Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Лимнологического института СО РАН сравнили несколько индексов, характеризующих биологическое разнообразие микроорганизмов, и нашли наиболее эффективные из них, то есть те, что дают верный результат в большем числе случаев. Результаты исследования опубликованы в журнале Research in Microbiology.

Индексы и коэффициенты, отражающие разнообразие организмов внутри экосистемы, используются для того, чтобы оценить, насколько она устойчива к изменению условий окружающей среды или ее загрязнению. Менее уязвимы экосистемы с большим количеством видов и относительно равномерным распределением по численности (без явного преобладания одного-двух видов): в них с большей вероятностью найдутся и выживут виды, которые могут приспособиться к новым условиям.

Чтобы сравнить точность индексов и найти наиболее эффективные из них, ученые использовали результаты трех исследований, посвященных микробным сообществам. В первом из них изучали группы микроорганизмов в кишечнике гусей, сравнивая их между собой по типу разведения птиц (например, использовалось ли искусственное скрещивание, или нет), во втором исследовали бактериальные сообщества коралловых рифов (микроорганизмы губок, пробы воды и донных отложений), в третьем - микроорганизмы, вызывающие остеомиелит (воспаление костного мозга, костей и мягких тканей человека).

Для каждого из этих исследований ученые оценивали разнообразие микроорганизмов в каждом из сообществ, используя различные показатели, например, индекс Шеннона, индекс Симпсона, коэффициент Джини. Для того, чтобы их вычислить, необходим примерно один набор показателей (количество видов, их численность и/или биомасса), но формулы различаются, что сказывается на точности индексов и их применимости в различных исследованиях.

Индекс Шеннона используется во многих исследованиях для оценки видового разнообразия. Для его вычисления необходимо знать общую численность или биомассу (общую массу организмов) сообщества и численность или биомассу вида. Индекс отражает количество видов и их выравненность.


Fe81f538ef9f3c7874a5837b5df49a14229f584d
 

Коэффициент Джини используется главным образом в общественных науках, для оценки имущественного неравенства жителей страны или региона и дополняет такие показатели, как ВВП и среднедушевой доход. Коэффициент может принимать значения от 0 до 1, обычно он составляет 0,3-0,5, более высокие значения соответствуют большему неравенству. Похожим образом в биологии коэффициент может характеризовать сообщества организмов, в которых численность и биомасса более или менее равномерно распределены по видам. Если в социологии он сравнивает доходы домохозяйств, то в биологии - численность или биомассу видов: в обоих случаях значительное неравенство угрожает стабильности и устойчивости системы.

Сравнивая значения индексов для разных сообществ микробов, изученных в рамках одного исследования, ученые могли определить их эффективность: сообщества различаются по разнообразию видов, и те индексы, которые подтверждали это с большей статистической значимостью (мерой "уверенности" в результате), оценивались как более эффективные. Лучшие результаты показали индекс Шеннона и коэффициент Джини.

"Методики измерения биоразнообразия в экосистемах применимы во многих областях современной биологии: от микробиологии до лесной геномики, - однако каждая из экосистем все же индивидуальна и уникальна, и это может отразиться на применимости или не применимости тех или иных индексов разнообразия. Это мы и показываем в нашей работе наряду с результатом, касающимся эффективности индекса Джини", - прокомментировал один из авторов работы, заведующий кафедрой высокопроизводительных вычислений СФУ Дмитрий Кузьмин.

Похожие новости

  • 01/11/2017

    Сибирские ученые изучили новый тип нанопластин для применения в медицине

    ​Ученые из Института физики имени Л. В. Киренского Красноярского федерального исследовательского центра Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Сибирского федерального университета впервые изучили магнитные свойства, структуру и состав новых наночастиц семейства халькогенидов (элементов 16-й группы периодической системы, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний и ливерморий).
    597
  • 20/06/2017

    Красноярские ученые разработали новый метод оценки влияния консервантов на организм

    ​Ученые из Института биофизики Красноярского научного центра и Сибирского федерального университета разработали новый метод оценки влияния пищевых добавок на организм на молекулярном уровне с помощью ферментов, сообщила научный сотрудник института Елена Есимбекова.
    604
  • 08/07/2017

    Российские ученые получили чувствительные к малым дозам радиации белки

    Группа исследователей из Института биофизики СО РАН, Красноярского государственного аграрного университета, Сибирского федерального Университета (СФУ), а также МГУ им. М. В. Ломоносова разработала чувствительный к радиации белковый комплекс, сообщает пресс-служба СФУ.
    790
  • 12/12/2017

    Ученые Красноярска разработали антимикробные покрытия из отходов бактерий

    ​Напомним, недавно красноярские ученые выделили и запатентовали новый штамм бактерий, который способен производить целлюлозу. Сейчас на базе этой целлюлозы они создали антибактериальные раневые покрытия.
    393
  • 24/04/2017

    Красноярские ученые изобрели наночастицы для защиты и роста сельхозкультур

    Исследователи Красноярского государственного аграрного университета совместно с учеными ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН впервые в России использовали биогенные наночастицы на основе железа для размножения и защиты сельскохозяйственных культур.
    1005
  • 25/12/2017

    Сибирские ученые представили исследование антиоксидантной активности фуллеренолов

    Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ), Томского политехнического университета и нескольких институтов Сибирского отделения РАН представили исследование антиоксидантной активности фуллеренолов - водорастворимого производного фуллерена, сообщает ТАСС.
    297
  • 20/06/2018

    Иркутская разработка поможет реабилитировать детей с двигательными нарушениями

    В клинике иркутского Научного центра проблем здоровья семьи и репродукции человека врачи осваивают роботизированный комплекс для реабилитации детей с двигательными нарушениями, изготовленный в ИРНИТУ. Как сообщает пресс-служба ИНЦ СО РАН, тренажер для развития равновесия и улучшения движения ног придумали врачи-реабилитологи, а реализовать проект помогли инженеры.
    135
  • 01/09/2017

    Красноярские ученые выделили новый штамм бактерий для производства бактериальной целлюлозы

    ​ Ученые Сибирского федерального университета СФУ совместно с коллегами из Института биофизики СО РАН получили и описали чистую культуру уксуснокислых бактерий, способных производить бактериальную целлюлозу, сообщила в четверг пресс-служба СФУ.
    721
  • 13/11/2017

    Как в СФУ исследуют лесные пожары

    Наука - это далеко не всегда пробирки, звонкая тишина кабинета, всклокоченный ученый муж, пристально вглядывающийся в звездное небо. Иногда это комары, мозоли и намотанные по непролазной тайге километры.
    427
  • 13/01/2017

    Лабораторные работы: ученые и инновации

    ​Ученые факультета наук о материалах и химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова совместно с научной группой под руководством Михаэля Гретцеля (EPFL, Швейцария) определили причину, по которой органо-неорганические перовскиты формируются в виде нанонитей.
    1598