Как растения Алтая рассказали о своей истории

Вы когда-нибудь задумывались, какие растения росли на нашей планете тысячи лет назад? Как они менялись под влиянием климата и человеческой деятельности? Как они сохранили свои генетические особенности в древних породах? И как можно изучать их ДНК, если они уже давно исчезли?


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.



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.


— 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.