Современные гербарии: многовековая наука в цифровую эпоху

Инцидент с уничтожением ценных ботанических образцов из-за недопонимания между учёными и австралийской таможней подчеркнул важность возможности обмена научными образцами по всему миру и ключевую роль гербариев в современной науке.

Гербарии — это не просто "музеи для растений". В эпоху ДНК-штрихкодирования, больших данных, биобезопасности и глобального обмена информацией они стали сложными и развивающимися институтами, которые, сохраняя традиции, применяют современные подходы для понимания природного мира.

Сила 8 миллионов образцов

Гербарий — это коллекция сохранённых образцов растений, организованная и управляемая кураторами и ботаниками, специализирующимися на таксономии и систематике.

В мире существует около 3000 активных гербариев, коллективно содержащих более 380 миллионов образцов, некоторым из которых до 500 лет.

В Австралии девять основных государственных и национальных гербариев, которые вместе с университетскими коллекциями хранят около восьми миллионов образцов. Четыре крупнейших австралийских гербария содержат более миллиона образцов каждый:

• Национальный гербарий Виктории (Мельбурн)
• Национальный гербарий Нового Южного Уэльса (Сидней)
• Австралийский национальный гербарий (Канберра)
• Государственный гербарий Южной Австралии (Аделаида)

Большинство образцов — это засушенные, спрессованные растения, закреплённые на архивном картоне. Иногда их дополняют рисунки, картины или фотографии, фиксирующие детали, неразличимые на образце.

Австралазийский виртуальный гербарий

Наряду с физическими образцами, критически важна сопутствующая информация: где и когда они были собраны, детали среды и имя коллектора.

Крупные австралийские гербарии оцифровали эту информацию, создав передовой набор данных — Австралазийский виртуальный гербарий. Это вдохновило развитие Атласа живых организмов Австралии и дало всем доступ к записям об образцах.

Такие онлайн-наборы данных:

• Предоставляют доказательства нахождения вида в определённом месте и время.
• Связывают находку в природе с физическим образцом в гербарии и его актуальным научным названием.
• Применяются для отслеживания изменений в распространении видов (например, сорняков или инвазивных растений) и выявления угроз биобезопасности.

Иногда гербарные образцы — единственное свидетельство существования вида. Например, вид Gentianella clelandii известен только по коллекции 1947 года и, вероятно, уже утрачен.

Исторические коллекции и научная ценность

В гербариях хранятся растения, собранные во время экспедиций первых европейских исследователей, таких как Дампир, Кук, Флиндерс и Боден. Благодаря тщательным методам консервации, многим образцам более 200 лет, и они до сих пор находятся в отличном состоянии и пригодны для исследований.

Такие исторические образцы часто являются первыми известными сборами ранее не описанного вида и могут быть обозначены как типовые образцы. Они служат глобальной точкой отсчёта для таксономистов, позволяя избежать путаницы в названиях видов.

Записи гербариев помогают отслеживать распространение как вредных, так и исчезающих растений, предоставляя историческую и современную картину.

Таксономия: точность названий

Таксономия — наука об описании, классификации и наименовании организмов. Она жизненно важна для общества, так как устраняет неоднозначность в идентификации видов.

Общеупотребительные названия растений могут вводить в заблуждение. Например, австралийское дерево Eucalyptus camaldulensis известно как River Red Gum, Blue Gum, Murray Red Gum, Red Gum, River Gum и Yarrow. Таксономисты, сравнивая гербарные образцы, устанавливают, что это один вид.

Неточно применённые таксономические названия создают проблемы, например, при поиске новых биологических соединений (лекарств, косметики) или при биологическом контроле вредителей. Ошибка в идентификации вида может привести к потере времени, денег и непредсказуемым последствиям.

Гербарии как исследовательский ресурс

Крупные гербарии обычно ведут научно-исследовательскую работу в областях таксономии, систематики, эволюционной биологии, биологии сохранения и прикладной ботаники.

Многие гербарии имеют молекулярно-генетические лаборатории. ДНК можно извлечь даже из очень старых образцов, что делает их частью современных ДНК-исследований. ДНК-штрихкодирование стало быстрым инструментом идентификации видов.

В глобальной базе данных BOLD сейчас доступны штрихкоды для более чем 265 448 видов. Эти последовательности ДНК, связанные с гербарными образцами, являются глобальным ресурсом для работы с "большими данными".

Ценность гербарных образцов выходит за рамки самих растений. Их используют для:

• Выявления изменений сроков цветения, морфологии листьев и ареалов видов в связи с изменением климата.
• Анализа химических веществ (тяжёлых металлов, элементов), накопленных растением.
• Изучения восков на поверхности листьев, а также насекомых, грибов и бактерий, населявших растение.

Глобальная сеть гербариев обменивается образцами. Кураторам приходится балансировать между запросами на использование образцов для текущих исследований и необходимостью их долгосрочного сохранения. Возможность отслеживать влияние изменения климата на растения может сделать современные гербарные коллекции бесценными в будущем.