Что помнят деревья?

Дуб Финдок в Дербишире, окружённый полями и молодым лесом, является центром экосистемы. Как высшее выражение британских лесов, дубы поддерживают больше жизни, чем любое другое местное дерево. За более чем два столетия этот дуб стал средой обитания для множества видов.

Летом 2023 года дендрохронологи взяли образцы из ствола дерева, чтобы изучить годы «здорового» и «плохого» роста. Они насчитали 195 колец, но не достигли центра — значит, дерево, вероятно, проросло в начале XIX века или раньше. В июле 2023 года дуб Финдок (высотой около 120 футов) стал центральной фигурой в художественном проекте Ring of Truth. В этом сотрудничестве учёных и художников коллектива Walking Forest был представлен воображаемый судебный процесс 2030 года между истцом (дубом) и правительством Великобритании.

Суд «присяжных» из зрителей постановил, что государство должно прекратить нарушать юридические обязательства по защите этого и всех «якорных дубов». Этот момент поднял глубокий вопрос: как и что помнят деревья?

Как работает память деревьев

Для деревьев память — не метафора, а биологическая реальность, записанная в их клетках. Одна из самых удивительных её форм — эпигенетическая память: способность дерева записывать жизненный опыт и позволять этому опыту формировать его будущее, не меняя последовательность ДНК.

В рамках проекта Membra (Understanding Memory of UK Treescapes for Better Resilience and Adaptation) мы изучали ряд экологически важных видов Великобритании, включая дуб, ясень, лещину, бук и берёзу.

В основе процесса лежит ДНК-метилирование, когда с течением времени к ДНК дерева добавляются химические метки — метильные группы. Они не переписывают генетический код, но изменяют то, как он считывается. Эти химические «подписи» могут включать или выключать гены, регулировать реакции и fundamentally менять то, как дерево растёт, адаптируется или защищается.

Например, у дубов длительное воздействие засухи на протяжении десятилетий связано с изменениями в ДНК-метилировании. Это говорит о том, что деревья могут корректировать экспрессию генов в ответ на повторяющийся стресс. Эти эпигенетические воспоминания могут позволять деревьям быстрее реагировать на засуху, болезни или климатические крайности и даже передаваться следующему поколению.

Наши исследования показали, что деревья реагируют на стресс способами, эффект от которых может длиться долго после самого события. Воздействие засухи или высокого уровня CO₂ может оставлять долговременные следы в росте и внутренней химии дерева и влиять на его реакцию на будущие условия. Но сила этой памяти зависит от природы стресса: она более выражена при сильном стрессе (например, болезнь) или при его повторении со временем (хроническая засуха).

У дуба мы обнаружили, что само ДНК-метилирование меняется в зависимости от времени года: уровень метилирования самый низкий ранней весной и увеличивается по мере прогрессирования сезонов. Это говорит о том, что формирование памяти у деревьев может быть гораздо более динамичным, чем считалось ранее.

Во всех изученных нами видах мы нашли свидетельства таких воспоминаний о прошлых стрессах. Например, у ясеней мы начали обнаруживать изменения метилирования, связанные с давлением болезни «отмирание ясеня» (ash dieback), что даёт ключи к пониманию того, как деревья регулируют свою защиту с течением времени по мере развития болезни.

Помнят даже молодые деревья

В лесах Великобритании наблюдается резкий спад численности молодых деревьев (сеянцев и саженцев) из-за растущего списка угроз: продолжительной засухи, потепления, изменения популяций травоядных, а также волны вредителей и патогенов. Согласно одному исследованию (соавтором которого является один из нас, Бруно), уровень смертности саженцев увеличился с 16,2% в период до 2000 года до 30,9% двумя десятилетиями позже.

Учёные Membra исследуют, записывают ли молодые деревья экологический стресс легче, чем старые, и влияет ли эта память, зафиксированная через изменения в ДНК-метилировании, на их выживание.

Один из способов проверить такие трансгенерационные изменения — подвергнуть деревья (дуб и лещину) повышенному уровню CO₂, который ожидается в Великобритании к 2050 году. Это было сделано в Бирмингемском институте исследований леса (Bifor) в Стаффордшире.

Исследования Membra показали, что потомство деревьев, подвергшихся воздействию такого уровня CO₂, реагирует на дальнейшие стрессоры иначе — так, что это может повысить их устойчивость. Например, жёлуди от дубов, подвергшихся воздействию CO₂, были заметно крупнее, а их сеянцы демонстрировали как более быстрый рост, так и повышенную устойчивость к патогенам, таким как мучнистая роса.

На сегодняшний день молекулярный анализ показывает, что унаследованная память об этом воздействии запечатлена в генах деревьев, участвующих в механизмах защиты. Поразительно, что эти полезные эффекты были наиболее выражены в «урожайные» (mast) годы, когда деревья дают особенно много семян.

Аналогично, сеянцы от дубов, подвергавшихся повторяющемуся воздействию засухи, показали повышенную засухоустойчивость. Это говорит о том, что некоторые деревья могут «подготавливать» своё потомство к большей устойчивости перед лицом повторяющегося климатического стресса.

Наша работа также показывает, что молодые деревья можно искусственно «подготовить» к устойчивости. Например, ранняя обработка определёнными природными соединениями повышает устойчивость сеянцев дуба к мучнистой росе, запуская биохимические и транскрипционные ответы, которые позволяют им быстрее и сильнее защищаться.

Важно, что виды сильно различаются по тому, как они передают экологический опыт своему потомству. Лещины, подвергшиеся тем же повышенным условиям CO₂ в лесу Bifor, дали как более мелкие орехи, так и сеянцы, которые часто не приживались после прорастания.

Использование памяти деревьев для посадки будущего

Годовые кольца, подобные тем, что взяты у дуба Финдок, фиксируют не только возраст. Они содержат свидетельства того, как деревья реагируют на изменение климата, рост уровня углерода и экстремальные события.

Исследования с использованием этих природных архивов показали, что рост атмосферного CO₂ уже меняет то, как деревья растут и фотосинтезируют. У некоторых дубов это привело к более быстрому росту и накоплению большего количества углерода. Но это ускорение может иметь скрытые издержки. Быстрорастущие деревья не только раньше достигают зрелости, но и могут умирать моложе, потенциально ограничивая долгосрочную стабильность хранения углерода в лесах.

Понимание того, как разные воспоминания деревьев будут опосредовать их реакции на новые, более стрессовые условия, является ключом к прогнозированию того, какие виды будут процветать, адаптироваться или приходить в упадок. Искусственная «подготовка» молодых деревьев путём раннего воздействия стресса может улучшить их память и выживаемость.

Волна посадки деревьев в Великобритании, часто связанная со схемами компенсации выбросов углерода, быстро меняет ландшафты. Однако выбор видов часто ограничен бюджетом и наличием, что может привести к ограниченному разнообразию и несоответствию между деревьями и местными экологическими условиями.

Выбор правильных деревьев для будущих климатических угроз требует большего, чем просто цифры. Лес, полный быстрорастущих, недолговечных деревьев, может оказать очень иное влияние на местную экосистему, чем лес с долгоживущими особями, несущими память. В худшем случае такие лесные массивы не смогут восстановиться и вымрут.

Наша работа подчёркивает ценность сбора семян от деревьев, переживших историческую засуху, и понимания того, как память, устойчивость и адаптация встроены в биологию многих старых особей.

У деревьев есть права

Идея о том, что природа имеет права, уже не просто философская концепция. Юридическое признание растёт во всём мире. Этот правовой сдвиг дополняет научное понимание от Membra: что зрелые леса с глубокой памятью и биоразнообразием незаменимы.

Их социальная, культурная и экологическая роль огромна. Прислушиваться к знаниям коренных и местных сообществ и наделять «хранителей деревьев» полномочиями жизненно важно для формирования осмысленной общественной практики заботы о деревьях.

Коллектив Walking Forest сотрудничал с Membra не только для обмена научными знаниями, но и для предложения новых способов познания через сторителлинг, ритуал и творческое действие.

Один мощный пример — 107-летняя сосна Монтерей, посаженная суфражисткой Роуз Ламартин Йейтс, последняя известная выжившая из исторического дендрария, посаженного женщинами-активистками в Игл-Хаусе в Сомерсете. С 2018 года художники Walking Forest дарили семена от этой сосны женщинам-активисткам, молодым лидерам, переговорщикам по климату и коренным сообществам на климатических переговорах ООН.

В другом акте коллективной скорби и протеста 100-летнюю берёзу, срубленную для строительства железной дороги HS2, пронесли по Ковентри более 40 женщин в 2021 году.

Что может раскрыть будущее исследование

Мы только начинаем раскрывать сложность памяти деревьев. Будущие исследования могут показать, как именно память передаётся между поколениями, как деревья готовятся к вызовам, которых никогда не видели, и как целые леса могут адаптироваться вместе.

Но наше сотрудничество учёных, художников и сообществ уже помогает изменить то, как люди думают о деревьях: от пассивного фона к обучающимся существам. Через эту работу мы понимаем, что деревья — не просто выжившие; они рассказчики, хранители записей и даже учителя.

Недавнее возвращение к дубу Финдок через два года после «суда» в Ring of Truth показало, что дерево всё ещё стоит, но заметно изменилось. Его два больших упавших сука лежат, покрытые ежевикой и крапивой. Но под его кроной роют норы лисы, поют птицы и цветут фруктовые деревья.

Этот великий старый дуб держится — дерево памяти, а теперь и символ заботы. Дерево напоминает нам, что людям тоже нужны способы «заякориться», пока мы движемся в неопределённые времена вперёд.