Цветы из плейстоцена

Автор: admin   
марта 2,
2012

Цветок, выращенный из семян, которым 30 тысяч лет, пока – обитатель лаборатории, но учёные по весне готовы высадить его на экспериментальную грядку. Семена, найденные в вечной мерзлоте, дали всходы.

Старший научный сотрудник Института биофизики клетки РАН Светлана Яшина с выращенными растениями. Denis Sinyakov / Reuters

В Северо-Восточной Сибири в норе запасливого суслика на берегу реки Колымы в вечной мерзлоте учёные-почвоведы нашли доисторические припасы. В меню ледникового периода оказались семена растений, которые 30 тысяч лет назад жевали мамонты, шерстистые носороги, и которые очень любил тогдашний, обитавший в плейстоцене, суслик.

Семена из плейстоцена

В 1991 году была обнаружена серия ископаемых нор, принадлежавших сусликам-евражкам — милым и добродушным зверькам, которые сейчас широко распространены в Якутии, на Чукотке, Аляске, но они были в плохой сохранности. Через год, в 1992 году, в районе поселка Черский, в низовье Колымы, в овраге, тоже на больших глубинах, в мерзлых толщах было найдено еще 7-8 нор. Когда норы вырубили из мерзлоты и, после оттаивания, извлекли из них семена, то оказалось, что их там в каждой — по 600-800 тысяч, огромные запасы, да еще разных видов! Семена эти, конечно, очень мелкие, с маковое зернышко, но очень важны для палеогеографических реконструкций. По плоду или семени можно определить, что это за вид растения, а вид растения — это прямой выход на условия его произрастания, климат. Благодаря этим семенам, например, можно довольно точно представить себе, какие десятки тысяч лет назад на территории Древней Берингии, простиравшейся от Аляски и почти до Лены, были летние температура и влажность. Сейчас эта территория низменностей приледоморья сложена мерзлыми породами с мощными 6-8-метровыми жилами льда, пронзающих толщи на всю их мощность — до 50-60 метров — и при таянии береговых обрывов часто образующих неприступные вертикальные ледяные стены.

Радиоуглеродный анализ показал, что возраст семян составляет 30-32 тысячи лет. Над сенсационным открытием работали ученые из Института биофизики клетки Российской Академии Наук (РАН) и Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН.

Лаборатория криоконсервации генетических ресурсов ИБК РАН, Пущино. Выращенное растение.  Denis Sinyakov / Reuters

Место находки на Колыме

Смерзшийся ком семян размером с футбольный мяч на крутом берегу реки нашел геолог Станислав Губин. Крутой берег – это отвесный обрыв высотой 20-40 метров. Эта земля никогда не оттаивает и поэтому она называется «вечная мерзлота». «Там очень интересно – повсюду торчат кости мамонтов, носорогов, бизонов», рассказывал по телефону Станислав Губин. В отвесной стене было найдено множество древних нор сусликов, которые когда-то сделали себе запасы семян. Эти-то семена с глубины порядка 38 метров на обрыве собрали и доставили в Москву. Ботаник Станислав Максимович определил, каким растениям принадлежат найденные семена. И затем семена смолевки узколистной (Silene stenophylla) попали в лабораторию, где из еще живых клеток с помощью клонирования вырастили целые растения. За найденные семена взялись исследователи расположенных в Пущино Лаборатории криоконсервации генетических ресурсов ИБК РАН под руководством Эдит Гаховой и Лаборатории криологии почв ИФХБП РАН под руководством Давида Гиличинского.

Древние грызуны устраивали норы, роя замерзшую почву. Они закладывали туда сухую траву, а затем выстилали нору животным мехом, и в результате получалось отличное природное «криохранилище». В некоторых из них были обнаружены орехи и семена растений, замечательно сохранившихся в холоде и сухости.

Лаборатория криоконсервации генетических ресурсов ИБК РАН, Пущино. Найденные в вечной мерзлоте семена. Denis Sinyakov / Reuters

«Периферия его норы выложена растительными остатками. Это были травянистые растения, веточки. Один слой подстилки – растительный, а второй слой – животный, шерсть. Он настолько держит температуру, что когда эту нору вырубаешь, она неделю при плюс 12 градусах не оттаивает. Определено, чья это шерсть – овцебыков, бизонов. Это подшерсток, самое тёплое», — объясняет ведущий научный сотрудник Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН Станислав Губин.

Суслик периода позднего плейстоцена – его скелет ученые нашли там же, в норе – к обустройству кладовки подошёл основательно. Благодаря этому и уникальным природным условиям – исследования показали, что, однажды замёрзнув, эта нора никогда больше не оттаивала – семенам удалось выжить. Точнее, даже не семенам, а клеткам семян. Взрастить из плацентарной ткани настоящее доисторическое растение удалось в Институте биофизики клетки в Пущине. Подмосковные ростки оставили далеко позади прежнего рекордсмена – пальму, воскрешённую из косточки возрастом 2 тысячи лет. Хоть и слабенькая и капризная, но в криокамере с низкой плюсовой температурой доисторическая травка всё же колосится.

Слева — разрезанное семечко смолевки. Буквой «Р» обозначен кусочек ткани, в котором нашлись живые клетки. Справа — стадии прорастания этого кусочка.

Ростки смолевки в пробирке

Изначально ученые попытались в чашке Петри обычным способом на влажной подстилке вырастить найденные в экспедиции, хорошо сохранившиеся семена. Но безрезультатно. Тогда ученые взяли лишь клетки зародышевей ткани растения и культивировали их in vitro, т.е. «в пробирке», в искусственных условиях.

Смолевки благополучно расцвели и дали фертильное потомство, из которого уже выращено следующее поколение.

Лаборатория криоконсервации генетических ресурсов ИБК РАН, Пущино. Выращенные растения. Denis Sinyakov / Reuters

Лаборатория криоконсервации генетических ресурсов ИБК РАН, Пущино. Старший научный сотрудник Института биофизики клетки РАН Светлана Яшина демонстрирует выращенные растения. Denis Sinyakov / Reuters

Итак, извлеченный из нор материал был доставлен в Научный центр в городе Пущино в Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения, где и начались его исследования. Мерзлые образцы семян были переданы в Институт биофизики клетки, в лабораторию криоконсервации генетических ресурсов. Здесь ведутся работы по сохранению семян исчезающих видов в мерзлом состоянии, С середины 90-х годов началось научное сотрудничество с группой, которую возглавляла старший научный сотрудник Института биофизики клетки Светлана Георгиевна Яшина. Она, собственно говоря, и является «небиологической матерью» выращенного растения.

В конце 1990-х годов были обнаружены норы с семенами лучшей сохранности. К этому времени у ученых из Института биофизики клетки уже появился опыт, но наклевывающиеся проростки осок, смолевки гибли, а многие другие виды вообще не подавали признаков жизни. Работы продолжались. Надо понять, что это было не высевание семян на фильтровальную бумагу или питательные среды, наподобие весенних хлопот с семенами огурцов или помидоров, а прежде всего поиск жизнеспособных клеток в материале семян, заключающих их плодиков. Ведь, собственно говоря, растение получено не из проросшего семечка, а из группы растительных клеток малюсенькой ножки, которой семя крепится к плодику.

В ископаемых норах оказалась масса плодиков смолевки в виде маленьких кувшинчиков, прекрасно сохраняющих свою светложелтую окраску. Размер их около трех миллиметров, а внутри — темные блестящие семена, которые крепятся маленькими ножечками к плодику. И в этих ножечках, в недозрелых семенах, оказались жизнеспособные клетки, которые дальше стали выделять и растить. Это пришлось как раз на период страшного развала институтов Академии Наук, отсутствия финансирования научных работ и невыплаты зарплат. Научные сотрудники или уезжали за границу, или выживали — придя вечером с работы решали, хватит ли денег на хлеб к завтраку. Не было ни условий, ни реактивов, ни термокамер, где проращивались клетки. А появившиеся в колбах и разрастающиеся клетки, а потом и маленькие растения растущие на питательных средах, требовали внимания, затрат.

И вот у биофизиков под руководством Светланы Яшиной в колбочках сформировались крупные ростки, но когда их начали высаживать в грунт, возникли проблемы — не растут или просто гибнут. Ученые разбирались с температурой, увлажнением. Во времена, когда жила древняя смолевка, были очень холодные зимы и короткие, но теплые летние периоды. Раньше ведь это была единая суша — Берингия, был между Америкой и Евразией Берингийский мост, а граница Северного Ледовитого океана проходила на 300 километров севернее современной его береговой линии. Взяли за основу основные показатели климата тех районов Арктики, где были обнаружены ископаемые норы, внесли поправку на более высокую его континентальность, которая существовала в плейстоцене. Стало получаться.

Высаженные в грунт ростки требовали довольно большого перепада температур между днем и вечером, хотя сейчас там, за Полярном кругом, подобного нет. Поэтому, когда биологи стали выносить растения на ночь из термокамеры, где 18-20 градусов тепла, в другую термокамеру, с температурой плюс три градуса, дела с ростом улучшились. Подобрали биофизики и режимы освещения, увлажнения.

Стало понятно, что нужны и почвенные условия, близкие к родным, плейстоценовым. Пришлось забраться в хранилище и достать материал отложений с Колымы, из тех толщ, в которых были обнаружены норы. В них оказалось очень много легко усвояемых растениями форм фосфора, калия, азота. Вот после этого у сотрудниц Института биофизики клетки дела пошли вперед — ростки стали укореняться, расти, цвести и плодоносить.

«Это растение уже укореняется, и когда мы получаем достаточное количество корней, мы начинаем приучать это растение к септическим условиям, то есть растения вынимаются из стерильной среды в горшочки с грунтом», — рассказывает старший научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН Светлана Яшина.

Смолёвка узколистая и сегодня довольно распространена. Древняя смолевка от современной отличается незначительно — разве что размером и формой лепестков.

Это не чудеса, это наука. Как говорят экспериментаторы, семена смолёвки были богаты сахарозой, которая является не только питательным компонентом, но и отличным консервантом. Именно поэтому за 30 тысяч лет клеткам удалось сохранить способность к делению. Чудо произошло позднее, когда воссозданное растение зацвело.

«У современных растений все цветы были обоеполые, то есть имели и пестики, и тычинки, а у древних растений первые цветы были только сугубо женские, то есть они имели только пестик. Мы даже сначала просто не знали, что же мы с этим будем делать и как же их вообще тогда опылять?» — отмечает сотрудник лаборатории криоконсервации генетических ресурсов Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН Александра Яшина.

Но древняя смолёвка в мире нынешнем всё же решила укорениться, и через какое-то время стала цвести правильно. Окрепшую доисторическую рассаду в мае высадят на экспериментальных грядках института. И окрылённые успехом ученые готовы видеть в этом шанс оживить клетки не только растений, но и тех причудливых животных, которые эти растения когда-то кушали.

Смолёвка, которая выросла в Пущино, почти ничем не отличается от современной, но все же, тут есть два очень интересных момента.

Во-первых, эксперимент, проведенный природой, прошел удачно: 30 тысяч лет пролежали семена, и мы теперь точно знаем, что они живы, и знаем условия (-7С). Знаем – значит, можем повторить, и заморозить кусочки тканей вымирающих видов животных и растений для потомков – чтобы те смогли их оживить.

Во-вторых, климат на планете меняется, мерзлота тает. Опыт со смолевками доказывает: уже в наше время на поверхности земли могут оттаивать семена растений прошлых времен, и расти. Эти растения могут вновь появиться там, где их уже нет – а возможно воскреснут и начнут широко расселяться полностью вымершие виды.

Растение из древних семян было выращено еще 10 лет назад. Когда смолевка выросла, она была пересажена в грунт, затем зацвела, отцвела и благополучно дала семена и тогда ученые поняли, что выполнена серьезная научная работа и ее результаты необходимо довести до мировой научной общественности. И лишь сегодня мир узнал об этом неординарном событии из статьи в известном международном научном журнале.

Двое авторов открытия так и не дожили до этого праздника. Один из них, ботаник Станислав Максимович, умер полгода назад (ему было уже 82 года, но он до последнего дня работал, потому что больше всего на свете любил растения). Другой, Давид Галичинский, умер в субботу 18 февраля, не дожив одну неделю до 64 лет. У него был удивительный талант: он замечательно объединял самых разных ученых, ему сразу приходило в голову, кто и кому может помочь сделать открытие. Еще он отлично владел английским, и у него была мечта: достать микробы и кусочки растений из вечной мерзлоты в Антарктиде, где есть почва возрастом 30 миллионов лет.

Биологи намерены продолжать исследования в этом направлении и «воскресить» другие замороженные организмы, имеющие доисторический набор генов, что позволит больше узнать об эволюции жизни на Земле.

vesti-moscow.ru

pgbooks.ru

pixanews.com

lenta.ru

Tags: ,

Эта статья была опубликована: Пятница, марта 2, 2012 в 21:11 в категории Земля. Вы можете читать любые ответы через RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.

Ваш комментарий

Имя (*)
email (*)
вебсайт
Комментарий
Перед отправкой формы:
Human test by Not Captcha