Гербарии как источники больших данных о функциональных признаках растений
Новый обзор в International Journal of Plant Sciences объединяет разрозненные исследования, чтобы синтезировать прошлое, настоящее и потенциальное будущее использования гербарных образцов в качестве источников данных о функциональных признаках растений.
Сбор образцов из природы — древняя практика, сохраняющая то, что иначе было бы эфемерным, в виде более постоянных объектов для изучения. Более 3000 активных гербариев по всему миру служат огромным, общим и всё более связанным научным ресурсом, документирующим ботаническое разнообразие во времени и пространстве. С 396 миллионами образцов (и их количество растёт) эти коллекции представляют все формально описанные виды растений — результат работы многих тысяч ботаников на каждом континенте на протяжении более четырёх столетий. Однако лишь недавно эти образцы стали признавать источником обширных данных о функциональных признаках растений.
Традиционное и новое использование гербариев
Традиционно гербарии применяются в таксономии и систематике, флористике и биогеографии, идентификации видов, в качестве научных образцов-свидетелей (vouchers) и для образования. Однако научная значимость гербариев расширилась далеко за пределы этих основных применений. Теперь она включает:
- Извлечение генетического материала из вековых образцов.
- Количественную оценку изменяющихся взаимодействий растений и насекомых.
«Методологические достижения углубили нашу способность отвечать на давние вопросы в рамках исторически ориентированных на гербарии дисциплин (таких как систематика), но также позволили появиться совершенно новым применениям в разных областях», — пишет автор. Новые молекулярные методы, такие как секвенирование нового поколения, сделали возможным извлечение генетического материала из гербарных образцов в развивающейся области «музеомики». Такие достижения дали новые филогенетические данные о вымерших видах и позволили обнаружить генетические изменения интродуцированных видов по мере их распространения. Движущей силой для большинства, если не всех, этих новых применений гербариев является оцифровка музейных образцов.
Гербарии и функциональные признаки
Последние 20 лет также стали свидетелями трансформации в использовании функциональных признаков растений (определяемых как любые морфо-физио-химико-фенологические характеристики, служащие прокси для понимания индивидуальной приспособленности) для превращения экологии сообществ в предсказательную, основанную на механизмах дисциплину. Изучение биоразнообразия и жизнедеятельности растений через функциональные признаки открыло новую эру понимания стратегий растений в контексте экологических, эволюционных и физиологических компромиссов.
«Как эколог, впервые попавший в гербарий, я был поражён богатством и огромностью информации в этих коллекциях, и большая её часть остаётся нереализованной за пределами таксономии», — отмечает автор. «Использование образцов для получения данных о признаках отнюдь не ново, но оно разбросано по многим исследованиям и часто в меньших масштабах. Этот обзор призван способствовать наступлению новой захватывающей эры для гербариев».
Потенциал, ограничения и будущее
В обзоре автор описывает:
- Известную ценность гербариев в исследованиях признаков через подборку исследований, освещающих задаваемые вопросы и используемые подходы.
- Потенциальную ценность, включая усилия по автоматизации измерений признаков в массовом масштабе и в значительной степени неиспользованный потенциал гербариев для глобальных баз данных по признакам.
- Ограничения использования гербарных образцов для исследования признаков с возможными путями смягчения проблем, вызывающих сомнения в их использовании.
- Будущие пути для улучшения исследований, основанных на признаках и гербариях, и признания гербариев центрами исследований функциональных признаков.
«Вновь разработанные методы продолжат раскрывать непредвиденные способы использования образцов, преодолевая предполагаемые систематические ошибки и недостатки существующих коллекций. Сбор растений также должен продолжаться и расширяться за пределы традиционных исследователей, работающих с коллекциями», — пишет автор. Он предлагает новые практики сбора, которые потребуют новой научной культуры вокруг гербариев со значительными инвестициями в цифровую, физическую и кадровую инфраструктуру для преобразующих изменений.
«Сейчас захватывающее время для коллекций. Подкреплённые более чем десятилетием оцифровки и новыми инициативами, роль гербариев в современных исследованиях должна только усиливаться. Гербарии следует признать центрами исследований функциональных признаков, сфера их применения столь же разнообразна, как и хранящиеся в них образцы».