Образцы растений, хранящиеся в музеях, могут стать ключом к сохранению биоразнообразия

от

Гербарии, или «музеи растений», хранят миллионы образцов, собранных за несколько веков. Биолог из Стэнфорда Барнабас Дару рассказывает, как современные технологии могут раскрыть этот клад, предоставив учёным ценную информацию о растениях и экосистемах, которые они поддерживают.

Один высушенный цветок, размещённый на листе белого картона, — это образец растения, созданный с использованием очень старой технологии. Люди собирают такие образцы с 1600-х годов.

Вооружившись новейшими технологиями, такими как искусственный интеллект и геномное секвенирование, биолог из Стэнфорда Барнабас Дару видит огромные возможности в изучении этих коллекций, насчитывающих несколько веков.

Исследователи потенциально могут извлечь массу информации из миллионов образцов, хранящихся в 3 000 гербариях мира, которые Дару называет «музеями растений». Эти данные могут помочь выявить долгосрочные тенденции роста растений и получить представление о нашей быстро меняющейся среде.

«Столько данных о растениях содержится в образцах гербария, но они не используются, — сказал Дару, доцент кафедры биологии в Школе гуманитарных и естественных наук Стэнфорда. — Сейчас самое время изучить эти ресурсы, которые были спрятаны в шкафах для хранения. Учитывая доступные новые технологии, мы действительно можем использовать образцы для понимания биоразнообразия растений новыми и интересными способами».

Например, геномное секвенирование позволяет взять небольшой кусочек ткани листа из образцов гербария и увидеть, как генетика вида растений менялась с течением времени. Искусственный интеллект может помочь проанализировать огромное количество образцов для поиска визуальных изменений у вида, таких как различия в размере листьев или количестве и форме цветков.

Исследовательский потенциал, заложенный в гербариях, вдохновил Дару на написание двух статей, в которых подробно описываются возможности для других учёных. Одна из них, опубликованная в журнале New Phytologist, посвящена использованию ресурсов гербария для определения того, как виды растений переместились в разные регионы с течением времени, — ценные знания, которые могут помочь предсказать будущее перемещение видов в условиях изменения окружающей среды.

Вторая статья, опубликованная в журнале Nature Reviews Biodiversity, описывает, как образцы из гербария могут быть использованы для изучения экологических взаимодействий растений с другими живыми организмами, такими как травоядные, опылители, микроорганизмы или растения-конкуренты.

«Растения находятся в начале пищевой цепи, поэтому всё, что влияет на растения, окажет каскадное воздействие на каждый организм, который от них зависит, включая людей», — сказал Дару.

Например, много можно узнать о травоядных по отметинам на листьях. Формы, похожие на полумесяц, или скелетизированные листья могут указывать на то, какие виды растительноядных насекомых присутствовали. Насекомые составляют наибольшее число травоядных, но более крупные травоядные, такие как олени и лоси, также оставляют следы, которые можно идентифицировать.

Кроме того, кристаллизованный нектар может дать представление о прошлых опылителях. Лаборатория Дару в настоящее время работает над проектом под руководством докторанта Лорен Пулео по регидратации старого нектара из образцов гербария, а затем использованию масс-спектрометрии для анализа молекул и идентификации типов присутствующих сахаров.

Микроорганизмы растений, такие как бактерии, грибы и вирусы, также критически важны для отслеживания. Хотя некоторые из них приносят пользу своим хозяевам-растениям, многие также действуют как патогены, например, гриб, вызвавший голландскую болезнь вяза, что привело к массовому вымиранию этого дерева в Европе и Северной Америке в прошлом веке. Когда патоген поражает основные сельскохозяйственные культуры, это также угрожает людям, как это сделал гриб, вызвавший ирландский картофельный голод в 1800-х годах.

Мёртвые микроорганизмы можно найти в образцах гербария, что позволяет узнать больше об этих исторических микробных взаимодействиях с растениями. Такие знания из прошлого могут помочь предотвратить следующее массовое вымирание сельскохозяйственных культур или видов деревьев, сказал Дару.

Существует также потребность в фундаментальной информации о прошлом биоразнообразии растений, их распространении и взаимодействиях.

«Важно понимать состояние биоразнообразия исторически, до того, как люди начали воздействовать на окружающую среду, потому что, если мы сможем узнать эту траекторию, то будет легче предсказать, как оно будет выглядеть в будущем», — сказал он. — «Образцы гербария могут сделать это возможным».

Предоставлено Стэнфордским университетом.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте