Сотрудничество ученого из Центрального сибирского ботанического сада СО РАН и международной группы исследователей было направлено на изучение растительного биоразнообразия Цинхай-Тибетского нагорья – крупнейшего и наиболее высокого плато в мире, что находится в Центральной Азии. Внимание специалистов привлекла флора этого региона, поскольку здесь произрастает 82 эндемичных рода растений, возникновение которых, возможно, связано с геологическим подъемом Цинхай-Тибетского нагорья и вызванными им климатическими изменениями. Исследование, получившее поддержку гранта Российского научного фонда (РНФ), было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
На Цинхай-Тибетском нагорье произрастает свыше 1500 родов и не менее 12 000 видов растений, причем четверть из них являются эндемиками. Из-за глобального изменения климата, которое особенно ощутимо на больших высотах (более 4,5 километра над уровнем моря), нагорье нагревается в два раза быстрее, чем в среднем по планете. Это, в свою очередь, приводит к исчезновению уязвимых эндемичных видов, которые также страдают от влияния деятельности человека. Палеонтологические исследования демонстрируют, что этот регион был одним из ключевых центров современного биоразнообразия и способствовал его распространению между континентами во всех направлениях.
Цинхай-Тибетское нагорье включает в себя три субрегиона: плато, Гималаи и Хэндуаньские горы. Эта территория характеризуется значительным биоразнообразием и высоким уровнем эндемизма флоры – некоторые виды растений произрастают исключительно здесь. Исследователи полагают, что формирование разнообразия растительности на Цинхай-Тибетском нагорье началось под воздействием геоклиматических изменений кайнозойской эпохи, которые произошли примерно 66 миллионов лет назад. Эволюционные истории трех субрегионов отличаются: их развитие происходило не одновременно, а в индивидуальном ритме, в ответ на изменения климата. В Хэндуаньских горах преобладало видообразование на месте, и именно здесь сосредоточены наиболее древние эндемичные виды растений, которые стали основой уникального биоразнообразия. В двух других субрегионах специалисты отмечают влияние видов растений, мигрировавших в экосистему нагорья, преодолев границы своего обычного распространения.
«Технологии секвенирования нового поколения позволили получить значительные объемы информации о геномах растений, протеомах, транскриптомах и других биологических структурах. Быстро развивающаяся область ботаники — биоинформатика растений — предоставляет вычислительные инструменты для анализа этих масштабных данных. «Для изучения рода василисник мы применяли методы биоинформатики», — сообщил руководитель проекта, ведущий научный сотрудник Центра системного биогеохимии СО РАН, кандидат биологических наук Андрей Сергеевич Эрст.
Ученые установили прямую взаимосвязь между разнообразием живых организмов Цинхай-Тибетского нагорья и геологическими, а также климатическими изменениями. Подъем и расширение этого нагорья продолжались после столкновения Индии и Евразии, произошедшего приблизительно 60 миллионов лет назад. Горообразование трансформировало азиатские ландшафты и оказало значительное влияние на региональный климат. Современный восточноазиатский летний муссон, сформировавшийся около 25 миллионов лет назад, и по сей день находится в стадии эволюции, что оказывает воздействие на развитие различных растений и организмов. Геологические и климатические процессы в эпоху миоцена стимулировали разнообразие родов растений Цинхай-Тибетского нагорья, а последующие периоды оледенения повлияли на формирование новых видов. Развитие флористического эндемизма в субрегионах нагорья происходило по различным траекториям, что обусловлено их особенными геоклиматическими условиями. Эндемичные роды флоры этого региона предоставляют возможность исследовать происхождение эндемизма в целом. Полученные группой ученых результаты помогут разработать меры по сохранению уникального биоразнообразия Цинхай-Тибетского нагорья и других регионов мира, а научный подход, примененный при изучении биоты, способствует созданию базы знаний для выявления эволюционных закономерностей.
«Для проведения исследования мы использовали как растения, собранные в природе во время экспедиций, так и гербарные образцы, находящиеся в хранилищах Китая, Франции, Америки и России. Гербарные коллекции представляют собой ценнейший источник информации, позволяющий изучать внешние характеристики и географическое распространение растения, а также устанавливать его видовую принадлежность. При этом важно учитывать, что ДНК в таких коллекциях сохраняется в течение продолжительного времени. Например, в более ранней работе мы расшифровали последовательность ДНК, выделенной из образцов 1940-х годов», — отметил Андрей Эрст.
Исследование проводилось в рамках Российско-Китайского проекта Российского научного фонда (РНФ), 24-44-00027 («Изучение взаимосвязи и эволюционных механизмов покрытосеменных растений флоры Цинхай-Тибетского нагорья и Арктики 2024—2026»).
Данный материал создан при финансовой поддержке гранта Министерства науки и инноваций Российской Федерации в рамках проведения Десятилетия науки и технологий.
Фотография, сделанная Ольгой Ивановой, предоставлена исследователем