Меня и моих коллег интересует эволюция и разнообразие хоботных насекомых отряда Hemiptera, в первую очередь из семейства клопов-слепняков или Miridae. Представители этого семейства хорошо известны благодаря всесветному распространению и широкой представленности во всех ярусах растительных сообществ. Miridae – крупнейшее семейство, включающее более 11 000 видов в мировой фауне, что в два раза превышает число рецентных видов млекопитающих. При этом, более 1000 видов описаны как новые для науки за последние 20 лет, а значительное число доступных в коллекциях видов остаются не описанными. Клопы-слепняки играют огромную роль в наземных экосистемах как сосущие насекомые, фито-, зоо- и фитозоофаги. Среди фитофагов имеются серьезные вредители сельскохозяйственных культур и лесных насаждений, в то время как зоофаги успешно используются в биоконтроле. Более 60% видов клопов-слепняков – узкие олигофаги или монофаги, трофически строго связанные с различными таксонами цветковых растений. Очевидно, что эволюционный успех группы во многом обусловлен тесными трофическими связями и параллельной эволюцией с растениями. Всесветное распространение, морфологическое разнообразие, высокая численность, приуроченность к определенным видам растений или типам растительности в сочетании с чувствительностью к нарушениям сообществ, делают клопов-слепняков превосходной модельной группой как для выявления общих эволюционных закономерностей, так и в мониторинговых исследованиях биоразнообразия. Однако несопоставимая с позвоночными степень изученности становится серьезным препятствием на этом пути. Поэтому, наша текущая работа развивается в следующих направлениях:

Реконструкция филогении. Хорошо обоснованная филогенетическая гипотеза – необходимое условие исследования биологического и морфологического разнообразия любой группы организмов и тестирования эволюционных гипотез. Мы используем молекулярные данные, тщательно переисследованные традиционные и новые ультраструктурные морфологические признаки для надежной реконструкции филогении отдельных клад. Прямо сейчас мы работаем над следующими проектами:

Филогения подсемейства Bryocorinae. Эта исключительно разнообразная морфологически и распространенная преимущественно в тропиках группа включает более 1000 видов из 180 родов. За последние несколько лет мы провели филогенетический анализ всего подсемейства (Namyatova et al., 2016; Konstantinov et al., 2018), так и отдельных крупных клад (Konstantinov & Knyshov, 2015; Namyatova & Cassis, 2016), включая новую трибу Felisacini на основе морфологических данных. Установлено, что морфологические данные несут значительный филогенетический сигнал, однако имеющиеся в литературе данные по молекулярным маркерам получены лишь для нескольких видов и недостаточны для филогенетической реконструкции. Сборы в самых разных частях земного шара и обмен материалом с коллегами позволили нам изменить эту ситуацию, получить свежий материал и молекулярные данные для видов из всех основных клад бриокорин. В настоящее время мы работаем над созданием детализированной реконструкции филогении всего подсемейства, основанную как на молекулярных, так и морфологических данных.

Филогения подсемейства Phylinae. Данная группа пока остается единственным крупным таксоном Miridae, для которого уже опубликована филогения, построенная на основе как молекулярных маркеров, так и морфологических данных (Menard et al., 2014). Однако многие клады этой огромной, включающей более 2000 видов группы, плохо поддержаны данными, а ряд филогенетически важных групп не были включены в анализ. Основываясь на исходных данных Менард с соавторами, мы подготовили новую филогенетическую реконструкцию этого подсемейства, добавив молекулярные данные для более 70 родов и значительно модифицировав морфологические данные.

Почти исключительно тропическое подсемейство Cylapinae считается одной из базальных групп. Его монофилия подтверждается неуникальными морфологическими синапоморфиями, например особенностями строения коготков и никогда не тестировалась молекулярными данными. В составе подсемейства в настоящее время выделяют от шести до восьми триб, но монофилия была протестирована и подтверждена лишь для одной из них (Namyatova et al., 2018). Взаимоотношения внутри подсемейства Cylapinae остаются неясными и не были предметом филогенетических исследований. Сказанное лишний раз подчеркивает актуальность реконструкции филогении этой группы.

Кибертаксономия. Огромное число видов, значительный полиморфизм и сложность видовой диагностики стали существенным препятствием в корректном описании разнообразия Miridae. При этом многие опубликованные в течение 20 века таксономические статьи представляют собой описания отдельных новых видов, выполненные без четкого видового диагноза и обоснования родовой принадлежности. Единственным выходом в сложившейся ситуации становится последовательное выявление монофилетических групп и их тотальные ревизии с привлечением всего возможного материала. Следует отметить, что подобные масштабные исследования можно проводить гораздо быстрее, если обеспечить легкий доступ к результатам работы для широкого круга исследователей. В современных условиях этой цели соответствует создание доступной через Интернет базы данных. Данный подход, получивший название кибертаксономия из-за сочетания традиционных таксономических целей с самыми современными цифровыми технологиями, стремительно получает все большее признание.

За последние двадцать лет наш коллектив описал более сотни новых для науки таксонов, при этом в каждом случае мы детально документировали все особенности строения, биологии и филогенетические связи. Параллельно, наша группа создала виртуальную коллекцию Miridae Зоологического Института РАН, внеся данные по каждому из > 100 000 экземпляров в интернет-доступную реляционную базу данных. В результате, масштабируемые карты распространения, этикеточные данные всех экземпляров, кормовые растения, фотографии внешнего вида и другая сопутствующая информация для каждого из почти двух тысяч видов доступны на сайтах http://research.amnh.org/pbi/heteropteraspeciespage/ и www.discoverlife.org. Выглядит это примерно так. Или так. Пользователи имеют возможность поиска по виду или роду как клопа, так и кормового растения, точной точке сбора, району или стране. Это открывает значительные перспективы для дальнейшего анализа таксономической структуры и филогении, биогеографии или коэволюции растений и клопов-слепняков. Кроме того, размещение цветных микрофотографий и иллюстраций деталей строения сделает возможным использование ресурса в качестве виртуальной справочной коллекции, что значительно облегчит определение видов.

Машинное обучение. В 2020 году мы получили финансирование для создания новой схемы исследования, основанной на эффективном объединении триады методов, а именно одновременном использовании нейронных сетей, кибертаксономии и молекулярных данных. Изучение и улучшение алгоритмов сверточных сетей в отношении таких сложных и узконаправленных задач, как разделение видов насекомых по фенотипам пройдет через пошаговое обучение в две стадии. На первой стадии планируется обучить нейронные сети для разделения обычных видов с помощью изображений. Далее, нейронные сети будут направлены на определение изображений, представляющих таксономические задачи, требующие анализа более тонких деталей, неподвластных восприятию человека. Тренировка нейронных сетей первой стадии пройдет на группах, где силами коллектива авторов уже хорошо разработана таксономия, задокументированы и внесены в базу данных данные по распространению и биологии, а также реконструирована филогения. На второй стадии первичная модель CNN будет усовершенствована для распознавания более тонких морфологических различий между кластерами экземпляров. Будут усовершенствованы рабочие процессы по цифровой обработке этикеточных данных музейных коллекций. В частности, мы попытаемся автоматизировать перевод метаданных фотографируемых экземпляров, а именно фото их географических этикеток в форму текстовых полей базы данных, используемой как источник информации о видах на нашем веб-портале. Мы считаем, что решение поставленной задачи даст синергетический эффект и приведет к значительному скачку в исследовании биоразнообразия, как напрямую, так и через формирование интереса к результатам наших исследований у других специалистов.

Помимо меня, текущий костяк нашей группы составляют:

Анна Алексеевна Намятова (ст. н. с. ВИЗР РАН), Владимир Владимирович Нейморовец (ст. н. с. ВИЗР РАН) и студенты СПбГУ Вероника Дмитриевна Тыц, Шамиль Зуфарович Давлетшин и Дарья Сергеевна Большакова.

Но у нас есть еще масса идей, пожалуйста, присоединяйтесь!

В настоящее время работа нашего дружного коллектива поддержана двумя грантами РНФ и тремя грантами РФФИ:

Работа энтомолога подразумевает постоянное участие в экспедициях по всему миру в поисках нового материала и командировки в центральные музеи мира для исследования хранящихся там сборов. Ниже приведен список моих последних экспедиций и командировок в естественнонаучные музеи:

май-июнь 2015: Экспедиция по Казахстану совместно с Николаем Симовым (национальный музей естественной истории Болгарии, София)

июль-август 2015: работа в коллекции музея естественной истории Великобритании, Лондон

июнь 2016: Экспедиция по Болгарии и Греции совместно с Николаем Симовым

сентябрь 2016:работа с коллекцией американского музея естественной истории (Нью-Йорк)

сборы в окрестностях Орландо после завершения XXV международного энтомологического конгресса (Флорида)

июнь 2017: Экспедиция по Армении совместно с Николаем Симовым

май 2018: Экспедиция во южный Вьетнам совместно с Андреем Корзеевым

август-сентябрь 2018: Экспедиция по северному Тунису совместно с Владимиром Гнездиловым (ЗИН РАН) и Sonia Bouhachem (INRAT, Tunis)

декабрь 2018: однодневная энтомологическая экскурсия в окрестностях Ла-Платы (Аргентина), организованная в рамках шестого съезда гемиптерологического общества.

май-июнь 2019: экспедиция по югу Европейской части России маршрутом от Краснодара до Екатеринбурга совместно с Алексеем Солодовниковым (университет Копенгагена), Анной Намятовой (Всероссийской институт защиты растений), Александрой Токаревой (СПбГУ) и Светланой Недошивиной (Ульяновский педагогический университет).

август 2019: исследование коллекционных экземпляров музея естественной истории Хельсинки

август-сентябрь 2019: работа с типовой коллекций национального музея естественной истории Франции (Париж)

Богдино-Баскунчакский заповедник, гора Большое Богдо

Берег Волги за Нижней Банновкой, Саратовская область

Публикации за 2015 – 2019 годы

Konstantinov, F.V. 2019. Revision of Agraptocoris Reuter (Heteroptera: Miridae: Phylinae), with description of five new species and a review of aedeagal terminology. Arthropod Systematics & Phylogeny, 77(1) : 89–126.

Константинов Ф.В., Намятова А.А. 2019. Таксономические ревизии и коллекционные базы данных в эпоху интернета: опыт работы с богатой видами группой насекомых. Энтомологическое обозрение 98 (2): 371–397

Gnezdilov, V.M., Bouhachem, S. and Konstantinov, F.V. 2019. New records for the genus Issus Fabricius (Hemiptera: Auchenorrhyncha: Fulgoroidea: Issidae) from northern Africa and Spain. Zootaxa, 4613(3) : 546–556.

Канюкова Е.В., Голуб В.Б., Потапова Н.К., Зиновьева А.Н., Константинов Ф.В. 2019. К 75-летию Н.Н. Винокурова. Энтомологическое обозрение, 98(1): 186–206.

Konstantinov, F.V., Namyatova, A.A. and Cassis, G. 2018. A synopsis of the bryocorine tribes (Heteroptera: Miridae: Bryocorinae): key, diagnoses, hosts and distributional patterns. Invertebrate Systematics, 32(4): 866–891.

Konstantinov, F.V. and Simov, N. 2018. Review of the subgenus Plumiger of Myrmecophyes, with description of a new species (Heteroptera, Miridae, Halticini). ZooKeys, 796 : 215–239.

Neimorovets, V.V., Shchurov, V.I., Bondarenko, A.S., Skvortsov, M.M. and Konstantinov, F.V. 2017. First documented outbreak and new data on the distribution of Corythucha arcuata (Say, 1832)(Hemiptera: Tingidae) in Russia. Acta Zoologica Bulgarica, Suppl. 9: 139–142.

Корзеев А.И., Константинов Ф.В., Лухтанов В.А., Саулич А.Х. 2017. Профессору А.А. Стекольникову – 80 лет. Энтомологическое обозрение 96(3): 622–635.

Аксененко Е.В., Винокуров Н.Н., Канюкова Е.В., Константинов Ф.В. 2017. К 70-летию профессора В.Б. Голуба. Энтомологическое обозрение 96(3): 596–621.

Константинов Ф.В., Зиновьева А.Н. 2017. Новые данные по фауне клопов-слепняков подсемейств Orthotylinae и Phylinae (Heteroptera, Miridae) европейской части России. Энтомологическое обозрение 96(3): 490–511.

Константинов Ф.В., Зиновьева А.Н. 2017. Новые данные по фауне клопов-слепняков подсемейств Bryocorinae, Deraeocorinae и Mirinae (Heteroptera, Miridae) европейской части России. Энтомологическое обозрение 96(2): 306–317.

Konstantinov, F.V. 2016. New synonymies in the plant bug family Miridae (Hemiptera: Heteroptera) from Northern China. Zootaxa, 4205(5) : 496–500.

Namyatova, A.A., Konstantinov, F.V. and G. Cassis. 2016. Phylogeny and systematics of the subfamily Bryocorinae based on morphology with emphasis on the tribe Dicyphini sensu Schuh, 1976. Systematic Entomology, 41: 3–40.

Винокуров Н.Н., Канюкова Е.В., Константинов Ф.В. 2016. Дополнения к фауне полужесткокрылых (Heteroptera) Лазовского государственного заповедника. Амурский зоологический журнал 8(1): 20–26.

Konstantinov, F.V., Zinovjeva, A.N. 2016. A new species of Ambunticoris from Sulawesi (Hemiptera: Heteroptera: Miridae). Acta Entomologica Musei Nationalis Pragae, 56(1): 51–59.

Konstantinov, F.V., Neimorovets, V.V. and Korzeev, A.I. 2016. Review of Campylomma from Russia, Caucasus, and Central Asia with description of two new species (Hemiptera: Heteroptera: Miridae: Phylinae). Entomologica Americana, 122(1–2): 115–155.

Konstantinov, F.V. and Knyshov, A.A. 2015. The tribe Bryocorini (Insecta: Heteroptera: Miridae: Bryocorinae): phylogeny, description of a new genus, and adaptive radiation on ferns. Zoological Journal of the Linnean Society, 175: 441–472.

Konstantinov, F.V., Neimorovets, V.V. & Korzeev, A.I. 2015. The genus Campylomma Reuter, 1878 (Hemiptera: Heteroptera: Miridae: Phylinae): two new synonyms and discussion of the diagnosis. Zootaxa, 3974(2): 203–216.

Бакалавриат:

Биогеография - дисциплина по выбору для студентов 3 курса бакалавриата СПбГУ

Задачи курса:
1. Знакомство с аксиоматическим аппаратом биогеографии, получение практических навыков картирования и анализа ареалов;
2. Формирование представлений о биогеографическом делении суши, пресных вод и океанов, а также закономерностях распределения организмов на Земле;
3. Знакомство с современными методами биогеографического анализа с экологических и исторических позиций, статистическими и викариантными методами биогеографии.

Цель занятий – дать представление о современных методах реконструкции филогении и научить студентов практической работе с филогенетическими программами. Каждое из занятий будет начинаться с обсуждения теоретической части с последующим переходом к практической работе.

Основные вопросы:
- Значение филогенетического анализа в современной биологии и распространенные ошибки в интерпретации его результатов. Филогения и таксономия. Дерево гена и дерево вида.
- Аксиоматический аппарат филогенетического анализа.
- Парсимониальный анализ: реконструкция филогении на основе морфологических данных. Признаки и их состояния в парсимониальном анализе. Алгоритмы нахождения оптимального дерева, взвешивание признаков и оценка полученных результатов.
- Методы согласования деревьев (strict, semistrict, Adams & majority rule consensus trees) Статистические показатели поддержки отдельных ветвей (Bremer support, parametric & nonparametric bootstrap, jacknife).
- Реконструкция филогении на основе молекулярных данных: преимущества и особенности. Обзор методов дистанции, максимального правдоподобия и Байесова анализа. - Парсимониальный анализ молекулярных данных.
- Работа с базами данных GenBank и Bold. Выравнивание и выбор оптимальной эволюционной модели. Объединение данных по отдельным молекулярным маркерам в единый конкатенированный набор данных. Возможности совместного анализа молекулярных и морфологических данных.
- Слишком много данных: филогенетический анализ методами RAxML и MrBayes на высокопроизводительных серверах Cipres и IQ-tree.
- Визуализация филогенетических деревьев и сравнение топологий, полученных разными методами.

В рамках практикума студенты будут работать в основном с программами Winclada, MEGA 7 и MrBayes 3.2. Кроме этого, будут использованы программы AliView, Mesquite, TNT, PartitionFinder, SequenceMatrix, FigTree и несколько онлайн-приложений.
Посещавшие семинары студенты должны освоить принципы, лежащие в основе разных подходов к реконструкции филогенезов и получить практические навыки работы с основными программами филогенетического анализа.

Основная цель лекционного курса – познакомить студентов с основными видами вредителей древесно-кустарниковых пород, их ролью в ухудшении состояния и продуктивности леса, дать представление о современных методах борьбы против вредителей древесно-кустарниковых пород.

Задачи курса:
1. Знакомство с определением вредителей на разных фазах их развития и диагностикой наносимых ими повреждений;
2. Формирование представлений о коэволюции растений и насекомых-фитофагов, обзор значения и вспышек численности фитофагов в фитоценозах;
3. Знакомство с методами лесозащитных мероприятий, обоснованием их экологической эффективности и целесообразности.

По окончании занятий студенты получат полное представление о современном состоянии защиты растений, основных вредителях и будут обладать навыками диагностики наносимых ими повреждений.

Магистратура:

Ранее читавшиеся курсы: