Исследователи из Центрального сибирского ботанического сада СО РАН совместно с учеными из Китая, Франции и США изучают эволюцию флоры в Арктике. Они считают, что развитие арктической флоры 11 миллионов лет назад началось из-за изменений ландшафта и климата, а также колебаний уровня моря. Помимо этого, они выяснили, что арктическая флора могла появиться намного раньше, чем считали ученые. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Арктическая тундра — это относительно молодой и новый тип биома, чувствительный к воздействию глобального потепления. Изменения в климате отражаются на составе, плотности и распределении арктической растительности. Поэтому важно знать историю ее развития.

«Мы изучаем эволюцию флоры покрытосеменных растений Арктики, смотрим, как на нее влияют геологические и климатические изменения. Если мы будем понимать этапы развития, то получим ключ к истории и происхождению низкотемпературных флор Северного полушария. Помимо этого, мы сможем предположить, какие виды растений нужно сохранять и что делать для этого. Ведь климат сильно меняется, ледники тают, а это значит, что и флора трансформируется» , — рассказывает один из авторов статьи старший научный сотрудник ЦСБС СО РАН кандидат биологических наук Андрей Сергеевич Эрст.

Для исследования ученые секвенировали, то есть определили нуклеотидную последовательность, ядерной и хлоропластной ДНК. Ее выделяли из листьев растений. На основе ДНК исследователи построили филогенетические деревья для 32 групп покрытосеменных растений, включающих 3 626 видов. 

«Мы собирали растения не только в природе. Большинство брали из гербарных фондов Китая, Франции, Америки и России. Гербарные фонды — это богатейший источник информации, который помогает посмотреть морфологию и распространение растения, определить видовую принадлежность. ДНК в таких фондах сохраняется довольно долгое время, как-то мы секвенировали образцы 1940-х годов», — комментирует Андрей Эрст.

Филогеография как направление эволюционной биологии начала активно развиваться с начала XXI века. Она помогает решить огромный спектр задач: изучить микроэволюционные процессы исторической демографии и эволюционной истории, понять, какие факторы влияют на формирование биологического разнообразия. Филогеографические исследования важны для понимания связи геологических, климатических событий с эволюционными процессами.

По результатам исследования, предки некоторых арктических видов появились в среднем или позднем миоцене (около 10 миллионов лет назад). Примерно в это время началась миграция растений из Средиземноморья и западной части Северной Америки. Развитие местных видов продолжилось уже позже, около 9 миллионов лет назад. До этих данных считалось, что арктическая тундра сформировалась в конце неогена или в самом раннем плейстоцене (около 3—2 млн лет назад). Кроме того, оказалось, что количество видов растений, мигрировавших из Северной Америки, значительно больше местных, которые эволюционировали в пределах Арктики.

В начале позднего миоцена (11 млн лет назад) в Гренландии и на окраинах Евразии была высокая тектоническая активность. Земная кора поднималась, из-за чего речная эрозия меняла поверхность арктической суши. Происходили изменения и в климате. Палеоэкологическая реконструкция показала, что среднегодовая температура в Арктике 13 млн лет назад резко снизилась с 11 °C до 4 °C. В тот же период произошло заметное падение уровня моря. По словам ученых, эти изменения ландшафта и климата, а также колебания уровня моря могли спровоцировать начало развития арктической флоры.

Дальше ученые планируют анализировать взаимосвязь флоры Арктики и Гималаев.

«Мы хотим изучать взаимосвязь флор Арктики и Гималаев. Там сходные условия местообитания, климата и флоры, есть похожие виды растений. Будем изучать модельные роды, которые содержат разное количество видов, строить филогению и смотреть, как мигрировала и развивалась флора», — делится Андрей Эрст.

Арктика занимает площадь около семи миллионов квадратных километров, что составляет около пяти процентов земной поверхности. Она играет важную роль в глобальной климатической системе, поскольку является огромным резервуаром углерода и метана. За последние 50 лет темпы потепления в этом регионе в три-четыре раза превышают среднемировой уровень. 

Арктическая тундра, расположенная к северу от границы естественного леса, особенно чувствительна к воздействию глобального потепления и нуждается в охране. В этом биоме обитают своеобразные биоты, способные переносить суровые условия окружающей среды. Они выживают, несмотря на короткий вегетационный период, низкую среднегодовую температуру и сильные сезонные колебания. 

Источник: «Наука в Сибири»

Текст: Полина Щербакова