Генеалогическое древо поможет выявить виды, уязвимые к инвазиям и изменению климата

За последние 50 лет изменения стали нормой для лесов Висконсина, и следующие 50 лет вряд ли пройдут спокойно.

Инвазивные виды процветают, в то время как местные виды растений исчезают из некоторых районов. Эти сдвиги в биоразнообразии часто связаны с такими изменениями, как увеличение численности травоядных животных, потеря и фрагментация среды обитания, а также ускоряющееся изменение климата — проблемы, не ограниченные Висконсином.

Четыре исследователя из Университета Висконсин-Мэдисон используют изменчивый ландшафт и растительность штата, а также архив данных обследований, проведенных более 50 лет назад, чтобы изучить корни биоразнообразия растений и его роль в реакции растительных сообществ на глобальные изменения.

«Мы пытаемся собрать сложный пазл о том, почему на одних участках теряется больше видов, чем на других, и почему одни виды сокращаются, а другие увеличиваются», — говорит профессор ботаники Дон Уоллер.

Благодаря пятилетнему гранту в $2.93 млн от Национального научного фонда (NSF), Уоллер и его коллеги — профессора ботаники Кен Кэмерон, Томас Гивниш и Кеннет Ситсма — создадут гораздо более полную картину эволюционной истории растений Висконсина, их физических признаков и того, как это влияет на реакцию видов на изменения структуры ландшафта, соседних видов и климата.

Ключом к их проекту являются записи масштабных обследований участков по всему Висконсину, собранные экологом Джоном Кертисом и его студентами, начиная с 1940-х годов. Команда повторно обследовала более 350 лесных и прерийных участков, что дало исключительно детальную картину экологических изменений.

«Здесь, в Висконсине, у нас есть уникальная возможность отслеживать динамику сотен видов растений на более чем 350 участках», — говорит Кэмерон, директор Гербария штата Висконсин. — «Сравнивая прошлое и настоящее и используя генетику, мы попытаемся спрогнозировать будущее биоразнообразия».

Исследователи используют генетический штрих-кодинг — секвенирование нескольких ключевых генов — для построения филогенетического («семейного») древа для всех 2500 аборигенных и интродуцированных видов растений Висконсина. Это древо внесет вклад в более широкое «древо жизни» всех североамериканских растений и даст команде инструмент для анализа того, как генетические связи и расходящиеся физические характеристики влияют на распределение видов растений. Для нескольких сотен видов оценивается до 50 значимых признаков, что позволит определить их относительную важность в распределении растений и изменениях их численности.

«Мы также хотим понять, как генетическое разнообразие распределено внутри и между популяциями растений и как эта структура может меняться», — говорит Гивниш. — «Теряют ли сокращающиеся популяции генетическое разнообразие? И отражают ли закономерности генетического разнообразия способы распространения этих растений?»

Лучшее понимание этих закономерностей генетической изменчивости также поможет экологам оценить, какие характеристики делают популяции растений уязвимыми к дальнейшим изменениям ландшафтов и климата.

«Смогут ли наши растения адаптироваться к изменениям климата — либо путем адаптации, либо путем расширения ареалов на север?» — спрашивает Уоллер. — «Климат Висконсина уже изменился и, согласно прогнозам, изменится еще сильнее — успеют ли за этим наши растения?»

Эти знания могут быть полезны во всем мире.

«Висконсин — уникальное место для изучения разнообразия растений, поскольку здесь сходятся три основных биома мира», — отмечает Кэмерон. Лиственные леса простираются на восток до Новой Англии, прерии раскинулись на запад до Скалистых гор, а хвойные леса тянутся до Миннесоты и Канады.

«Нам не терпится увидеть, как наши результаты из Висконсина будут соотноситься с данными, собранными в других частях мира. Наша работа может быть полезна для прогнозирования изменений далеко за пределами Среднего Запада», — говорит Уоллер.