaip dėl žmogaus veiklos kintanti aplinka veikia žinduolių ir jų parazitų bendrijas. Tyrimo metu bus įvertintos galimos zoonozių sukėlėjų grėsmės. Taip pat bus atlikta žinduolių ir jų parazitų bendrijų tyrimų rezultatų pritaikymo ekosistemų būklės įvertinimui analizė.

Vėžiagyviai šoniplaukos užima kertinę makrobestuburių bendrijų ir bentofagių žuvų mitybos raciono dalį ežeruose. Vykstant globaliai kaitai, vietines rūšis daug kur išstumia invazinės Ponto-Kaspijos regiono (Juodosios-Kaspijos jūrų žemutinių baseinų) kilmės šoniplaukos. Lietuvos ežeruose plačiausiai išplito tikslingai introdukuotos svetimkraštės šoniplaukos, tačiau netrukus ir šioms teks konkuruoti su savaime atplitusiomis agresyviomis kraštietėmis. Temperatūra ir ištirpusio deguonies kiekis tirtini kaip pagrindiniai veiksniai, lemiantys šoniplaukų rūšių tarpusavio konkurencingumą ir tikėtiną šoniplaukų sąrankų kaitą šylant klimatui bei didėjant ežerų produktyvumui. Savo ruožtu šoniplaukų rūšys skiriasi polinkiu misti augalų nuokritomis, siūliniais dumbliais, smulkia organika ar nedideliais gyvūnais. Tokiu būdu jų sąrankų kaita gali lemti reikšmingus ežerų funkcionavimo pokyčius. Darbo tikslas – ištirti regiono ežeruose paplitusių ir plintančių vietinių bei invazinių šoniplaukų rūšių tarpusavio konkurencingumą, mitybos polinkius ir potencialius poveikius ežerų funkcijoms šylančio klimato sąlygomis. Atliekant lauko ir laboratorinius tyrimus, numatoma tirti temperatūros įtaką šoniplaukų rūšių deguonies suvartojimui (1) ir sugyvenimui (2), jų mitybos polinkius (3) ir jų sąrankų įtaką makrobestuburių bendrijų funkcinei struktūrai bei bendrai nuokritų perdirbimo funkcijai (4). Rezultatai reikšmingai papildys ekologines žinias apie Europoje plintančias invazines šoniplaukas, padės prognozuoti ežerų šoniplaukų sąrankų kaitą bei su ja sietinus ekosistemų pokyčius.

Nanodydžio medžiagos tampa aktualia problema dėl mažai žinomos jų elgsenos ir lemties vandens ekosistemoje, jų sąveikos su kitais vandenyje esančiais organinės ir neorganinės kilmės teršalais.  Trūksta duomenų apie nanodalelių (ND) ir skirtingų teršalų kompleksinį poveikį vandens organizmams, vandens mitybinėms grandinėms ir ekosistemų tvarumui. ND pasižymi išskirtinėmis fizikocheminėmis savybėmis, kurios lemia jų platų pritaikymą biomedicinoje, pramonėje ir aplinkosaugoje. Europos sąjungoje griežtėjanti pavojingų teršalų kontrolė, didėjantys aplinkosauginiai reikalavimai tvariai aplinkai ir žmonių sveikatai išsaugoti, nuolat skatina ieškoti inovatyvių technologijų, efektyviai valančių nuotekas. Kai kurios ND pasižymi didele sorbcine geba, todėl jos gali būti naudojamos šalinant teršalus iš vandens aplinkos. Tačiau ND patekusios į aplinką gali akumuliuotis vandens ekosistemos sanduose ir sukelti organizmams sunkiai prognozuojamus funkcinės būklės pokyčius. Todėl norint geriau suprasti ND sąveikos su kitais teršalais poveikio mechanizmus reikia daugiau tyrimų, įrodančių kaip ND fizikocheminės savybės siejasi su jų poveikiu organizmams. Planuojama tirti anglies-, metalų- ir polimerų pagrindo ND, ir jų mišinių su metalais ir vaistais poveikį žuvims ir vėžiagyviams. Tyrimuose šalia tradicinių ekotoksikologinių metodų bus naudojama inovatyvi žuvų Danio rerio ir kitų smulkių vandens organizmų auginimo, veisimo (Tecniplast) ir morfofiziologinių parametrų registravimo (Danioscope ir Daniovision) ir analizės (Embryonet, MetaboAnalyst) sistema.

Pirmą kartą bus ištirta kaip ND ir įvairūs teršalai kompleksiškai veikia vandens organizmus, esančius stresui jautriose ankstyvose vystymosi stadijose (embrionai, lervos, mailius). Bus nustatyta ND sąveika su įvairiais teršalais ir įvertintas jų sukeliamas poveikis priklausomai nuo ND dydžio, apvalkalo tipo ir sandaros. Gauti rezultatai bus svarbūs siekiant išaiškinti metalų bei anglies pagrindu sukurtų ND poveikio vandens organizmams mechanizmus ir leis praplėsti ND pritaikymo galimybes aplinkosaugoje ir biomedicinoje.

Sparčiai augant žmonių populiacijai vis didesnis dėmesys yra skiriamas akvakultūrai. Lašišinės žuvys (re-cirkuliacinėse sistemose) ir karpinės žuvys (atvirų tvenkinių sistemose) plačiausiai auginamos gėlavandenėje akvakultūroje Europoje. Atviros sistemos ypač taršios, todėl būtina didinti auginimo sistemų uždarumą ir išvalyti nuotekas prieš išleidžiant jas į natūralias ekosistemas.

Vienas būdų padidinti tvarumą – integruotos multi-trofinės akvakultūros sistemos. Dumbliai yra neatsiejama šių sistemų dalis. Darbe planuojama ištirti ir sudaryti dumblių, izoliuotų iš tiriamų akvakultūrų, konsorciumus ir pritaikyti juos akvakultūros nuotekų vandenvalai bei ištirti dumblių biomasės perspektyvumą biotechnologijai. Rezultatai suteiks trūkstamų praktinių žinių apie multi-trofinių akvakultūrų funkcionavimą integruojant jas į žiedinės ekonomikos modelį.

Augantis lantanoidais legiruotų nanodalelių (LND), pasižyminčių išskirtinėmis fiziko-cheminėmis savybėmis, naudojimas įvairiose pramonės šakose ir biomedicinoje didina šių medžiagų patekimo į aplinką ir ypač vandens ekosistemas riziką. LND ir kitų metalų pagrindu sukurtų nanodalelių (ND) aglomeracija, sedimentacija, tirpimas ir kt., nustatyti laboratorinėmis sąlygomis, gali keistis joms patekus į aplinką ir tas pokytis yra sunkiai prognozuojamas. Vandens ekosistemos yra labai sudėtingos sistemos, sudarytos iš skirtingo jautrumo organizmų rūšių, tačiau tik jautriausios rūšys atspindi biotos atsaką į ND poveikį.  Nanodalelės gali kauptis maisto grandinėje, keldami grėsmę ne tik dabar egzistuojantiems vandens gyvūnams ir augalams, bet ir ateinančioms jų kartoms bei žmonių sveikatai. Teikiamos disertacijos tikslas – naudojant biologinių testų kompleksą, ištirti skirtingų trofinių lygmenų organizmų atsaką į ilgalaikį naujai sukurtų LND poveikį ir įvertinti šio poveikio įtaką būsimoms kartoms, vandens ekosistemų tvarumui bei gyvybingumui. Disertacijos vykdymo metu gauti rezultatai bus naudingi vertinant ilgalaikį LND poveikį organizmams siekiant apsaugoti ateities kartas, užtikrinant optimalią organizmų fiziologinės, imuninės ir reprodukcinės sistemų būklę. Tyrimai padės išaiškinti galimus LND poveikio būsimoms vandens organizmų (dumblių, vėžiagyvių, žuvų)  kartoms mechanizmus ir leis prognozuoti galimą ND riziką vandens ekosistemų tvarumui, esant nuolatiniam nanodalelių poveikiui. Bus siekiama nustatyti ilgalaikiam LND poveikiui jautriausius organizmus ir biomarkerius. Greta tradicinių ekotoksikologijoje naudojamų metodų bus naudojamos inovatyvios eksperimentų vykdymo, registravimo ir analizės sistemos. Pirmą kartą bus ištirtas LND transgeneracinis ir multigeneracinis poveikis jautrioms įvairaus trofinio lygmens vandens organizmų rūšims, priklausomai nuo fiziko-cheminių nanodalelių savybių, galimi tokio poveikio mechanizmai ir prognozuojama ilgalaikio jų patekimo į vandens aplinką rizika. Gauti rezultatai galėtų būti panaudoti reglamentuojant nanodalelių patekimą į aplinką.

Mielės sudaro specifinę mikroskopinių grybų grupę, kurie gali funkcionuoti ant įvairių substratų. Medicininių požiūriu svarbių mielių paplitimas žmogaus aplinkoje, biologiniai ir ekologiniai savitumai Lietuvoje mažai ištirti. Mažai yra duomenų ir apie šių mikroorganizmų sąveiką su kitais mikroorganizmais. Numatoma  iš įvairių žmogų supančios aplinkos substratų išskirti ir identifikuoti mieles. Nustatyti jų morfologinius, fiziologinius ir biocheminius savitumus. Įvertinti jų gebėjimą asimiliuoti įvairius anglies šaltinius. Ištirti šių mikroorganizmų fermentinį (ureazinį, proteolitinį, lipazinį, celiuliazinį) aktyvumą. Nustatyti gebėjimą vystytis terpėje be vitaminų, produkuoti organines rūgštis bei į krakmolą panašius junginius. Bus įvertinta išskirtų mielių tarpusavio sąveika su kitais substrato mikroorganizmais ir nustatyta įvairių abiotinių veiksnių įtaka jų augimui. Bus išaiškintos cheminės ir biologinės priemonės šių mikroorganizmų veiklai apriboti žmogų supančioje aplinkoje. Gautus tyrimų rezultatus bus galima panaudoti mielių veiklos reguliavimui bei  žmogaus gyvenamosios ir darbo aplinkos mikroklimato gerinimui.

Dirvožemis – vienas vertingiausių gamtos išteklių, sudarytas iš mineralinių dalelių, organinių medžiagų, vandens, oro ir gyvųjų organizmų. Kiekvienais metais išaiškinama vis daugiau ir daugiau dirvožemio atliekamų funkcijų, be to dirvožemis aktyviai dalyvauja palaikant gruntinių, paviršinių vandenų ir atmosferos kokybę. Dirvožemis – mikroorganizmų rezervuaras turintis didelę įtaką organinės anglies kaupimuisi, dirvožemio struktūrai, derlingumui, produktyvumui ir augalų augimui. Pagrindinė mikroskopinių grybų funkcija dirvožemyje yra aktyvus organinių medžiagų ardymas. Grybai geba sintetinti ir į aplinką išskirti daug hidrolitinių fermentų ardančių, bet kokias organines medžiagas, be to išskirdami organines rūgštis, tirpdo sunkiai augalams prieinamus fosfatus taip pagerindami augalų mitybą.

Bus tiriama Astravo atominės elektrinės galimo poveikio zonos Lietuvoje dirvožemio mikroskopiniai grybai, jų įvairovė, biologiniai savitumai bei biodestrukcinės savybės. Mikroskopiniai grybai iš dirvožemio bus išskiriami klasikiniais mikrobiologiniais metodais, identifikuojami fenotipiniais ir molekuliniais metodais, nustatomas jų gausumas, paplitimas, tiriamos jų įvairios fermentinės savybės. Taip pat bus taikomi metagenominės analizės metodai.

Bus siekiama gauti naujų žinių apie mikroskopinių grybų vidurūšinę ir tarprūšinę įvairovę Astravo atominės elektrinės galimo poveikio zonos dirvožemyje Lietuvoje. Naujomis ir vertingomis mikroskopinių grybų rūšimis/padermėmis bus papildyta Biodestruktorių tyrimo laboratorijos Mikroorganizmų kolekcija.