Ученые определили, что альпийские растительные сообщества, которые в основном состоят из устойчивых к холоду трав, сформировались на разных континентах почти одновременно — примерно 14 миллионов лет назад. В этот период на Земле климат стал более суровым, что привело к появлению большого количества новых видов растений, способных жить при низких температурах. Поскольку альпийские сообщества, характерные не только для высокогорий, но и Арктики, особенно чувствительны к изменению климата, знание истории их развития может быть полезным для их сохранения. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Taxon.
Арктическая тундра и высокогорья имеют очень схожую растительность, которую обобщенно называют альпийскими сообществами. В них совсем нет деревьев, и большинство растений представлено травами, приспособившимися к жизни на бедных почвах и в условиях низких температур. Изменения климата представляют угрозу таким экосистемам, поскольку под их влиянием меняется состав, плотность и распределение растительности. Кроме того, активное освоение природных ресурсов человеком также может привести к потере редких видов арктических растений. Чтобы понять, как сохранить альпийские растительные сообщества и предсказать будущие возможные изменения в них, важно знать историю их формирования.
Исследователи из Центрального сибирского ботанического сада СО РАН (Новосибирск) с коллегами исследовали становление этих экосистем, отследив распространение по Северному полушарию ветреницы (Anemone). Растения этого рода имеют небольшие цветки белого, желтого, красного или других оттенков и встречаются в самых разных по условиям местообитаниях — от низменных до высокогорных зон, на лугах, в лесах, в тундре. Такое широкое распространение ветреницы делает ее удобной моделью для отслеживания эволюции тех растительных сообществ, в которых она встречается.
Ученые секвенировали, то есть определили последовательность ядерной и хлоропластной ДНК, 200 видов ветрениц. Используя эти данные, авторы построили эволюционное древо растений рода Anemone. Оно помогло определить, когда возникли разные виды ветрениц и как они распространились по Северному полушарию.
«В работе мы использовали как растения, собранные в природе в ходе экспедиций, так и гербарные образцы, хранящиеся в фондах Китая, Франции, Америки и России. Гербарные фонды — это богатейший источник информации, который помогает исследовать внешние особенности и распространение растения, определить его видовую принадлежность. При этом важно, что ДНК в таких фондах сохраняется довольно долгое время. Например, в более ранней работе мы расшифровали последовательность ДНК, выделенной из образцов 1940-х годов», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Андрей Эрст, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Центрального сибирского ботанического сада СО РАН.
Анализ показал, что первые представители рода Anemone возникли в неальпийских местообитаниях — на равнинах Восточной Азии — примерно 31 миллион лет назад. Около 14 миллионов лет назад ареал ветрениц расширился на альпийские зоны в связи с похолоданием климата на Земле. При этом альпийские линии ветрениц в разных регионах Северного полушария — Азии, Европе и Северной Америке — возникли почти одновременно.
Авторы также проанализировали данные из более ранних исследований об истории появления альпийских линий у таких травянистых растений как ревень (Rheum), лапчатка (Potentilla), люпин (Lupinus), кислица (Oxalis) и других. Оказалось, что эти линии появились на разных континентах примерно в то же время, что и альпийские виды ветреницы. Это подтверждает, что альпийские растительные сообщества формировались почти синхронно 14 миллионов лет назад.
«Мы ставим перед собой задачу изучить, как развивались растительные сообщества Арктики и высокогорных альпийских зон, и определить, как на них влияют геологические и климатические изменения. Если мы будем понимать этапы развития, то получим ключ к истории и происхождению низкотемпературных флор Северного полушария», — подводит итог Андрей Эрст.
В исследовании принимали участие сотрудники Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск), Университета Сорбонны (Франция), Института ботаники Китайской академии наук (Китай) и Ботанического сада Миссури (США).
***
Больше результатов исследований грантополучателей Российского научного фонда и актуальных новостей из мира науки доступны в социальных сетях РНФ Вконтакте и Телеграм