На эти и другие вопросы попытались ответить российские ученые, которые провели уникальное исследование растительной ДНК донных отложений высокогорного алтайского озера Балыктукель. Это озеро — большая воронка, куда сносятся пыльца и прочие минеральные и органические мелкие частицы со всего водосбора, оседают и захораниваются в холоде без доступа кислорода, сохраняясь на долгие года.
Ученые взяли образцы донных отложений из самой глубокой точки озера (23,9 метра) и проанализировали их с помощью нового метода — метабаркодинга растительной седиментационной ДНК (седаДНК). Это метод, при котором извлекается ДНК из осадков древних пород и сравнивается с базами данных, содержащими информацию о генах разных видов растений. Так можно определить, какие растения росли на данной территории в разные периоды времени.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ) и опубликовано в журнале Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology.
Что удалось узнать
Исследователи изучили период от сегодняшнего дня до 11,7 тысячи лет назад — весь голоценовый период, когда формировалась современная природа. Они обнаружили в три раза больше видов растений, чем при применении стандартных микропалеонтологических методов, основанных на анализе ископаемой пыльцы. Этот метод ограничен тем, что пыльца не очень хорошо сохраняется, и некоторые различия между видами можно упустить или ошибочно оценить ареал обитания.
В частности, ученые установили, что господствующим видом растений была не сосна, а лиственница сибирская, которая до сих пор характерна для лесов в горах Алтая. Пыльца лиственницы плохо сохраняется, и ее очень трудно обнаружить стандартными методами. Данные об этом растении чрезвычайно важны, потому что оно очень чутко реагирует на изменения климата и служит их индикатором: при потеплениях лиственница начинает распространяться на север, при похолодании — отступает к югу. По тому, как мигрирует граница лиственничного леса, можно определять, в какие периоды в древности наступало потепление или похолодание.
Исследовательская группа на берегу озера.
Кроме того, участники исследования выявили множество других видов растений, которые ранее не были известны на Алтае. Например, они обнаружили следы растений семейства губоцветных (Lamiaceae), к которому относятся многие ароматические травы, такие как мята, базилик, шалфей и тимьян. Эти растения могли быть использованы древними людьми в качестве лекарственных или пряных растений.
Зачем это нужно
Исследование растительной ДНК помогает не только восстановить историю природы, но и предсказать ее будущее. Зная, как менялось фиторазнообразие под влиянием климата и человеческой деятельности, можно оценить, какие виды растений могут выжить или исчезнуть в условиях глобального потепления и экологического кризиса.
Кроме того, анализ растительной ДНК открывает новые возможности для биотехнологии. В ДНК древних растений и микроорганизмов содержатся варианты генов, которых нет у современных представителей флоры и фауны. Такие участки древних ДНК — к примеру, отвечающие за кодирование полезных белков, ферментов, — можно использовать в сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генной инженерии.
Информация, полученная при помощи анализа седаДНК в ходе разных исследований по всему миру, собирается в большие международные базы. Это уникальный палеогенетический ресурс, который в перспективе можно использовать для целей инженерной биологии. В ДНК древних растений и микроорганизмов содержатся варианты генов, которых нет у современных представителей флоры и фауны. Такие участки древних ДНК — к примеру, отвечающие за кодирование полезных белков, ферментов, — можно использовать в сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генной инженерии
— Наталия Рудая, руководитель проекта, доктор географических наук, старший научный сотрудник Института археологии и этнографии СО РАН.
Ученые планируют продолжить изучение растительной ДНК из донных отложений других озер на Алтае и в других регионах Сибири. Они также хотят сравнить данные о фиторазнообразии с данными о климате, почве, животных и человеке, чтобы получить более полную картину природной истории этих территорий.
Исследование растительной ДНК — новое и перспективное направление в палеоботанике, которое может дать много ценной информации о прошлом, настоящем и будущем нашей планеты.
