Ученые проследили происхождение вымершей популяции растений с вулканического острова Нисиносима

Ученые из Столичного университета Токио определили генетическое происхождение ныне вымершей популяции растений с Нисиносимы — вулканического острова, чьи частые извержения периодически "обнуляют" растительность.

Они проследили её происхождение до соседнего острова, но обнаружили уникальные генетические особенности из-за редкости заноса семян, включая "эффект основателя". Эти данные дают редкую возможность заглянуть в самые ранние стадии развития экосистемы в изолированной среде.

Исследование опубликовано в журнале Plant Systematics and Evolution.

Нисиносима, часть архипелага Огасавара, находится примерно в 1000 км к югу от Токио. Для неё характерна регулярная вулканическая активность; серия крупных извержений в 2013 году уничтожила почти всю растительность.

Хотя это катастрофично для растений, такие периодические "сбросы" и удалённость острова дают учёным редкий шанс изучить раннее развитие экосистем, когда недавно прибывший генетический материал пытается закрепиться.

Команда под руководством профессора Кодзи Такаямы из Столичного университета Токио исследовала образцы портулака огородного (Portulaca oleracea), собранные на острове в 2019 году, незадолго до извержения, уничтожившего почти всю флору.

Хотя этот вид распространён по всему миру в умеренном и тропическом климате, популяция на Нисиносиме сейчас считается вымершей. Генетический анализ был проведён на этих редких образцах, которые стали частью 254 индивидуальных проб, взятых из 51 отдельной популяции по всей Японии и Гуаму.

Путём тщательного сравнения команда выяснила происхождение популяции с Нисиносимы и её место в "родословном древе" (филогенетическом дереве) вида Portulaca oleracea. Они изучили как ДНК хлоропластов, так и полногеномный анализ ядерной ДНК, классифицируя группы по генетическому сходству.

Оказалось, что популяция наиболее тесно связана с популяциями на соседнем острове Титидзима. Однако также стало ясно, что особи с Нисиносимы имели отличительные генетические черты. Ключевым моментом стало то, что они, по-видимому, произошли от очень небольшого числа особей, что привело к сильному перекосу в последующем генетическом разнообразии. Это явление известно как эффект основателя.

Семена портулака плоские, сплюснутые и размером менее миллиметра, что позволяет им легко расселяться ветром, птицами и океанскими течениями.

Однако анализ команды показал, что возможности для выживания растения на острове были крайне ограничены: наблюдаемый в образцах эффект основателя был очень сильным. Также были найдены свидетельства генетического дрейфа, когда изменения в генетике вызваны изолированными событиями, такими как тайфуны и извержения, а не естественным отбором.

Работа команды — это первый взгляд на филогенетику уже вымершей популяции. Уникальная среда островов позволяет учёным заглянуть в начальные стадии генетической эволюции в изолированных островных условиях: от того, как популяции образуются путём переноса семян, до того, как они выживают и развиваются. Это также может привести к пониманию того, как восстанавливаются популяции растений после природных катастроф.