17/07/2023
0Ветвь Blutaparon hardum , собранная в ходе экспедиции 1905-1906 годов на Галапагосские острова, содержит сотни потенциально жизнеспособных семян. БОТАНИЧЕСКИЙ САД НЬЮ-ЙОРКА
Вооруженные новыми технологиями, ботаники предлагают то, что когда-то считалось непрактичным: возродить давно утраченные виды растений, используя семена высушенных образцов в коллекциях. Проблемы остаются пугающими, но исследователи уже ищут лучших кандидатов на возрождение.
В январе 1769 года ботаники Джозеф Бэнкс и Даниэль Соландер на Огненной Земле, на южной оконечности Южной Америки нашли маргаритку. Позже названный Chiliotrichum amelloides , этот был одним из тысячи видов растений, неизвестных европейским ученым, которые двое мужчин, преодолевая коварные моря и негостеприимные пейзажи, собрали во время первого путешествия капитана Кука на HMS Endeavour /Индевор – корабль первой экспедиции/, чтобы задокументировать каждое растение, с которым они столкнулись во время кругосветного плавания. Растение высушивали и прессовали для дальнейшего изучения. Сегодня 254-летний образец входит в число почти 8 миллионов сохранившихся растений в гербарии Уильяма и Линды Стир в Нью-Йоркском ботаническом саду.
На протяжении почти пяти столетий гербарии помогали ботаникам идентифицировать, называть и классифицировать разнообразие цветов в мире. Теперь эти обширные ботанические библиотеки используются, чтобы попытаться создать новую главу в 500-миллионной истории наземной растительной жизни Земли. В декабре в журнале Nature Plants международная группа биологов опубликовала первый в истории список глобально вымерших растений, которые, по их мнению, могут быть возвращены из мертвых с использованием семян, имеющихся в гербарных образцах. Многие из этих растений относятся к так называемым «пограничным» видам, представляющим уникальную эволюционную линию, которая была утеряна.
«Когда растение вымирает, — говорит Джулия Альбани Роккетти, научный сотрудник Университета Рима Тре и ведущий автор статьи, — мы теряем не просто вид, мы теряем члена сообщества среды обитания с определенной ролью и отношениями с другими видами; мы теряем тысячелетия эволюции и адаптации; мы теряем гены, которые могли бы дать представление о виде и его сообществе и дать новые фармакологические соединения и другие продукты». Если вид удастся вернуть к жизни, есть шанс, что все это можно восстановить.
Ботаники только сейчас осознали потенциал семян образцов для воскрешения форм жизни, которые считались потерянными навсегда.
В последние десятилетия семена редких и находящихся под угрозой исчезновения видов хранились в банках семян при низкой влажности и температуре, которые переводят находящиеся внутри зародыши в своего рода состояние анабиоза, чтобы максимально увеличить их продолжительность жизни. Однако уже утраченные виды остаются только в виде экземпляров в коллекциях высушенных и прессованных растений, известных как гербарии, и только в некоторых (счастливых) случаях. Гербарии никогда не предназначались для продления жизни. Лишь немногие из этих растений имели плоды и семена, когда их собирали. И даже когда семена обнаружены в гербарии, нет простого способа сказать, мертвы ли зародыши внутри или лежат в спящем состоянии, ожидая, чтобы прорасти, когда условия будут подходящими.
В то время как гербарные образцы с семенами были доступны на протяжении столетий, ботаники только сейчас осознали их потенциал для воскрешения форм жизни, которые считались потерянными навсегда. Эбби Мейер, исполнительный директор Botanic Gardens Conservation International в Соединенных Штатах, указывает на подъем в последние десятилетия области биоинформатики, которая преобразовала кладезь информации о биоразнообразии, когда-то запертую в коллекциях естественной истории, таких как гербарные образцы вымерших животных. растений, содержащих семена, в доступные для просмотра цифровые базы данных. Ботанический сад Нью-Йорка (NYBG), например, начал оцифровывать образцы своих гербариев в середине 1990-х годов, и сегодня около 4 миллионов, или около половины сохранившихся растений, были отсканированы и теперь могут быть вызваны на экран компьютера из любой точки мира. Агрегаторы данных, такие какГлобальный информационный центр по биоразнообразию предоставляет исследователям, ищущим семена, мгновенный доступ к миллионам отсканированных образцов вместе с соответствующими «метаданными», такими как координаты GPS, где были собраны растения. В то же время ученые совершенствуют методы спасения эмбрионов in vitro, увеличивая вероятность того, что старые или слабые зародыши семян могут вырасти в жизнеспособные растения.
Техник делает снимки образцов растений в высоком разрешении из гербария Нью-Йоркского ботанического сада для использования в базе данных с возможностью поиска. БОТАНИЧЕСКИЙ САД НЬЮ-ЙОРКА
По словам Маккенны Сантьяго Койл, которая продемонстрировала 16 вымерших растений в онлайн-галерее на сайте гербария NYBG, эти образцы «являются замечательным взглядом в прошлое, запечатлевшим мгновение до того, как произошло что-то трагическое». Например, предложенный кандидат на вымирание пеперомия Дегенера, Peperomia degeneri., является эволюционно уникальным представителем семейства перцев, сохранившимся в единственной коллекции. В 1928 году ботаник Отто Дегенер сорвал это растение на влажных тенистых склонах живописной восточной оконечности гавайского острова Молокаи, где находятся самые высокие морские скалы в мире. Этот вид когда-то сидел на других растениях и получал влагу и питательные вещества из воздуха, дождя или мусора, которые скапливались вокруг него. Однако за последнее столетие леса Молокаи были наводнены интродуцированными инвазивными растениями и животными, и этот вид больше никогда не видели.
В то время как попытки возродить додо, шерстистого мамонта и другую харизматичную мегафауну продолжают попадать в заголовки, в лучшем случае они приведут к появлению гибридного, генетически модифицированного животного — аналога вымершего вида. Напротив, восстановление растений путем проращивания или культивирования тканей любых выживших семян или спор, сохраненных в гербариях, приведет к возрождению реальных видов.
Некоторые семена обладают удивительной способностью выживать в неблагоприятных условиях и прорастать спустя десятилетия и даже столетия.
Но воскресить из мертвых такие растения, как пеперомия Дегенера, — непростая задача. Одно из самых больших препятствий — выяснить, как прорастить несколько драгоценных семян часто генетически уникальных растений, которые можно найти только в высушенных экземплярах. Права на ошибку почти нет, и прежде чем пытаться прорастить сам вымерший вид, ученые должны усовершенствовать методы проращивания семян любых выживших близкородственных видов. Если исследователи преуспеют, они произведут революцию в сохранении растений и продемонстрируют, что, по крайней мере, для некоторых видов вымирание не навсегда.
В декабре 2019 года Джулия Альбани Роккетти сидела в Центральном гербарии Флоренции, восхищаясь остатками Ranunculus mutinensis , эндемичного лютика, который когда-то рос во влажных пойменных лесах реки По, протекающей по северо-востоку Италии. «У меня уже было смутное представление о том, как трудно было найти гербарные образцы с семенами, и насколько редкими и ценными были экземпляры вымерших видов», — вспоминает она. Поэтому для нее было волнительно найти не один, а два экземпляра ранункулюса с многочисленными зрелыми плодами, называемыми семянками. Затем она провела месяцы за своим рабочим столом в Риме, увеличивая оцифрованные изображения вымерших растений из гербариев по всему миру на экране своего компьютера в невероятном поиске семян.
Горох славы острова Филлип, который когда-то рос в Австралии, является главным кандидатом на возрождение. БОТАНИЧЕСКИЙ РЕГИСТР ЭДВАРДСА
Ее также вдохновило знание того, что некоторые семена обладают удивительной способностью выживать в неблагоприятных условиях и прорастать через десятилетия, даже столетия — например, иудейская финиковая пальма, которую группа ученых успешно прорастила в 2005 году из 2000-летнего семени. И хотя вероятность найти живые семена в образцах гербария невелика, это всё же возможно, учитывая почти 400 миллионов образцов растений в 3000 гербариях по всему миру.
Альбани Роккетти и его коллеги из Университета Рима Тре начали проект с анализа онлайн-баз данных, созданных ботаниками со всего мира, и составили разнообразный список из 361 глобально вымершего вида, охватывающего 92 семейства цветковых растений. Тщательно изучив образцы цифрового гербария с помощью агрегаторов данных, таких как Глобальный информационный центр по биоразнообразию, они выявили 556 образцов, содержащих семена, представляющие 161 вымерший вид растений.
Она и ее соавторы приступили к разработке новаторской дорожной карты для определения приоритетов видов, подлежащих вымиранию. Предполагая, что виды, чьи близкие родственники производят долгоживущие семена, а более новые образцы с наибольшей вероятностью содержат выжившие семена, они объединили данные о поведении семян и продолжительности жизни близкородственных растений, а также о возрасте каждого экземпляра, чтобы создать DEXSCO, или лучшая оценка кандидата на возрождение для каждого вида. Наконец, они дополнили эти оценки определением эволюционных особенностей каждого растения. Растения, которые они рекомендуют в качестве кандидатов на вымирание, — это 50 видов с наивысшими баллами.
Образец с семенами небольшого травянистого растения, называемого короткоплодным колосом, Eleocharis brachycarpa , был собран почти 190 лет назад и является сравнительно старым для кандидата на вымирание. Но этот вид, который был найден только в болотах в Техаса и соседнем мексиканском штате Тамаулипас, имеет высокие оценки эволюционной самобытности. В отличие от собратьев из семейства осоковых, у него были крошечные листья, а фотосинтез происходил в основном на зеленых стеблях.
«Это такие редкие товары, что их нельзя просто так бросить в землю», — говорит ботаник о семенах вымерших растений.
Стреблориза особая, впечатляющий представитель семейства гороховых, был еще одним чудом эволюции, настолько уникальным, что считается единственным представителем своего рода или близкородственной группы растений. Поразительные каскады розовых цветов этого вида буйно карабкались по деревьям на острове Филлип в Тихом океане к востоку от Брисбена, Австралия. Собранный в 1804 году австрийским ботаником Фердинандом Бауэром, горох славы острова Филлип мгновенно стал хитом в Европе, желанным для каждой богатой семьи с оранжереей. Тем временем, однако, остров Филиппа был наводнен свиньями, козами и кроликами, завезенными британскими офицерами, наблюдавшими за соседним исправительным поселением, оставившим лишь клочки уникальной растительности отдаленного острова, а славный горох больше никогда не видели в дикой природе. Но растение, которое оказалось трудно выращивать в горшках без родной богатой вулканической почвы, кажется, вымерли в культуре до 1850 года в Европе. Горох славы в настоящее время считается вымершим, но под номером три находится в верхней части списка рекомендуемых кандидатов на вымирание.
Николь Тарновски достает папку, содержащую цветок мангареванской плевелы, Achyranthes mangarevica , из стального шкафа в гербарии NYBG с контролируемой температурой и влажностью. Как помощник директора крупнейшего гербария в Западном полушарии, она может обрабатывать десятки образцов в день. Но этот образец особнный. “Грустно. Так грустно», — говорит Тарновски. В 1934 году это маленькое деревце с заостренными продолговатыми листьями и мелкими соломенно-желтыми цветками, собранными на его многоветвистых соцветиях, было найдено в небольшом фрагменте влажного леса на крутом южном склоне горы Мокото на острове Мангарева Французской Полинезии К тому времени местная растительность острова уже была уничтожена непрерывным сжиганием и выпасом коз.
Образцы вымершего цветка мангареванской мякины (слева) из Французской Полинезии и вымершей пеперомии Дегенера (справа) с Гавайев. БОТАНИЧЕСКИЙ САД НЬЮ-ЙОРКА
Семена цветов мякины на гербарных образцах, которые могут быть живыми или неживыми, являются единственной надеждой на будущее растения. Прогноз сомнительный. Старые семена из гербариев успешно прорастают, но пока нет задокументированных примеров вымирания растений с использованием семян из гербарных образцов. Одной из основных сложностей является то, что мало что известно о привычках и предпочтениях таких редких и часто генетически уникальных существ. В большинстве случаев единственная подсказка об условиях, в которых они росли, содержится на этикетке каждого экземпляра. Время от времени ботаник, собиравший растение, делал несколько заметок на прикрепленном листе бумаги. Эта информация будет иметь решающее значение для долгого и кропотливого процесса разработки протоколов, чтобы уговорить их прорасти.
«Это такие редкие товары, что вы не можете просто бросить их в землю», — говорит Уэсли Кнапп, главный ботаник NatureServe. В течение последних нескольких лет он работал с Валери Пенс, директором по исследованиям растений в зоопарке и ботаническом саду Цинциннати, пытаясь прорастить гербарные семена нескольких вымерших видов, в том числе камыша туповатого, Juncus pervetus , который не видели с момента отбора образца для гербария в 1928 году в единственном месте, на солончаке в Массачусетсе. До настоящего времени им не везло.
Еще одна проблема борьбы с вымиранием растений – отсутствие финансовой поддержки для ее осуществления. Характерно, проблем с финансированием и споров вокруг попыток воскресить, скажем, шерстистого мамонта или странствующего голубя не возникает . «По какой-то причине человеческий мозг не так озабочен растениями, как животными, — говорит Кнапп. «Но в данном случае мы буквально просто проращиваем семена. Мы не реконструируем геном. И это менее пугающе. Это каждый может понять».
Увеличение числа отсканированных образцов гербария позволило ученым лучше документировать потери растений.
Тем не менее, некоторые ученые сомневаются в потенциальном ущербе, который может быть нанесен при извлечении семян из драгоценных гербарных образцов. В статье 2021 года в журнале Taxon Албани Рочетти и его коллеги сообщают об опросе ботанического сообщества, в ходе которого большинство респондентов заявили, что разрешат сбор небольшого количества семян, предпочтительно из дубликатов образцов видов-кандидатов, но выступают за более строгий контроль над другими, такими как так называемые «типовые образцы», на которых основываются описание и название видов растений.
В нескольких минутах ходьбы от гербария в Ботаническом саду Нью-Йорка находится Brugmansia suaveolens , кустарник или небольшое дерево, произрастающее в Бразилии, широко известное как труба ангела или слезы ангела. Он назван в честь его ослепительных, желтых или белых, висячих и сладко ароматных трубчатых цветов длиной в фут. Этот вид вымер в дикой природе и является одним из по крайней мере 39 растений во всем мире, которые выживают только в культуре, в одном шаге от исчезновения. «Генетическое узкое место — одно из самых больших препятствий для долгосрочного выживания этих растений», — говорит Мейер из Botanic Gardens Conservation International. Возобновление вымирания может не только воскресить давно исчезнувшие виды, но и предложить столь необходимую генетическую изменчивость для вымерших в дикой природе видов, большинство из которых ненадежно цепляются за жизнь в чрезвычайно небольшом количестве.
Барбара Тьер, директор гербария Нью-Йоркского ботанического сада, рассматривает образцы растений. БОТАНИЧЕСКИЙ САД НЬЮ-ЙОРКА
Согласно текущей наилучшей оценке , за последние 250 лет во всем мире вымерло почти 600 растений — скорость примерно в 500 раз выше, чем «базовая» скорость, при которой растения исчезли бы без вмешательства человека. Анализ растений в Северной Америке к северу от Мексики с момента заселения европейцами показал, что вымерло почти вдвое больше растений на большей территории, чем предполагалось ранее . «Фактическая скорость вымирания, несомненно, намного выше», — пишут исследователи, поскольку некоторые растения, вероятно, исчезли, когда европейские поселенцы переселились в новые районы, особенно на американский Запад, до того, как ботаники смогли задокументировать обитавшие там виды.
Увеличение числа отсканированных и легкодоступных образцов гербария позволило ученым лучше документировать потери растений. Но, согласно исследованию 2020 года , только около 38 процентов образцов сосудистых или высших растений в гербариях доступны в цифровой форме; большая часть остальных остается «темными данными», ограниченными небольшими региональными гербариями.
По мере того, как глобальные усилия по оцифровке образцов продолжаются, и все больше гербариев попадают в мир больших данных, число кандидатов на вымирание неизбежно будет увеличиваться. Если исследователям удастся раскрыть секреты долго спящих эмбрионов в коллекциях гербариев, возможно, действительно удастся не только остановить, но и обратить вспять нарастающую волну вымирания растений.
