Все баобабы в мире родом из Мадагаскара: когда-то семенам и саженцам пришлось много проплыть по океану

Эндрю Р. Лейтч, профессор генетики растений и содиректор кафедры таксономии растений и грибов Лондонского университета Королевы Марии, рассказал о результатах исследований, которые провел вместе с международной командой ученых. Как им удалось выяснить, в мире существует восемь видов баобабов и все они происходит из Мадагаскара.

Происхождение этой группы растений издавна интересовало людей, рассказывает Лейтч. Я присоединился к глобальной команде исследователей генетики и геномики растений во главе с Тао Ванем и Цин Фэн Ван из Уханьского ботанического сада в Китае и Илией Лейтч из Королевского ботанического сада в Кью в Лондоне. Целью нашей работы было секвенировать, собрать и изучить геномы всех восьми разновидностей баобабов.

Баобабы – замечательный вид, способный служить пищей и убежищем для самых разных животных. Они могут достигать огромных размеров в зависимости от вида как в высоту, так и в диаметре. Самые крупные виды могут возвышаться над подлеском. Когда вы сталкиваетесь с большим африканским баобабом, он действительно похож на Дерево-дом из фильма «Аватар» не только из-за своих размеров, но и потому, что на нем поддерживается такое огромное разнообразие жизни.

Благодаря углубленному анализу геномных данных мы смогли изучить, насколько велико генетическое разнообразие у каждого вида. Это важно, потому что это может указывать на то, насколько устойчив каждый вид к некоторым серьезным экологическим проблемам, с которыми сталкиваются баобабы, таким как проблемы землепользования и изменение климата, и, следовательно, риск их исчезновения.

Наше исследование показало, что все баобабы, которые мы видим сегодня, родом из Мадагаскара. Они начали эволюционировать и образовать отдельные виды около 21 миллиона лет назад. Позже два из этих видов отправились в Африку и Австралию, прежде чем их линии вымерли на Мадагаскаре.

Эволюционная история баобабов

В геномах баобабов мы обнаружили свидетельства древней гибридизации между видами. Это означает, что в какой-то момент они все жили вместе на Мадагаскаре и скрещивались. Добавив геологические и палеоклиматические данные, мы смогли подсчитать, что на Мадагаскаре эволюционировали различные виды баобабов под влиянием ледниковых периодов и уровня моря, который поднимался и опускался на протяжении миллионов лет.

Африканские (Adansonia digitata) и австралийские (Adansonia gregorii) виды почти наверняка покинули Мадагаскар в виде семян или саженцев, плавая на грудах обломков, скомканных вместе в виде плотов, которые были унесены в море, когда реки переполнились из-за ливневых штормов. Ранний пионер африканского баобаба, вероятно, прибыл на континент двенадцать миллионов лет назад. Там его численность росла, часто с помощью слонов, поедающих семена. Многие семена баобаба проходят через организм животных неповрежденными и оседают в кучах навоза на расстоянии до 65 километров от того места, где слон съел плод баобаба.

Ученые предположили, что к тому времени, когда баобабы распространились по континенту до Западной Африки, произошла ошибка деления клеток при образовании пыльцы или яиц, в результате чего у сеянцев африканского баобаба увеличилось число хромосом в клетках – с 88 до 168. Такое увеличение числа хромосом часто встречается у растений и известно как полиплоидия.

Полиплоидия – это процесс, который генетически изолирует растение от родителей. В отличие от большинства животных, растения могут самоопыляться, чтобы увеличить свою численность. Таким образом, генетическая ошибка в редких случаях может привести к появлению нового вида.

Тогда новый полиплоидный баобаб, вероятно, стал доминирующим видом в Африке, заменив родительские линии по всему континенту. Это могло произойти примерно через 2500 лет, если судить по расчетам того, насколько быстро слоны могут перемещать семена баобаба.

Полиплоидный баобаб заменил своих родителей. Но сделал ли это? В настоящее время исследователи выясняют, существует ли древняя форма баобаба (Adansonia kilima) в Зимбабве, на склонах горы Килиманджаро и за ее пределами. Ученые предположили это после того, как анализ листьев баобаба и числа хромосом в этих областях показал, что они произошли от двух разных видов дерева. Но эти догадки еще предстоит проверить. Очевидно, необходима дальнейшая детективная работа, чтобы выяснить, существует ли еще Adansonia kilima – баобаб с исходным числом хромосом 88.

Удивительная структура

Баобабы известны как «дерево жизни», потому что они поддерживают окружающую экосистему и множество форм жизни, которые селятся в их полых стволах, гнездятся на их ветвях и питаются их нектаром и плодами. Корневая система массивная и помогает замедлить эрозию почвы и переработать питательные вещества.

Массивные стволы представляют собой полые цилиндры из низкокачественной древесины, содержащие множество заполненных водой живых клеток. По оценкам, некоторые из самых больших и старых баобабов в Австралии содержат более 100 000 литров воды. Заполненные водой клетки ствола создают гидростатическое давление , которое придает дереву прочность: вода действует как воздух в надувном замке.

К несчастью для дерева, ствол может обеспечить слонов водой. В особенно засушливые сезоны деревья повреждаются или уничтожаются, поскольку слоны сдирают кору, чтобы набрать воды. Кора также частично устойчива к повреждению огнем, что очень важно для растения, обитающего в саванне.

Цветы баобаба большие и эволюционировали вместе с крупными ночными животными, питающимися сахаром, такими как бражники, фруктовые летучие мыши и мадагаскарские лемуры.

Почему это исследование важно

Два мадагаскарских вида уже занесены в список находящихся под угрозой исчезновения на основании критериев Красного списка Международного союза охраны природы. Они существуют в небольшом количестве и могут выжить только в определенных местах обитания, которые сокращаются. Они не являются генетически разнообразными. Ученые рекомендуют поднять угрозу их исчезновения до следующего уровня – критического исчезновения, чтобы их можно было защитить.

Исследование показывает, что третий, еще более редкий вид (уже оцененный как находящийся под угрозой исчезновения) уязвим для гибридизации – скрещивания с более распространенным видом. Это означает, что редкие виды могут генетически затеряться и потерять свою самобытность. На практике это может означать трудные решения по сохранению, такие как удаление более распространенных видов баобабов там, где они встречаются вместе, либо пересадка более редких баобабов в подходящие районы, где отсутствуют более распространенные виды. Или же человек просто признает, что два вида постепенно потеряют свою самобытность.