Ученые нашли устойчивые популяции лиственницы в лесах Сибири

Исследователи Красноярского научного центра СО РАН совместно с коллегами из Сибирского федерального университета провели масштабный геномный анализ лиственницы сибирской и выяснили, что к концу века часть ее популяций может исчезнуть из-за климатических изменений, тогда как другие сохранят устойчивость и смогут стать генетическими донорами для восстановления тайги. Работа опубликована в международном журнале Forests.

Изменение климата в Сибири идет быстрее, чем во многих других регионах планеты: растут среднегодовые температуры, смещаются сезоны, меняется режим осадков. Для лиственницы сибирской, которая образует основу таежных лесов на огромных пространствах от заполярных тундр до горных массивов Алтая и Саян, эти перемены становятся серьезным испытанием.

От того, как этот вид справится с нагревом и засухами, зависит не только облик сибирской природы, но и глобальные климатические процессы: лиственничные леса играют ключевую роль в удержании вечной мерзлоты и поглощении углекислого газа. Однако до недавнего времени было непонятно, насколько равномерно вид страдает от потепления и есть ли среди его популяций те, кто может пережить грядущие потрясения.

Чтобы ответить на эти вопросы, российские генетики применили подход, называемый геномным смещением. Суть метода в том, чтобы сопоставить набор генетических маркеров, ответственных за приспособленность к местным условиям, с прогнозами климата на конец столетия. Чем больше генетический состав популяции должен измениться, чтобы соответствовать новому климату, тем выше риск, что естественная адаптация не успеет за скоростью перемен.

Ученые секвенировали ДНК более чем из трех десятков географических точек — от сурового Заполярья до высокогорий Южной Сибири. В общей сложности они проанализировали свыше двадцати тысяч генетических вариантов и связали их с шестью климатическими параметрами, среди которых были не только температура и осадки, но и такие тонкие показатели, как континентальность климата или засушливость самого сухого месяца.

Результаты показали, что лиственница оказалась вовсе не монолитной по своей уязвимости. На одном полюсе оказались популяции, попавшие в зону наибольшего риска. Это, прежде всего, уральские и субполярные группы, а также изолированная высокогорная популяция на Алтае. В этих местах климатические модели предсказывают катастрофическое потепление на шесть-семь градусов Цельсия к концу века, что для медленно растущего дерева с длительным поколением практически гарантирует несоответствие между текущими адаптивными генами и новыми реалиями.

Но опасность подстерегает и те популяции, где само потепление не столь экстремально, например, в некоторых горных районах Южного Урала или Саян. Там генетическое разнообразие изначально низкое, и даже умеренный сдвиг климата становится непреодолимым барьером, потому что деревьям просто не из чего выбирать полезные варианты генов для выживания. Такие группы ученые относят к приоритетам охраны: их надо мониторить в первую очередь и включать в специальные программы адаптивного управления лесами.

Однако есть и обнадеживающая часть картины. Несколько популяций из центральных и южных частей ареала продемонстрировали очень низкие показатели геномного смещения. Это значит, что их наследственная программа уже сегодня достаточно пластична, чтобы справиться с прогнозируемым потеплением, даже если оно будет значительным. Эти устойчивые группы становятся природным резерватом: их можно рассматривать как донорские — семена из таких лесов могут быть использованы для лесовосстановления в регионах, где местные лиственницы окажутся обречены. Фактически, исследование показало, что локальная адаптация у лиственницы формировалась веками под влиянием микроклимата каждой конкретной долины или склона, и эта глубокая региональная привязанность теперь либо спасает, либо губит популяции.

Авторы подчеркивают, что полученные геномные прогнозы это еще не готовое руководство к действию, а мощный фундамент для дальнейших шагов. Чтобы перейти от оценок риска к реальным управленческим решениям, необходимы дополнительные экологические, физиологические и экспериментальные исследования.

Например, нужно проверить в полевых и лабораторных условиях, как именно устойчивые генотипы реагируют на одновременное действие жары и засухи, и не теряют ли они свои преимущества при других стрессорах, например, при вредителях или пожарах. Тем не менее уже сейчас ясно главное: спасать сибирскую тайгу в условиях глобального потепления следует не одинаково на всем пространстве, а точечно, с учетом генетического паспорта каждой популяции. И самые ценные объекты охраны это не только те, что находятся под угрозой, но и те, что способны стать опорой для будущих лесов, сохранив в своих генах ключ к выживанию в более теплом мире.

В результате работа показала, что климатическая уязвимость лиственницы сибирской крайне неравномерна: одни популяции обречены из-за стремительного потепления или генетической бедности, другие же обладают врожденной устойчивостью и могут служить природными донорами для восстановления тайги. Эти данные впервые дают геномно обоснованную карту приоритетов для сохранения лесов, но окончательные рекомендации потребуют дополнительных экспериментов, которые ученые уже планируют как следующий этап.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях