Самый старый мох в мире пережил три массовых вымирания, но, возможно, не переживет изменения климата.
У рода Takakia наибольшее количество быстроразвивающихся генов среди всех мхов, сообщают исследователи 9 августа в Cell. Десятилетнее исследование Такакии в Гималаях показывает, что мох хорошо приспособлен к своему высокогорному жилищу, обладая устойчивостью к экстремальному холоду и интенсивному ультрафиолетовому излучению. Но независимо от того, насколько быстро он может изменять свои гены, ученые обнаружили, что быстрое повышение температуры в регионе было связано с уменьшением ареала мха — более быстрым уменьшением, чем у любого из окружающих его мхов.
Такакия состоит всего из двух видов мха. Хотя они встречаются по отдельности в Соединенных Штатах и Японии, оба вида встречаются вместе только на Тибетском плато в Гималаях. Эти два вида не похожи ни на одно другое растение в мире. Эволюционный побег, содержащий такакию, отделился от других мохообразных — мхов, печеночников и роговых червей — около 390 миллионов лет назад.
“Эволюционное положение такакии среди растений подобно положению утконоса у млекопитающих”, - говорит Икун Хе, специалист по генетике растений из Столичного педагогического университета в Пекине. Точно так же, как утконос обладает множеством странных, не совсем млекопитающих черт, таких как откладывание яиц и клюв, у такакии есть множество особенностей, которые делают его не совсем похожим на другие растения, таких как похожие на перья листья и отсутствие пор для контроля потока кислорода и углекислого газа.
“Внешне он сильно отличается от других мхов”, - говорит Ральф Рески, специалист по биотехнологии растений из Университета Фрайбурга в Германии. “Долгое время было неясно, мох ли это”.
Чтобы узнать больше о загадочной Такакии, Рески и их коллеги провели долгосрочное исследование на Тибетском плато, на высоте более 4000 метров над уровнем моря.
В течение 11 лет исследователи собирали образцы, анализировали геномы, собирали данные об окружающей экосистеме и сравнивали современные образцы с окаменелостями, жившими 165 миллионов лет назад. Команде также пришлось эвакуировать нескольких студентов из-за высотной болезни. Полевые участки были доступны только в августе и сентябре, и даже тогда, “климат непредсказуем, и в один прекрасный день могут наступить весна, лето, осень и зима”, - говорит он.
Людям, возможно, пришлось нелегко, но мху было комфортно в его высокогорном жилище. Отчасти это связано с его генами. Исследователи обнаружили, что, хотя геном такакии имеет среднюю для мохообразных длину — чуть более 27 400 генов, — он обладает самым большим известным количеством быстроразвивающихся генов среди всех мхов, печеночника или роголистника.
Такакии понадобилась эта скорость, когда Гималаи начали подниматься 65 миллионов лет назад. Поскольку горы тянулись к небу, мхи на них подвергались воздействию более низких температур и большего количества ультрафиолетового света. Им пришлось адаптироваться. И Такакия адаптировалась.
Новое исследование показало способность мха противостоять солнечной радиации. Когда исследователи подвергли Такакию воздействию большого количества ультрафиолетового излучения, он не пострадал, в то время как мхи сравнения начали отмирать в течение 72 часов. Выносливый мох производит “большое количество метаболитов, таких как флавоноиды и полиненасыщенные жирные кислоты, для защиты от радиации”, - говорит Рески. Он также содержит гены, обеспечивающие более эффективное восстановление ДНК — необходимую защиту от вредных лучей.
Такакия также адаптировалась к экстремальным холодам. Он может находиться в состоянии покоя в течение восьми месяцев в году, находясь под снегом, и полностью завершает свой рост и размножение, по его словам, “в драгоценный трех-четырехмесячный период светового окна”.\
Как показало исследование, все эти особенности эволюционировали примерно с 50 миллионов лет назад по настоящее время, при этом внешний вид мха никогда не менялся по сравнению с окаменелостями из Такакии, обнаруженными около 165 миллионов лет назад.
Но эта относительно быстрая эволюция, по-видимому, недостаточно быстра, чтобы помочь мху адаптироваться к изменению климата (SN: 3/10/22).
За 11 лет исследования Рески, Он и их коллеги зафиксировали среднее повышение температуры в регионе примерно на четыре десятых градуса Цельсия. Между тем, охват Такакии в их выборочной популяции сокращался примерно на 1,6 процента в год — быстрее, чем у четырех других местных мхов.
Исследователи прогнозируют, что к концу 21 века подходящие условия для Такакии будут ограничены площадью от 1000 до 1500 квадратных километров по всему миру. Исследователи подозревают, что к тому времени самый старый мох в мире может вымереть.
Другие более оптимистично смотрят на судьбу этого маленького жесткого мха. По словам эволюционного биолога С. Блэр Хеджес, в других местах есть популяции. Таким образом, хотя Тибетское нагорье в конечном итоге может быть освобождено от Такакии, он надеется, что мох сможет распространиться в других местах.
Более того, “это фантастика - видеть все эти разные вещи, известные об одном [роде], от летописи окаменелостей вплоть до полного генома”, - говорит Хеджес из Темплского университета в Филадельфии.
Тем временем он, Рески и их коллеги выращивают популяции такакии и пересаживают их в другие регионы Тибета в надежде дать старому мху новую жизнь. “Такакия видела, как динозавры приходили и уходили. Она видела, как появлялись мы, люди”, - говорит Рески. “Теперь мы можем кое-что узнать об устойчивости и вымирании этого крошечного мха”.
Подпишись, чтобы всегда быть в курсе.
