Interfax-Russia.ru — Ученые сибирского ботанического сада СО РАН выяснили, что флора Арктики могла появиться намного раньше, чем принято считать.
Исследователи из Центрального сибирского ботанического сада (ЦСБС) СО РАН совместно с учеными из Китая, Франции и США установили, что развитие арктической флоры 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. В рамках научной работы специалисты определили нуклеотидную последовательность ядерной и хлоропластной ДНК растений, которые выделили из их листьев. Также на основе полученной ДНК ученые построили филогенетические деревья для 32 групп покрытосеменных растений, включающих 3 тыс. 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", — цитирует издание СО РАН "Наука в Сибири" одного из авторов исследования, старшего научного сотрудника ЦСБС СО РАН Андрея Эрста.
По данным издания, филогеография как направление эволюционной биологии начала развиваться с начала XXI века. Сегодня она помогает решить огромный спектр задач: изучить микроэволюционные процессы исторической демографии и эволюционной истории, понять, какие факторы влияют на формирование биологического разнообразия. Также 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 млн лет назад). Примерно в это время началась миграция растений из Средиземноморья и западной части Северной Америки. Развитие местных видов продолжилось уже позже — около 9 млн лет назад. До этих данных считалось, что арктическая тундра сформировалась в конце неогена или в самом раннем плейстоцене (около 3-2 млн лет назад)", — уточнили в СО РАН.
Вместе с тем, анализ показал, что в настоящее время основную часть флоры Арктики составляют растения, мигрировавшие из Северной Америки. Местных видов, которые эволюционировали в пределах региона, здесь меньшинство.
Как пояснили в СО РАН, в начале позднего миоцена (11 млн лет назад) в Гренландии и на окраинах Евразии отмечалась высокая тектоническая активность. Земная кора поднималась, в результате 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 до 4 градусов Цельсия. 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", — говорится в публикации.
На следующем этапе исследования ученые СО РАН планируют проанализировать 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", — сообщил Андрей Эрст.
По данным СО РАН, Арктика занимает площадь около 7 млн кв. км, или около 5% 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. Изменения в климате отражаются на составе, плотности и распределении арктической растительности, поэтому важно знать историю ее развития.
"Если мы будем понимать этапы развития (флоры покрытосеменных растений Арктики — ИФ), 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", — отметил Эрст.
В свою очередь ученые Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН вместе с коллегами из Сибирского федерального университета (СФУ, г. Красноярск) и Института теплофизики СО РАН (г. Новосибирск) исследуют состояние мерзлотного слоя в трансформированных экосистемах Арктики. В рамках этой работы специалисты измеряют температурные профили почвы, собирают материалы подповерхностного георадарного сканирования, которые позволяют видеть глубину залегания мерзлоты без закладки привычных почвенных разрезов, анализируют данные о тепловых потоках в почвах, а также собирают калибровочные сведения для интерпретации материалов спутниковых съемок.
"В криолитозоне Красноярского края наблюдается значительная трансформация почвенного покрова и как результат непосредственного воздействия на почвы, и как побочный процесс в условиях антропогенного и природного воздействия. Последующие изменения гидротермического режима почв в условиях криолитозоны определяют динамику состояния и стабильности экосистем региона. Поэтому исследования в этом направлении важны и актуальны", — сообщил старший научный сотрудник Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН Евгений Пономарев.
По словам ученого, специалисты планируют разработать методы дистанционного контроля, моделирования и прогноза гидротермических процессов в почвах и в многолетнемерзлых грунтах, которые бы позволяли выявить пространственно-временные масштабы трансформации почв криолитозоны, изучить особенности изменения теплового баланса в почвах и мерзлотных слоях, а также разработать подходы масштабного мониторинга криолитозоны с возможностью контроля степени антропогенного воздействия в исторической перспективе.
"В рамках реализации проекта планируется построение прогнозных моделей состояния мерзлотных почв и изменения их характеристик, которые будут обобщать материалы наземных обследований, бесконтактных измерений и дистанционных съемок", — отметили в КНЦ СО РАН.
