Во Всемирном семенохранилище на Шпицбергене собрано 860 тысяч образцов семян. В Национальном музее естественной истории в Париже — 10 миллионов гербарных образцов растений. В зоологических музеях по всему миру — десятки миллионов животных, от глубоководных морских червей до скелетов мамонтов. Кроме «законсервированного» биоматериала есть сотни тысяч природоохранных территорий под открытым небом. Почему учёные так старательно изучают и сохраняют природу?

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №4(32). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Каждое живое существо характеризуется уникальным экологическим оптимумом — условиями жизни, в которых ему комфортно существовать. Условия среды на нашей планете нестабильны. Климат постоянно меняется — это происходило и без участия человека, но в последние два столетия изменения заметно ускорились. Некоторым организмам становится дискомфортно жить — слишком влажно, жарко или, наоборот, сухо, холодно — и они вымирают.

Национальный музей естествознания в Париже — крупнейший французский музей, посвящённый достижениям естественных наук. В него входят несколько зоопарков, ботанический сад, морская биостанция, галерея эволюции и многие другие объекты.

Представьте: из-за изменений климата исчезает несколько оазисов. Влажные места становятся сухими, влаголюбивые организмы погибают. Умирают пальмы с питательными плодами, а вместе с ними и растительноядные животные, которые ими питались; вскоре исчезают хищники. За несколько десятилетий экосистема превращается в пустыню. Воздух над пустыней нагревается быстрее, чем над оазисами или саваннами. Возникают антициклоны с сухим нагретым воздухом, который распространяется на соседние области. Так исчезновение нескольких оази­сов может привести к глобальному опустыниванию больших территорий.

Ещё 6000 лет назад Сахара — ныне вторая по площади пустыня на Земле (уступает только Антарктической) — была покрыта лесами. По одной из версий, опустынивание Сахары связано с избыточным выпасом скота на её территории, которое началось около 8000 лет назад.

Задумываться о поддержании и восстановлении экосистем стали менее ста лет назад. В середине XX века были запущены первые масштабные программы по возвращению животных и растений в их исконные места обитания.

К 1930‑м годам в дикой природе не осталось европейских зубров (Bison bonasus). Их почти полностью истребили во время Первой мировой и Гражданской войны в России. Учёные разыскивали уцелевших зубров в зоопарках и частных зверинцах, создавали специальные резерваты, спаривали животных по всем правилам генетики, чтобы избежать последствий близкородственного скрещивания — накопления вредных мутаций. В 1952 году первое стадо вернули в дикую природу и поселили в заповеднике на границе современных Польши и Белоруссии.

 Иранскую лань успешно реинтродуцировали из питомника в Кармеле в дикую природу на севере Израиля

Программы реинтродукции сейчас широко распространены — одним из наиболее активных их участников является Израиль. На территории этого небольшого государства расположено более 250 природоохранных зон! Дело в том, что неаккуратное землепользование в этих краях приводит к образованию безжизненных пустынь. Чтобы остановить наступление песка и отвоевать у него бесценные квадратные метры, Израиль почти с самого момента основания в 1948 году реализует природоохранные программы.

За полвека там удалось восстановить следующие виды:

• газель-доркас (была истреблена охотниками в 1950‑м);
• антилопу белый орикс (более ста лет не встречалась в этих местах — возвращена в пустыни Негев и Арава);
• иранскую лань (почти полностью вымерла к началу XX века, сейчас реинтродуцирована на севере страны).

С развитием технологий появились новые возможности выделения и консервирования биологического материала. Возникли и новые типы биологических коллекций (сегодня, например, учёные сохраняют жизнеспособные клетки в жидком азоте, со­здают цифровые базы данных с генетической информацией). Да и из старых стало возможно извлекать гораздо больше информации. Так, по образцам волос из хвостов лошадей Пржевальского учёные выяснили, чем питались эти животные полтора века назад, и разработали более экологичную программу их реинтродукции.

На территории современных Казахстана, Монголии, Оренбургской области (Россия) и Северо-Западного Китая вплоть до середины XX века обитал последний дикий подвид лошади — лошадь Пржевальского. Этот подвид не поддавался дрессуре и успешно конкурировал с одомашненными собратьями за ресурсы, из-за чего люди активно истребляли его. К 1969 году в природе не осталось ни одной лошади Пржевальского — и исследователи забили тревогу.

В зоопарках и питомниках удалось найти около дюжины особей, из которых предстояло воссоздать популяцию. Рискованная затея: исходное число животных было слишком мало, из-за чего при скрещивании через несколько поколений могли проявиться мутации, грозившие полным вымиранием. Но грамотное разведение привело к тому, что к 1990‑м популяция лошади Пржевальского насчитывала уже около 500 особей. Стали разрабатывать программы их возвращения в природные местообитания. Однако в каких именно экосистемах, степных или пустынных, жили эти лошади, точно не было известно.

Тогда зоологи из Москвы нашли в коллекциях депозитария живых систем МГУ им. М.В. Ломоносова «Ноев ковчег» чучела лошадей, привезённых более ста лет назад, отобрали несколько волос из хвостов и проанализировали их на изотопный состав азота и углерода. Аналогичную экспертизу провели в отношении волос живых лошадей, обитающих в пустынях и степях.

Углерод и азот существуют в природе в виде нескольких стабильных изотопов, которые с разной эффективностью вступают в биохимические реакции. Причём у всех организмов по-своему. Питанием лошади Пржевальского служат растения, а в пустынях и степях соотношение изотопов углерода и азота разное, при этом изотопный состав тканей животного зависит от его кормовой базы.

Удалось выяснить, что летом лошадки ели сочную траву в степях, а зимой перекочёвывали в пустыни, где довольствовались более скудным пайком. С помощью старых биологических коллекций и современных методов учёные раскрыли тайну питания лошади Пржевальского и выдвинули предложение, как вернуть её в естественное местообитания.

Хранение семян — лишь один из путей биоколлекционирования растений. Другой, наиболее распространённый способ — научный гербарий.

Научный гербарий от любого другого отличается тем, что растения засушивают и монтируют по определённой технологии. Сначала их собирают так, чтобы сохранить все основные части, затем высушивают под прессом и помещают в морозильную камеру, где образцы проводят несколько недель при температуре около –80 °С. Это необходимо, чтобы убить насекомых и их личинки, которые могут испортить гербарий. После всех процедур растения монтируют на листах, к которым приклеивают этикетку с основной информацией об образце.

Гербарный лист — документ, свидетельствующий, что данное растение росло в таком-то месте в такое-то время. В крупных гербариях счёт таким «документам» идёт на миллионы: в Национальном музее естественной истории в Париже хранится около 10 миллионов растений, в Нью-Йоркском ботаническом саду — больше 7 миллионов. Столь огромный массив данных позволяет учёным наблюдать, как меняются признаки растений в зависимости от условий среды или с течением времени, как отдельные виды расселяются по свету, а другие сокращают ареал.

 Рогоз широколистный (Typha latifolia)

К примеру, британские ботаники на основе данных гербария проанализировали распространение рогоза широколистного (Typha latifolia), который исходно рос в водоёмах Центральной Европы, и выяснили, что за последние 150 лет этот вид колонизировал Британские острова, продвинулся далеко на север Европы, а также проник в Сибирь. Причины расселения Typha latifolia кроются в увеличении подходящих местообитаний: рогоз растёт там, где влажно и много питательных элементов в почве. Число таких экотопов сильно увеличилось в последние полтора века из-за индустриализации, роста городов и активной сельскохозяйственной деятельности.

Гербарии, хранилища семян, коллекции животных — всё это можно рассматривать как огромный депозитарий генетического материала. Но у ДНК есть неприятная особенность: с течением времени она распадается на фрагменты, и чем дольше хранится образец, тем на большее число кусочков рассыпается молекула ДНК.

Однако в арсенале современной науки есть методы, позволяющие работать даже с очень старыми биологическими образцами, а в некоторых случаях — собирать из кусочков исходную молекулу ДНК. Так, например, учёным удалось восстановить геном мамонта.

В середине нулевых исследователи отобрали образцы шерсти у двух музейных экспонатов. Как и любая старая ДНК, мамонтовая была разорвана на фрагменты. Учёные «поймали» их, проанализировали последовательности нуклеотидов и сравнили с ДНК самого близкого из ныне живущих видов — африканского слона.

Оказалось, что ДНК мамонта совпадает со слоновьей на 99,41%. Кроме того, сравнение генетического материала животных позволило установить, что их общий предок жил примерно 7,5 миллиона лет назад. Далее эволюционные пути этих видов разошлись: один существует до сих пор, другой вымер около 4000 лет назад.

Но очень может быть, что с развитием технологий мы научимся возвращать в природу и давно вымершие виды.