В первом исследовании, посвященном прогнозированию того, могут ли различные популяции одного и того же вида растений адаптироваться к изменению климата, ученые из Института биологии развития им. Макса Планка пришли к выводу, что растения из Центральной Европы умирают первыми.
Исследователи сосредоточились на горчичном крессе, который растет в Европе, Азии и на северо-западе Африки. Удивительно, но скандинавские растения могут справиться с сильной засухой так же хорошо, как растения из средиземноморских стран. Это может быть связано с тем, что вода в скандинавской почве замерзает на многие месяцы, что делает ее недоступной для растений и эффективно создает условия для засухи.
Исследователи посадили семена горчичного кресс-салата, собранные в более чем двухстах местах, таких как Северная Африка, Испания, Центральная Европа и северная Швеция. После того, как они проросли в оптимальных условиях, растения подверглись сильной засухе, и была зарегистрирована их способность пережить этот стресс. Используя данные крупномасштабного секвенирования генома, определенные генетические варианты могут быть связаны со способностью растений выживать дольше. В сочетании с климатическими прогнозами Межправительственной группы экспертов по изменению климата команда смогла создать карты, показывающие расположение генетических вариантов, имеющих ключевое значение для будущего выживания вида.
«Я был потрясен, когда прикоснулся к почве в горшках с растениями из северной Швеции и Испании и обнаружил, что она совершенно сухая и ломкая, в то время как растения выжили с богатыми зелеными листьями», - говорит ведущий автор Мойзес Экспозито-Алонсо из Институт Макса Планка по биологии развития.«Я поехал в Швецию, где наблюдал за растениями, выживающими таким же образом в их естественной среде. Это напомнило мне о том, как горчичный кресс-салат процветал в битой глине высохших русел рек, где я вырос в Испании. Многие ботаники, а также другие Думайте о горчичном кресс-салате как о лабораторной крысе биологов растений, но мало кто понимает, что он живет в экстремальных условиях, что делает его идеальным для изучения адаптации к изменению климата», - говорит он.
По прогнозам, в течение следующих 50-100 лет экстремальные засухи будут становиться все более и более распространенными. Это одно из самых сложных последствий глобального потепления для растений и животных. Постоянное повышение температуры уже происходит, но это и другие исследования показывают, что уменьшение количества осадков, которое менее линейно повлияет как на растения, так и на человека, вероятно, окажет еще большее влияние на выживание. К 2070 году в Центральной Европе, вероятно, будет намного меньше осадков, чем сегодня. Новое исследование показывает, что растения в этом регионе не имеют генных вариантов, необходимых для адаптации.
Предыдущие прогнозы распределения растений и животных в ответ на изменение климата в значительной степени игнорировали тот факт, что часто у вида существует огромное количество генетических вариаций. Ученые впервые использовали знания о географическом распределении генетической изменчивости для картирования способности видов адаптироваться посредством естественного отбора. «Поскольку Земля в настоящее время переживает резкое изменение климата, крайне важно понять, как на это отреагируют виды», - говорит Детлеф Вайгель, который руководил исследованием вместе с Эрнаном Бурбано. «Шанс вида выдержать глобальное потепление, вероятно, будет зависеть от его разнообразия, особенно от того, есть ли у него уже сегодня особи, адаптированные к экстремальным условиям», - добавил Бурбано.
Выводы, опубликованные Институтом Макса Планка, могут помочь в спасении видов растений и животных, нуждающихся в неотложной охране. Если удастся найти популяции с генетическими вариантами, поддерживающими адаптацию к засухе, их можно будет переселить в районы, где такая адаптация наиболее необходима. Такие интродуцированные особи значительно улучшат местный генофонд. Тот же подход можно использовать для уменьшения несоответствия между сортами сельскохозяйственных культур и окружающей их средой, помогая улучшить продуктивность сельскохозяйственных культур.