Холодостойкие растения возникли на нескольких континентах одновременно около 14 миллионов лет назад

Ветреница Ричардсона (Anemone richardsonii)

 

Учёные выяснили, что альпийские растительные сообщества, основу которых составляют устойчивые к холоду травы, появились почти одновременно на разных континентах около 14 миллионов лет назад. Это произошло в период глобального похолодания, что способствовало появлению новых видов растений, способных выживать в условиях низких температур. Поскольку такие экосистемы встречаются не только в горах, но и в Арктике и чувствительны к климатическим изменениям, изучение их истории помогает разрабатывать стратегии их сохранения. Исследование опубликовано в журнале Taxon.

Растительность арктической тундры и горных регионов во многом схожа и объединяется под названием альпийских сообществ. Эти экосистемы лишены деревьев, а основную роль в них играют травянистые растения, приспособленные к бедным почвам и низким температурам. Однако изменение климата угрожает этим сообществам, влияя на состав, плотность и распространение растений. Дополнительную опасность представляет активное освоение природных ресурсов человеком, что может привести к утрате редких видов арктической флоры. Чтобы предсказать будущее этих экосистем и разработать меры по их защите, важно понимать их происхождение и развитие.

Учёные из Центрального сибирского ботанического сада СО РАН (Новосибирск) совместно с коллегами изучили историю формирования этих экосистем, проанализировав распространение рода Anemone (ветреница) в Северном полушарии. Эти растения имеют небольшие цветки различных оттенков (белые, жёлтые, красные и другие) и встречаются в самых разных местах – от равнин до горных вершин, в лугах, лесах и тундре. Такое широкое распространение делает ветреницы удобным объектом для исследования эволюции альпийских сообществ.

Для этого учёные секвенировали (определили последовательность) ядерной и хлоропластной ДНК 200 видов ветрениц. На основе полученных данных они построили эволюционное древо рода Anemone, чтобы установить, когда возникли различные виды и как они распространялись по Северному полушарию.

«Мы использовали как свежие образцы растений, собранные во время экспедиций, так и гербарные материалы из коллекций Китая, Франции, США и России. Гербарные фонды представляют собой ценнейший источник информации, позволяющий изучать внешние особенности растений, их распространение и видовую принадлежность. К тому же ДНК в таких образцах сохраняется долго. Например, в одном из наших предыдущих исследований нам удалось расшифровать ДНК растений, собранных в 1940-х годах», — рассказывает руководитель проекта, кандидат биологических наук Андрей Эрст.

Результаты анализа показали, что первые ветреницы появились в равнинных районах Восточной Азии около 31 миллиона лет назад. Примерно 14 миллионов лет назад, в период похолодания, эти растения начали заселять альпийские зоны. Причём альпийские линии ветрениц сформировались одновременно в разных частях Северного полушария — в Азии, Европе и Северной Америке.

Кроме того, исследователи изучили данные предыдущих работ о развитии альпийских линий у других травянистых растений, таких как ревень (Rheum), лапчатка (Potentilla), люпин (Lupinus), кислица (Oxalis) и других. Оказалось, что эти виды также появились на разных континентах примерно в тот же период, что подтверждает гипотезу о синхронном формировании альпийских сообществ 14 миллионов лет назад.

«Наша цель — изучить развитие растительных сообществ Арктики и высокогорных альпийских зон, а также выяснить, как на них влияли геологические и климатические изменения. Понимание этапов их эволюции поможет раскрыть историю формирования холодоустойчивых флор Северного полушария», — подытожил Андрей Эрст.

В исследовании участвовали специалисты Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск), Университета Сорбонны (Франция), Института ботаники Китайской академии наук (Китай) и Ботанического сада Миссури (США).