Новый метод анализа ДНК помог выявить на древнем Алтае в три раза больше видов растений, чем насчитывалось ранее
Анализ растительной ДНК донных отложений высокогорного озера Балыктукель (Республика Алтай) позволил получить детальную информацию о древнем фиторазнообразии. Российские ученые обнаружили в три раза больше таксонов высших растений, чем при применении стандартных микропалеонтологических методов. Кроме того, оказалось, что доминирующим видом на этой территории была лиственница, а не сосна, как было ранее выявлено при исследовании ископаемой пыльцы. Исследование поддержано грантом РНФ и опубликовано в журнале Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology.
Данные последних десятилетий показывают, что рост населения планеты, значительное увеличение потребления продовольствия и энергии, изменение климата и другие экологические проблемы нарушают природные экосистемы и приводят к снижению биоразнообразия. В основном эти данные включают в себя анализ последних 200 лет, то есть антропоценовый период, но для лучшего понимания изменчивости окружающей среды нужно больше информации. Поэтому в новое исследование ученые Института археологии и этнографии СО РАН с коллегами включили весь голоценовый период, длящийся последние 12 тысяч лет вплоть до современности.
Обычно для изучения разнообразия растений прошлого проводят количественный анализ ископаемой пыльцы. Этот метод ограничен тем, что пыльца не очень хорошо сохраняется, и некоторые различия между видами можно упустить или ошибочно оценить ареал обитания: дерево росло на какой-то территории, но если там не сохранилась его пыльца, ученые могут никогда не узнать об этом. Также играет роль то, что одни растения производят много пыльцы, а другие — мало. В своем исследовании сибирские ученые и их китайские и немецкие коллеги вместе с анализом пыльцы применили генетическое тестирование ископаемой ДНК. Этот метод называется метабаркодингом, а сама ископаемая ДНК — седиментационной ДНК (седаДНК), которая обнаруживается в осадках древних пород. Этот анализ очень информативен: к примеру, именно такой анализ ДНК, взятой из человеческих останков, позволил выделить новую группу древних людей — денисовцев.
С помощью метабаркодинга растительной седиментационной ДНК авторы изучили донные отложения высокогорного озера Балыктукель из самой глубокой точки (23,9 метра), расположенного на Алтае. Так удалось получить детальную информацию о фиторазнообразии в этом месте 7000 лет назад. Озеро — это большая воронка, куда сносятся пыльца и прочие минеральные и органические мелкие частицы со всего водосбора. Здесь они оседают и сохраняются на долгие годы в холоде без доступа кислорода.
Анализ седаДНК позволил обнаружить в три раза больше видов растений, чем при применении стандартных, менее точных микропалеонтологических методов. В частности, ученые установили, что господствующим видом растений была не сосна, а лиственница сибирская, которая до сих пор характерна для лесов в горах Алтая. Пыльца лиственницы плохо сохраняется, и ее очень трудно обнаружить стандартными методами. Данные об этом растении чрезвычайно важны, потому что оно очень чутко реагирует на изменения климата и служит их индикатором: при потеплениях лиственница начинает распространяться на север, при похолодании — отступает к югу. По тому, как мигрирует граница лиственничного леса, можно определять, в какие периоды в древности наступало потепление или похолодание.
«Информация, полученная при помощи анализа седаДНК в ходе разных исследований по всему миру, собирается в большие международные базы. Это уникальный палеогенетический ресурс, который в перспективе можно использовать для целей инженерной биологии. В ДНК древних растений и микроорганизмов содержатся варианты генов, которых нет у современных представителей флоры и фауны. Такие участки древних ДНК — к примеру, отвечающие за кодирование полезных белков, ферментов, — можно использовать в сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генной инженерии», — комментирует Наталия Рудая, руководитель проекта, доктор географических наук, старший научный сотрудник Института археологии и этнографии СО РАН.
Участие в работе приняли сотрудники PaleoData Lab, Института археологии и этнографии СО РАН (Новосибирск), Биологического института Томского государственного университета (Томск), Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань), Института нефтегазовой геологии и геофизики имени А.А. Трофимука СО РАН (Новосибирск); Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена (Санкт-Петербург), Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова. (Якутск), Центрального сибирского ботанического сада СО РАН (Новосибирск) со своими китайскими и немецкими коллегами.
Информация предоставлена пресс-службой Российского научного фонда. Источник фото: Наталия Рудая