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, пишет издание «Наука в Сибири».
Как проходит научная работа
Исследование проводится сотрудниками Центрального сибирского ботанического сада (ЦСБС) СО РАН совместно с учеными из Китая, Франции и США. Результаты опубликованы в журнале Nature.
«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 ДНК растений, выделяя ее из листьев. На основе ДНК 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 увидеть 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.
Результаты исследования
Оказалось, 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, обнаружилось, что количество видов растений, мигрировавших из Северной Америки, значительно больше, чем количество местных, эволюционировавших в пределах Арктики.
Ученые считают, что способствовать появлению и развитию арктической флоры могли высокая тектоническая активность, заметное падение уровня моря и резкое снижение среднегодовой температуры в Арктике с 11 до 4 градусов Цельсия 13-11 млн лет назад.
Дальнейшие планы исследований
«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.
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, приспособясь ко всему за долгий период эволюции, – поэтому на них сильнее могут действовать текущие быстрые изменения, и поэтому же флора арктической тундры нуждается в охране.