Генетики рассказали, как лиственница заселяла Сибирь после Ледникового периода
Международная научная группа, в состав которой вошёл почётный профессор Сибирского федерального университета Константин Крутовский, изучила динамику распространения двух видов лиственницы на территории Сибири после окончания ледникового периода. Проследить движение лиственницы с юга на север региона помог анализ ДНК образцов донных отложений, извлечённых из восьми сибирских озёр. Исследование опубликовано в Communications Biology.
Учёные полагают, что глобальные изменения климата приведут к значительным изменениям в бореальных лесах Сибири в ближайшие десятилетия. Преобладающими в этих краях считаются два вида лиственницы из рода Larix. Они заметно отличаются друг от друга по экосистемным функциям, так что их перемещения в определённых диапазонах имеют глобальную значимость. Однако до сих пор не проводилось исследований, которые бы объясняли причины – драйверы динамики видового состава лиственничных лесов в постледниковый период.
«Динамика распространения двух видов лиственницы – лиственницы сибирской (Larix sibirica) и лиственницы Гмелина (Larix gmelinii) на границе окончания последнего ледникового периода малоизучена отчасти потому, что палеоэкологические данные о них отсутствуют. Пыльца этого дерева плохо сохраняется, однако мы изучили фрагменты ДНК деревьев многолетних донных отложений, собранных с разной глубины сибирских озёр и представляющих разных исторические периоды соответственно. Оказалось, что лиственница сибирская, доминирующая в настоящее время в Западной Сибири, скорее всего, мигрировала на север в период голоцена, примерно 10 тысяч лет назад. В то же время образцы, принадлежащие к эпохе плейстоцена (последний на сегодняшний день ледниковый период на земле), датируемые 21 тысячелетием до н.э., идентифицированы как лиственнице Гмелина. Наша международная научная группа под руководством проф. Ульрике Герцшуг, впервые в мире проанализировала комбинацию ядерных повторов и хлоропластную ДНК в широкой временной перспективе, чтобы узнать, почему виды лиственницы распределялись в пространстве таким образом», - сообщил соавтор работы, профессор кафедры геномики и биоинформатики СФУ, почётный профессор Сибирского федерального университета и профессор Гёттингенского университета Константин Крутовский.
Воспользовавшись современными методами генетического анализа, исследователи пришли к выводу, что лиственничные леса стали доминировать на обширных территориях Западной и Восточной Сибири по окончании последнего ледникового периода. Выяснилось, что наибольшее влияние на лиственничники оказывала окружающая среда (в частности, вечная мерзлота), а вовсе не географические факторы, такие как ограниченное расселение.
Лиственница сибирская стала главенствующим видом во время плейстоцена, тогда как рефугиальные популяции (от лат. refugium – убежище – участок земной поверхности или океана, где вид или группа видов пережили неблагоприятный для них период, в то время как на больших пространствах эти формы жизни исчезали) состояли преимущественно из лиственницы Гмелина. Когда ледник отступил, повинуясь новому витку потепления климата, некоторое количество лиственницы сибирской также сохранялось в «убежищах» на северных территориях Сибири, однако численность вида восстанавливалась вовсе не за счёт миграции из этих «убежищ» - Larix sibirica двигалась с южных территорий, заново заселяя некогда скованные мерзлотой пространства, в то время как L. gmelinii заселяла восточные территории из популяций, сохранившихся во время ледникового периода.
Полученные выводы интересны как с теоретической, так и с практической точки зрения. C помощью специально синтезированных коротких фрагментов ДНК (олигонуклеотидов), идентичных генам хлоропластного и ядерного генома лиственницы, методом ДНК-ДНК гибридизации и таргетного ДНК-обогащения впервые удалось выделить, просеквенировать и сравнить ДНК лиственницы в палеообразцах донных отложений. Оказалось, что этот метод помогает с высокой точностью дифференцировать различные виды Larix и проследить развитие и миграции различных популяций этого вида на больших промежутках времени. ДНК хлоропластного генома – многообещающий объект для геномных исследований, поскольку она в избытке присутствует практически во всех растительных клетках.
«Набирающее обороты глобальное потепление в настоящее время затрагивает преимущественно высокие широты Северного полушария, в частности, российскую Арктику. И мы полагаем, что эти климатические изменения серьёзно отразятся на бореальных лесах Сибири. Поскольку в настоящий момент лиственница составляет 81% этих лесов, а лиственничники служат основой для местных экосистем, обеспечивают поглощение углекислого газа и приносят несомненную экономическую выгоду российской экономике, в частности, лесоперерабатывающей промышленности, следует пристально изучать динамику этих видов и их реакцию на изменение климата в прошлом. Это поможет предсказать, каких изменений стоит ждать в обозримом будущем и подготовиться к ним», - резюмировал Константин Крутовский.