От кораллового рифа до козьей фермы: ботаническая история гор Гуадалупе
Ботаники из Техасского технологического университета протестировали новый генетический ресурс Angiosperms353 на растениях из гор Гуадалупе — региона с одними из самых разнообразных экосистем в Техасе. Этот ресурс может помочь раскрыть 500-миллионолетнюю историю наземных растений и создать дорожную карту для защиты уязвимых видов.
Именно с этой целью исследователи секвенировали ДНК образцов растений, собранных почти 50 лет назад, когда горы Гуадалупе впервые получили статус национального парка. Результаты опубликованы в журнале Applications in Plant Sciences.
«Сравнивая их с современными образцами, мы можем попытаться выяснить, как именно повышение температур, изменения погоды и землепользования повлияли на эти популяции», — сказала ведущий автор Мадлен Слимп.
Горы Гуадалупе — очаг генетического разнообразия
Горы Гуадалупе, расположенные в северной части пустыни Чиуауа, — это остатки древнего кораллового рифа и известнякового морского дна, которые начали подниматься из-за тектонической нестабильности около 20 миллионов лет назад. За это время пики поднялись более чем на 5 000 футов над окружающими песчаными дюнами.
Резкий перепад высот позволяет множеству редких растительных экосистем процветать в пустыне: от умеренных лесов и лугов до сухих склонов с кактусами и креозотом, а также пиков, увенчанных пихтами и соснами. Изоляция от других хребтов привела к тому, что многие местные растения эволюционировали здесь в уникальных условиях и больше нигде на Земле не встречаются.
«По своей природе этот район чрезвычайно разнообразен, — сказала Слимп. — Там много эндемичных и уникальных образцов, а также видов, достигших своей самой северной границы».
Ботаники создают ориентир для будущих усилий по сохранению
До получения статуса национального парка эта территория использовалась для сельского хозяйства, в частности, для разведения коз, которые активно выпасались на редких и эндемичных растениях.
Когда в 1966 году земля получила охраняемый статус, биологи получили возможность изучить местную флору и фауну. Два ботаника составили обширный инвентарь всего, что росло в парке, собрав за несколько лет более 3000 образцов с подробными записями.
Спустя почти 50 лет исследователи вернулись к коллекциям из Гуадалупе, чтобы выяснить, как изменилось генетическое разнообразие в регионе за это время.
«Мы можем узнать о здоровье популяции по количеству генетического разнообразия внутри вида, — сказал Мэтт Джонсон, старший автор исследования. — Это может сказать нам, находится ли конкретный вид в опасности».
Сохранённая ДНК позволяет заглянуть в прошлое
Методы, используемые в новом генетическом наборе Angiosperms353, особенно хорошо подходят для работы со старой, деградировавшей ДНК. Тщательно собранная коллекция из Гуадалупе предоставила идеальную возможность для тестирования.
Чтобы получить максимально широкий снимок разнообразия, исследователи стратегически выбрали 24 вида, представляющих большой спектр типов естественной истории, включая травы, деревья, кустарники и разнотравье.
Хотя исследование было предназначено только для предварительного изучения прошлых экосистем парка, результаты анализа ДНК выявили закономерности, которые невозможно было определить только по обследованиям растений или оценкам их численности.
Например, несколько видов, ограниченных районами в горах Гуадалупе и вокруг них, таких как шершавый дуб, большая полынь и мок-оранж, продемонстрировали удивительно высокий уровень генетического разнообразия. При прочих равных, чем больше генетическое разнообразие вида, тем больше вероятность, что он сможет адаптироваться к изменениям климата в долгосрочной перспективе.
Однако изолированные среды гор Гуадалупе, окружённые со всех сторон пустыней Чиуауа, могут действовать как сжимающие тиски на будущие популяции растений. По мере потепления климата растения перемещаются вверх по высоте, компенсируя повышение температуры, объяснила Слимп.
В результате всё больше растений конкурируют за ограниченное пространство, а те, что уже адаптированы к условиям на самых высоких высотах, оказываются в ловушке. «Им может быть некуда деваться, когда станет слишком жарко, — сказала Слимп. — Мы можем потерять огромное количество биоразнообразия в этом районе».
Теперь, когда Слимп и её коллеги установили базовый уровень для сравнения, их следующий шаг — секвенирование ДНК растений, которые в настоящее время растут в горах, чтобы оценить, как изменилось генетическое здоровье их популяций за прошедшие годы.
«С этими результатами мы можем вернуться и повторно отобрать пробы в парке с помощью Angiosperms353, — сказала Слимп. — Лучше понимая, что у нас есть сейчас, мы можем представить, что нужно делать в будущем для сохранения этих видов».