В новом исследовании , опубликованном в журнале New Phytologies , ученые из Королевского ботанического сада Кью вместе с партнерами из Латинской Америки, Азии и Австралии представляют обновленное генеалогическое древо орхидей, прослеживая их происхождение в северном полушарии около 85 миллионов лет назад. Исследование не только проливает новый свет на их сложную и увлекательную историю эволюции, но и авторы исследования надеются, что их результаты помогут в будущем планировать сохранение орхидей.
Семейство орхидных Orchidaceae часто называют учёными одним из величайших эволюционных чудес растительного мира. Эти цветковые растения не только встречаются на всех континентах, кроме Антарктики, и практически в каждой среде обитания, в том числе к северу от Полярного круга, но они также невероятно разнообразны: около 29 500 видов — почти в три раза больше, чем признанное количество видов птиц. глобально.
Принято считать, что орхидеи возникли примерно 90 миллионов лет назад или даже больше, но ранее считалось, что они появились на суперконтиненте Гондвана, на территории современной Австралии. Однако новое исследование показывает, что их общий предок, возможно, зародился в северном полушарии, на суперконтиненте Лавразия, прежде чем распространиться дальше по миру.
Ученые из RBG Kew пришли к такому выводу после того, как собрали самое плотное из когда-либо созданных орхидейных деревьев. Это новое генеалогическое древо включает почти 40 процентов всех признанных родов орхидей и около семи процентов известного видового разнообразия.
Это дерево было реконструировано путем объединения различных типов данных о последовательностях ДНК, полученных со всего семейства орхидей. Центральным элементом задачи были новые, «высокопроизводительные» данные захвата генов, полученные в RBG Kew в рамках проекта «Древо жизни растений и грибов» (PaFToL). Разрешение дерева было дополнительно улучшено за счет объединения результатов с уже опубликованными последовательностями ДНК многих видов орхидей.
Эти последовательности «штрих-кодирования» ДНК отражают десятилетия усилий по установлению семейных связей между различными ветвями эволюционного древа орхидей. В сочетании с информацией о географическом распространении это богатство данных позволило создать новое древо жизни орхидей, которое также показывает, как разнообразие видов орхидей распределяется по всему миру.
Доктор Наталья Пржеломска, преподаватель Портсмутского университета и научный сотрудник RBG Кью, говорит: «Получение данных о «захвате генов» в лаборатории из такого диапазона видов было бы невозможно без географической и исторической широты коллекции, доступные для исследования в Гербарии РБГ Кью».
«Мне выпала честь извлечь ДНК из полевых образцов, начиная от тех, которые недавно были собраны несколькими полевыми ботаниками, участвовавшими в этом исследовании, и заканчивая такими ботаниками, как А.С. Мейнгей и Э.Л. Экман, которые исследовали тропики и неотропы Старого Света в 19-м веке. и 20 века».
Орхидеи — одно из самых богатых видами семейств цветковых растений (соперничает только с семейством маргариток Asteraceae), но также и одно из наиболее уязвимых. Некоторые из самых больших угроз для орхидей сегодня включают вырубку лесов, незаконную торговлю и изменение климата, которые могут привести к исчезновению или сокращению их ареала и численности популяции.
Как сообщается в докладе RBG Kew «Состояние растений и грибов в мире на 2023 год», 45 процентов известных в мире растений, по оценкам, находятся под угрозой исчезновения, а в семействе орхидных эта цифра еще выше: около 56 процентов видов находятся под угрозой исчезновения. угроза.
Лучшее понимание отдельных ветвей генеалогического древа орхидей и того, как они все связаны, поможет ученым открыть и описать новое биоразнообразие орхидей. В частности, они надеются добиться этого в тех частях земного шара, где утрата биоразнообразия, к сожалению, ускоряется.
Согласно новому отчету, один из способов помочь сохранить орхидеи — это лучше понять закономерности видообразования — эволюционный процесс, посредством которого популяции превращаются в отдельные виды. В этом случае это может выявить, какие экосистемы имеют уровень разнообразия орхидей выше среднего, а также самый высокий эволюционный потенциал для размещения нового разнообразия орхидей.
Доктор Оскар Перес, руководитель исследования по комплексной монографии в RBG Kew, говорит: «Наше исследование является первым в глобальном масштабе, которое выявило, какие экологические регионы обладают как самым высоким эволюционным потенциалом орхидей, так и видовым богатством. То есть экологические регионы, которые в самые недавние периоды времени (т.е. последние 2-3 миллиона лет) послужили колыбелью беспрецедентного видообразования, которое привело к накоплению удивительно высокого уровня видового разнообразия орхидей».
«Мы думаем, что такие территории могут иметь потенциал для хранения еще большего разнообразия в ближайшем будущем, пока их родные экологические регионы будут защищены. о приоритетности экосистем для их сохранения».
К сожалению, орхидеи вымирают с угрожающей скоростью по сравнению со временем, которое потребовалось им для формирования вида — около 5 миллионов лет. Это указывает на то, что они, возможно, не смогут оправиться от вымирания в человеческом масштабе, даже без точной оценки количества вымерших видов орхидей.
Профессор Александр Антонелли, научный директор RBG Kew и старший автор исследования, говорит: «Орхидеи — это не только необыкновенные драгоценности природы, они также хранят невыразимые загадки жизни на Земле: как виды развиваются, адаптируются и перемещаются. будущее имеет решающее значение для защиты сложных взаимодействий, которые они играют в экосистемах, и обеспечения того, чтобы эти истории однажды могли быть раскрыты учеными».
Это новое исследование является лишь первым шагом на пути к цели ученых — составить полное древо жизни орхидей, охватывающее все известные роды. Авторы также стремятся сделать семейство орхидей модельной линией для понимания того, как видообразование и вымирание происходили в различных экосистемах по всему миру. Кроме того, это поможет понять, как изменение климата , вырубка лесов и незаконная торговля могут повлиять на распространение такого видового разнообразия в ближайшем будущем.
