В 2020 году продолжились исследования водных растений. В этот раз Максим Григорьян, ботаник, молекулярный биолог и студент 5го курса факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ приехал на остров Беринга, чтобы завершить сбор материалов, начатый еще в 2015 году его коллегами из лаборатории Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина Российской академии наук.

На первом этапе были собраны образцы, которые позволили опубликовать подробную работу о флоре Командорских островов. Второй этап позволит внести ясность в классификацию и распространение многих водных растений Дальнего Востока. Продолжить исследование ученым позволил грант «Роль гибридизации в микроэволюции водных сосудистых растений России». В результате лаборатория смогла отправить 4 исследовательские группы в разные точки страны от долины реки Лены и Курил, до Чукотки. Максим Григорьян же отправился на Командорские острова, чтобы собрать материал для собственной работы и работы его коллег.

«Я специализируюсь на полушниках. Это очень интересный род. Он встречается на всех континентах и насчитывает 100-150 видов. Представители рода встречались уже в триасе», - рассказал Максим.

Исследователь, ботаник, молекулярный биолог и студент 5го курса факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Максим Григорьян разбирает образцы. Фото – пресс-служба заповедника

Сегодня полушники – это травянистые растения из отдела плауновидных. Плауны процветали в теплом влажном климате каменноугольного периода. К этому времени некоторые из их более ранних стелющихся форм превратились в огромные ветвистые деревья. Эти плауны-гиганты, высотой до 45 м, обладали утолщенными стволами и поверхностной корневой системой, расходящейся в разные стороны и закрепляющей растения в илистой почве. Когда в конце карбона болота стали пересыхать, многие из них вымерли. Немногочисленные невымершие плауны были гораздо мельче своих предков. Для рода полушников характерен короткий утолщённый стебель с многочисленными спиралевидно расходящимися от нижней поверхности стебля корнями. Растение размножается спорами, которые не превышают 1 мм в диаметре. Поэтому лучшим инструментом изучения стал электронный микроскоп.

Без электронного микроскопа крайне сложно выяснить, какой именно вид перед вами, ведь признаки, заметные невооружённым глазом, такие как цвет и форма листьев, этих растений очень изменчивы. Канадский ботаник Лаима Котт, которая работала с полушниками, однажды сказала: «Возможно единственная постоянная в этой группе – это ее изменчивость».

В Америке насчитывается множество видов этого рода. На российском Дальнем Востоке обнаружено только два: полушник азиатский и морской. Одной из целей исследования стало выяснить, является ли полушник азиатский, распространенный на острове Беринга, отдельным видом или лишь популяцией полушника колючеспорового, распространенного в Европе.

В мире существует две генетически различные популяции: камчатская (предположительно более древняя) и американская (более молодая). На острове Беринга эти две популяции пересекаются и делят прибрежные участки тундры и озера. Интересно выяснить, есть ли морфологические различия между ними, и стоит ли их разделить на два разных вида.

Распространение полушника в Камчатком региона. Иллюстрация из Красной книги Камчатского края, 2018

Интересно, что полушник азиатский и морской способны давать гибриды, которые не способны к размножению. Такой гибрид был впервые найден в Паратунке, недалеко от Петропавловска-Камчатского, и назван полушник паратунский. По результатам работы ботаников в 2015 году на острове Беринга также найден полушник паратунский, но качественных морфологических подтверждений находкам (такими считаются фотографии спор с электронного микроскопа) еще не обнаружено.

Работа с водными растениями представляет ряд сложностей, но и новые возможности. «Бывают прекрасные дни, когда полушник встречается в каждом озере, как-будто сам в руки идёт. Но чтобы его достать, приходится лезть в холодную воду. Вот почему водными растениями актуально заниматься даже сейчас. В суровых регионах ученые избегают рек и озер. Из-за этого есть определенная недоизученность этих водоемов», - рассказал Максим.

Озера в Северной части острова Беринга. Фото – Алексей Перелыгин

В ходе исследований выяснилось, что полушник намного более распространен в озерах северной части острова Беринга. Озера долины реки Гаванской и Шангинская система озер создают своего рода болотистую зону, где видовое разнообразие выше, а, следовательно, и полушника больше. «Только вчера между бухтой Саранной и мысом Вакселя я собрал 7 популяций. Это настоящий рекорд за один заход. Я очень доволен результатом», - поделился Максим.

Гористый ландшафт южной части острова создает быстрые реки, а не озера. Там растениям расти сложно. Кроме полушников удалось найти шелковник или водный лютик, хвостник, уруть сибирскую, несколько видов рдестов и болотник. Один из обнаруженных болотников обладает нехарактерно узкими листьями, что привлекло внимание исследователя. А вот типичных для Камчатки пузырчаток и кубышек найти не удалось, что в очередной раз подчеркивает особенности островной экосистемы.

Полушник на обсохшем дне озера. Фото - Ю. Копылов-Гуськов.

Полушники являются индикаторами экологической обстановки. Эти растения очень требовательны к чистоте воды и выбирают часто места, которые могли бы выбрать пляжники – плавные берега с песчаным или песчано-илистым грунтом. Причем, если место полушнику «нравится», он формирует группы или густые заросли, поэтому забор образцов не влияет на популяцию редкого краснокнижного растения.

«Обычно я делаю радиальные вылазки от избушек на 15-30 км. Я обхожу все озера на своём пути. Прохожу вдоль берега и заглядываю внутрь. Если условия подходящие для водных растений, то захожу в воду и собираю 5 экземпляров полушника с вызревшими спорами и еще 3-4 экземпляра для гербария», - рассказывает Максим Григорьян, «После обработки мы получаем материал для 4 анализов: споры для изучения морфологии под электронным микроскопом, пробы корешков для подсчета хромосом, материалы РНК для транскриптомного анализа и для ДНК секвенирования». Цель – сопоставить все эти параметры и составить «портрет» каждого вида полушников.

Обработка образцов после маршрута занимает от одного до трех часов. «Если целый день ходил, конечно, проголодался, но знаешь, что нужно заложить гербарий и упаковать ДНК-образцы в конвертики пока светло. Ведь в темноте работать с гербарием невозможно. Поэтому вечером приходится сначала работать над полушниками, а уже потом в потёмках варить каши», - рассказал ученый.

«Командорскому» было приятно услышать, что ученый работал в комфортных условиях: «Тут очень хорошо все обустроено. Хорошие деревянные избушки в месте, где деревьев и нет. Такой обустроенности я еще не встречал. Здесь было очень приятно работать». Надеемся, что собранные материалы позволят команде исследователей больше узнать о водных растениях России и об их роли в местных экосистемах.