Растение, которое помнит мамонтов

Сотрудники лаборатории криоконсервации генетических ресурсов Института биофизики клетки РАН и лаборатории криологии почв Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Пущино) впервые получили целое жизнеспособное растение из тканей недозрелого плода, пролежавшего в сибирской вечной мерзлоте более 30 тыс. лет.

Растение, которое помнит мамонтов
Берингийский суслик Urocitellus parryii . Его предки сохранили для нас семена растений позднего плейстоцена

Материал для работы исследователи извлекли из норок берингийского суслика Urocitellus parryii, обнаруженных на правом берегу Колымы в нижнем ее течении, в лессовых отложениях вечной мерзлоты на глубине 20-40 м. Этот слой изобилует костями мамонтов, шерстистых носорогов, бизонов, лошадей, оленей и других представителей мамонтовой фауны. По данным радиоуглеродного анализа, суслики копали эти норки 28-32 тыс. лет назад, и в каждой устраивали склад зимних продовольственных запасов. В одном хранилище может быть 600—800 тыс. семян и плодов растений, причем в отличном состоянии. Ископаемая сусличья нора — идеальный криобанк. Когда зверьки рыли свои норки, тут была холодная степь и ледник неподалеку. Суслики устраивали камеры для хранения запасов как можно глубже, на тогдашней границе оттаивающего слоя и вечной мерзлоты, т.е. фактически на льду, благодаря чему плоды и семена скоро замерзали и не портились. Норы довольно быстро занесло пылью, которой всегда много вокруг ледников, они опускались все глубже и оказались в итоге в толще вечной мерзлоты, которая, судя по вертикальным клиньям льда, за прошедшие тысячелетия ни разу не оттаивала. (Оттаивающий слой в этих широтах составляет всего 40-70 см.) Температура в этом слое постоянная, -7°С, а окружающий лед связывает до 98% воды. В ископаемых норках царит сухой холод — идеальные условия для хранения семян. Ни одно животное не зарывается на такую глубину, вода туда не просачивается, и никакие семена извне не могут проникнуть. Так что берингийские суслики собрали и сохранили для нас уникальный биологический материал, за что им отдельное спасибо. Пущинские ученые обнаружили в толще мерзлоты около 70 сусличьих нор, набитых запасами, и постепенно разбирают их содержимое.

Растение, которое помнит мамонтов
Смолевка узколистная Silene stenophylla, выращенная из кусочка древней растительной ткани

Естественные вечномерзлотные отложения предоставляют уникальную возможность исследовать дикие виды, жившие тысячи лет назад, и ученые, естественно, пытались получить растения из семян, найденных в ископаемых норках. Наиболее жизнеспособными оказались семена и ткани плодов смолевки узколистной Silene stenophylla, поэтому работать продолжили с ними. Смолевка узколистная — многолетнее травянистое растение. Семена у нее темные, маленькие, 0,6 на 0,8 мм, и хорошо переносят замораживание. Диаметр плодов — 2-4 мм. В норках часто встречаются семена и плоды смолевки, как зрелые, раскрытые, так и незрелые. После многих экспериментов ученые решили попробовать восстановить целое растение из плацентарной ткани незрелых плодов. Плацента у цветковых растений — место в завязи, к которому прикрепляются зародыши семян.

Несколько неповрежденных незрелых плодов взяли из норки, расположенной на глубине 38 метров. Их возраст — 31,800 ± 300 лет. Кусочки ткани плаценты помещали на специальную питательную среду, и из них развивались проростки. Когда у проростков появились корни, их пересадили с питательной среды в горшки с почвой и поставили в помещение с контролируемыми освещением и температурой. В горшках проростки превратились в нормальные смолевки, которые, как и положено многолетнему растению, на второй год благополучно отцвели и дали плоды и семена. Чтобы получить плоды, исследователям пришлось искусственно опылять S. stenophylla, поскольку у этих растений перекрестное опыление. С момента опыления до созревания семян прошло 8-9 недель. Все полученные семена проросли, и из них получились нормальные растения, внешне неотличимые от родителей.

Растение, которое помнит мамонтов
Сусличья нора в толще вечной мерзлоты

В качестве контроля ученые в тех же условиях выращивали S. stenophylla из современных семян, собранных в том же регионе. Их проростки быстрее давали корни, а растения образовывали в 1,5-2 раза меньше почек, чем древние. Но самая существенная разница между древними и современными смолевками обнаружилась, когда пришла пора цветения. У цветков современных растений более широкие и расчлененные лепестки. Более того, все современные смолевки имеют только обоеполые цветки, а на древних сначала формируются женские цветки, а затем уже обоеполые. Ученые полагают, что S. stenophylla могут иметь генетические отличия, что еще предстоит проверить. Кроме того, современный климат не таков, как в позднем плейстоцене, и онтогенез растений в то время и сейчас происходил в разных экологических условиях, о чем и свидетельствует выраженный половой диморфизм древней смолевки.

Растение, которое помнит мамонтов
Cмолевки цветут. (А) У растения, полученного из современных семян, цветки обоеполые. (В) У древней смолевки сначала появляются женские цветки. Половой диморфизм у древней S. stenophylla. На одном растении женские (f) и обоеполые (b) цветки

Пока получить целое растение удалось только из плацентарной ткани неповрежденных незрелых плодов. Возможно, жизнеспособность плаценты можно объяснить тем,что она содержит большое количество сахаров и фенольных соединений, которые служат криопротекторами и способствуют сохранению ткани в вечной мерзлоте. Кроме того, незрелые ткани регенерируют лучше, чем зрелые.

Итак, пущинские ученые доказали, что в ненарушенной вечной мерзлоте жизнеспособная растительная ткань сохраняется десятки тысяч лет, после чего она может в подходящих условиях дифференцироваться и развиться в полноценное фертильное растение. В настоящее время S. stenophylla, регенерировавшие из ткани ископаемых плодов, — самые древние многоклеточные живые организмы. А вечная мерзлота представляет собой потенциальный источник генетического материала древних видов, возможно, уже исчезнувших с лица Земли, а также естественную лабораторию для изучения скорости микроэволюции и методов криоконсервации. Неудивительно, что исследователи обращают внимание на вечную мерзлоту, занимающую примерно пятую часть земной поверхности. Успех регенерации смолевки, пролежавшей в промерзшем грунте 30 тыс. лет, свидетельствует о высоком потенциале вечной мерзлоты как криоконсерватора. Помимо остатков высших растений она содержит зеленые водоросли, дрожжи и грибы, споры мхов, жгутиковые простейшие и амебы, микроорганизмы, остатки животных. Мы все жалуемся на холодный климат. А вечная мерзлота, оказывается, это такое богатство!

Наталья Резник

Svetlana Yashina, Stanislav Gubin, Stanislav Maksimovich, Alexandra Yashina, Edith Gakhova, and David Gilichinsky Regeneration of whole fertile plants from 30,000-y-old fruit tissue buried in Siberian permafrost, Proceedings of the National Academy of Sciences, February 21, 2012, doi: 10.1073/pnas.1118386109

Подписаться
Уведомление о
guest

0 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии