Наука – штука сложная и не особо интересная для непрофессионалов. Тем не менее, приведем несколько примеров того, чем мы конкретно занимаемся. Ниже я специально приложил некоторые усилия, чтобы это объяснить. Тем, кто хочет разобраться, надо тоже приложить усилия, чтобы понять.
Первый пример
Тема эволюции наших любимых 5-хвойных сосен. Мы провели анализ происхождения и родственных связей 8 евроазиатских видов. Для этого мы полностью секвенировали (т.е. определили последовательность нуклеотидов) 3 ядерных гена: LEA, AGP6, 4CL. Дело это серьезное и не дешевое.
Оказалось, что эволюция 5-хвойных сосен происходила в направлении освоения ими все более холодных биомов: пояс хвойных лесов в тропических и субтропических горах → горная тайга в умеренном поясе → бореальные леса → субарктика. При этом происходил также постепенный переход от мелких крылатых семян, которые распространяются ветром, к крупным бескрылым семенам, которые распространяются птицами-кедровками: мелкие семена с крылом → семена среднего размера недоразвитым крылом → крупные семена с остатком крыла → крупные бескрылые семена.
Самыми древними являются южные субтропические виды: гималайский Pinus wallichiana и китайский P. armandii. Самыми молодыми являются 4 вида кедровых сосен, которые четко делятся на две пары: западную (кедр европейский, P. cembra – кедр сибирский, P. sibirica) и восточную (кедровый стланик, P. pumila – кедр корейский, P. koraiensis). В этих парах независимо сформировались похожие адаптации: сокращенный период сезонного роста, устойчивость к низким зимним температурам воздуха, большая масса и бескрылость семян.
Пример публикации: Vasilyeva G., Vavilova V., Ustyantsev K., Sukhikh I., Blinov A., Goroshkevich S., Sokolov V. Genetic diversity of Pinus sibirica, P. pumila and their natural hybrids based on non-linked nuclear loci // Dendrobiology. 2018. vol. 79. P. 168-173 (WoS, Scopus, Q3).
Второй пример
Примерно 20 лет назад мы открыли уникальное явление – массовую естественную гибридизацию кедра сибирского и кедрового стланика. Сама по себе естественная гибридизация между видами – не редкость, но между такими разными – редкость, и большая.
Это карта с ареалами двух видов, где хорошо видна огромная область перекрытия. Есть также фотографии двух видов – на западе кедр, на востоке – стланик. В центральной части приведена фотография совместного произрастания двух видов (вверху) и типичный пример промежуточного по морфологии гибрида (внизу, чуть правее центра). Такие гибриды являются гибридами первого поколения (F1), они встречаются по всей гибридной зоне. На карте места их обнаружения показаны черными точками.
В Южной Якутии (красные кружки на карте) обнаружено удивительное явление – ВЕСЬ безупречный по морфологии кедр имеет ЧУЖИЕ (кедрового стланика) – митохондрии. Это явный результат древней (несколько десятков тысяч лет назад) гибридизации.
Анализ разнообразия трех ядерных генов показал, что чужие варианты у обоих видов встречаются далеко за пределами современной гибридной зоны: у кедра сибирского вплоть до Урала (на карте – красные крестики), у кедрового стланика – вплоть до нижнего Амура (на карте – синий крестик). Это, скорее всего, является результатом древнейшей (сотни тысяч лет) гибридизации.
Таким образом, два российских вида кедровых сосен на всем протяжении своего существования представляют собой единую генетическую систему: из-за климатических колебаний их ареалы сходятся и расходятся, осуществляется активный генетический обмен.
Полученный результат позволяет по-новому представить структуру разнообразия лесных древесных растений Сибири и характер их эволюции. Он вынуждает также задаться вопросом: а является ли вид базовой единицей биологического разнообразия или таковой единицей логично считать не вид, а совокупность репродуктивно совместимых видов?
Пример публикации: Petrova E.A., Zhuk E.A., Popov A.G., Bondar A.A., Belokon M.M., Goroshkevich S.N., Vasilyeva G.V. Asymmetric introgression between Pinus sibirica and Pinus pumila in the Aldan plateau (Eastern Siberia) // Silvae Genetica. 2018. V. 67. P. 66–71 (WoS, Scopus, Q3).
Третий и последний пример
О наших коллекционных плантациях уже было сказано выше. На плантациях проводятся наблюдения. Приведу самый простой случай. Мы изучили рост и плодоношение климатических экотипов кедра сибирского.
Оказалось, что при выращивании в Томске по направлению от северного экотипа к южному рост увеличивался в 5 раз, а мужское цветение, т.е. продукция пыльцы, наоборот, в 5 раз снижалась. Различия по числу шишек были значительно меньше, причем, их минимальное число было у северного и южного экотипов. Большие различия между экотипами по всем важным признаком явно связаны с их перемещением в другой климат и условия с другой длиной дня.
Полученные результаты открывают широкие возможности для использования географических экотипов в селекции кедра сибирского как орехоплодного вида: перемещая экотипы в другой климат, можно регулировать рост и плодоношение плантаций.
Пример публикации: Zhuk E.A., Goroshkevich S.N. Growth and reproduction in Pinus sibirica ecotypes from Western Siberia in a common garden experiment // New Forests. 2017. Vol. 49. P. 159-172 (WoS, Scopus, Q1).
Вплоть до самого последнего времени мы активно участвовали в международном научном сотрудничестве. Наша лаборатория является коллективным членом рабочей группы по 5-хвойным соснам Международного союза лесных исследовательских организаций (IUFRO). У нас в Томске была проведена 4-я конференция IUFRO «Breeding and Genetic Resources of Five-Needle Pines». В конференции приняли участие 50 ведущих специалистов 20 научных учреждений России, США, Канады, Австрии, Южной Кореи. В рамках конференции работало 3 секции: популяционная, эволюционная генетика, генетика количественных признаков и геномика; экология 5-хвойных сосен и влияние изменений климата на их популяционную структуру; селекция на продуктивность и устойчивость к болезням и вредителям.
Мы и в дальнейшем намерены совмещать теорию с практикой, науку с производством. Посмотрим, как это у нас получится. Разных научных материалов у нас много. Но я чувствую, что и так злоупотребил вашим вниманием. Поэтому фундаментальную науку мы пока оставим в покое. Начиная со следующей статьи, начнем знакомиться с нашей коллекцией растений.