Воронец «рассказал» о распространении лиственных лесов в Северном полушарии
Ученые выяснили, что широколиственные леса в Северном полушарии могли распространиться примерно 43 миллиона лет назад и стать более разнообразными около 27–15 и 5 миллионов лет назад. Такие изменения связаны с ухудшением климата в течение этих периодов. К такому выводу авторы пришли, проанализировав генетическую историю и процесс распространения по земному шару воронца — многолетнего травянистого растения. Этот род растет только в широколиственных лесах и не встречается в других местообитаниях, поэтому его эволюция позволяет понять, как формировались целые экосистемы. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ) и опубликовано в журнале Molecular Phylogenetics and Evolution.
Листопадно-широколиственные леса простираются от субтропических высокогорных районов до умеренных широт Северного полушария. В таких лесах произрастает большое количество видов растений, среди которых есть эндемики — то есть организмы, живущие на ограниченных территориях и больше нигде не встречающиеся, например, камнеломка супротивнолистная и астрагал Городкова, и реликтовые — сохранившиеся с древнейших времен — формы, такие как бруннера сибирская и недотрога. Однако мало известно о том, как растительность широколиственных лесов в Северном полушарии развивалась с течением времени и как она связана с эволюцией остальных видов животных и растений.
Биолог из Центрального Сибирского ботанического сада РАН (Новосибирск) с коллегами из Института ботаники Китайской академии наук и Национального ботанического сада Китая (Пекин) исследовали происхождение и разнообразие растений из рода Воронец (Actaea), чтобы понять, как исторически формировались широколиственные леса в Северном полушарии.
Род Воронец включает 32 вида травянистых растений, которые произрастают в подлеске листопадных широколиственных лесов северного полушария, за исключением воронца японского, который распространен в субтропических вечнозеленых лесах. Поскольку естественный ареал воронца связан с широколиственными лесами, поняв историю этого растения, можно узнать и о распространении самих лесов с течением времени.
Для изучения родственных связей внутри рода Actaea ученые выделили из листьев хлоропластную и ядерную ДНК, после чего сравнили их наборы генов. Поскольку ДНК в хлоропластах досталась растениям от цианобактерий — более древних одноклеточных организмов, — она может рассказать об эволюции в те времена, когда растений как таковых еще не существовало. Всего для анализа авторы выбрали пять генетических последовательностей, которые оказались наиболее информативными по результатам полногеномного секвенирования (расшифровки последовательности нуклеотидов): четыре хлоропластные и одну ядерную.
Генетический анализ позволил ученым восстановить полное филогенетическое дерево рода Actaea и определить степень родства и время возникновения отдельных видов, а также понять историю их географического распространения.
Комплексный анализ показал, что воронец возник в Восточной Азии, вероятно, на Цинхай-Тибетском нагорье около 57 миллионов лет назад. В это время после вымирания динозавров на Земле активно развивались яйцекладущие и сумчатые животные, а в растительном мире — тропические леса и цветковые растения. Позднее, около 43 миллионов лет назад, род распространился по Северной Америке, а еще спустя 20 миллионов лет достиг Европы, Японии и Тайваня.
Период, в который воронец появился в Северной Америке (43 миллиона лет назад), совпадает со временем распространения в Северном полушарии нескольких родов лиственных деревьев, таких как каштан (Castanea) и кизил (Cornus), которые могли стать «основателями» древнейших широколиственных лесов. Таким образом, совместное распространение воронца и этих древесных видов может указывать на то, что листопадно-широколиственные леса в Северном полушарии могли возникнуть примерно 43 миллиона лет назад.
Около 15 миллионов лет назад род Actaea разделился на существующие по сей день виды. Кроме того, в Северном полушарии увеличилось разнообразие лиственных деревьев, а значит, и леса достигли своего расцвета.
Исследование позволило выяснить происхождение и развитие рода Actaea, а также лучше узнать процессы формирования широколиственных лесов в Северном полушарии с течением времени. Это, в свою очередь, может помочь понять, как развивались современные экосистемы со столь разнообразными видами растений, и использоваться для охраны природы и лесных ресурсов.
«Мы выявили наиболее информативные гены, которые помогают понять родственные связи внутри рода, датировки возникновения групп и взаимосвязь с формированием широколиственных лесов. Далее мы планируем проанализировать геномы родов с недостаточно изученной эволюцией, получить их последовательности и реконструировать филогенетические деревья при помощи набора геномных данных», — рассказывает исполнитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Андрей Эрст, старший научный сотрудник Центрального сибирского ботанического сада СО РАН.
Источник
в чем сходство и различие лесных зон северной Америки и Евразии
Широколиственные леса Северной Америки по сравнению с лесами Евразии отличаются богатством видов деревьев и кустарников.
В лесах преобладает бук крупнолистный, достигающий 40 м высоты и более 1 л в диаметре. Осенью его листья окрашиваются в красно-бурый цвет и опадают в октябре — декабре. Бук крупнолистный используется в садах и парках южных районов России как декоративное дерево
В отличие от лесов Северной Америки в буковых лесах Евразии почти отсутствует травяной покров и ярус кустарников. На равнине Европейской части России буковые леса произ – I растают в западной части Украинской ССМ (Станиславская, Волынская, Хмельницкая и I другие области) .
В Евразии на 40 параллели нет природных зон смешанных и широколиственных лесов и зоны тайги. В Северной Америке нет природной зоны переменно – влажных муссонных лесов.
Сравнив чередование природных зон вдоль 40 –ой параллели можем сказать, что на размещение природных зон в Евразии и Северной Америке наиболее влияет постоянный ветер — западный перенос, в Евразии дополнительно на востоке – муссон.
В Евразии больше зона пустынь в центре материка из – за большой протяжённости с запада на восток, с уменьшением влияния Атлантического океана; на востоке материка под влиянием Муссонного типа климата формируется переменно – влажные леса.
Географическое положение Северной Америки и Евразии имеет общие черты: оба материка вытянуты с севера на юг от арктических широт до экватора, что отражается на разнообразии их природы; наиболее обширные территории этих континентов расположены в умеренных широтах, что отличает природу этих материков от природы уже изученных.
Источник
Смешанные и широколиственные леса
Смешанные леса – природная зона умеренного пояса, переходная от зоны тайги к зоне широколиственных лесов. Смешанные леса формируются в условиях достаточно влажного климата, распространены в приокеанических и переходных климатических областях материков на территории Европы, Северной Америки, Южной Америке, Новой Зеландии, о-ва Тасмания.
Для этой зоны смешанных лесов характерен климат с умеренно холодной, снежной зимой (t°ср января от –5 до –14 °С) и теплым летом (t°ср июля до +20 °С). Количество осадков (400-800 мм в год) ненамного превосходит испаряемость.
Леса – хвойно-широколиственные, а в более континентальных районах – хвойно-мелколиственные, преимущественно на дерново-подзолистых почвах. Среди хвойных пород преобладают: ель, сосна, пихта; из мелколиственных пород выделяются: береза, осина; из широколиственных: дуб, клен, липа, ясень. Увеличение доли в видовом составе широколиственных пород происходит в направлении удаления от полюсов и при увеличении влажности климата.
Животный мир состоит как из таежных видов, так и из видов, обитающих в широколиственных лесах: заяц, рысь, лось, лисица, белка, кабан, глухарь, тетерев и др.
Территория зоны смешанных лесов – одна из наиболее освоенных в хозяйственном отношении. Здесь высокая плотность населения, расположено большое число крупных городов. Это привело к тому, что естественная растительность зоны сохранилась лишь на небольших площадях, а большую часть территории занимают города, сельскохозяйственные земли и т.д.
Широколиственные леса – природная зона умеренного пояса, формирующаяся в условиях влажного климата приокеанических территорий материков. Основные площади широколиственных лесов распространены в Европе и в Северной Америке, где их иногда выделяют как южную часть единой зоны лесов умеренного пояса; небольшие участки широколиственных лесов имеются в Южной Америке.
Для этой зоны характерен морской и умеренно континентальный климат с умеренно холодной зимой (средняя температура января от –5 до –15 °С) и довольно продолжительным теплым летом (средняя температура июля до +22 °С). Количество осадков (600-1500 мм в год) приблизительно равно или ненамного превосходит испаряемость.
В растительности преобладают деревья с широкими листьями, опадающими на зиму. Господствующие породы: дуб, бук, клен, ясень, липа, граб, каштан и другие деревья, дающие значительное затенение, характерен густой травяной покров. Под широколиственными лесами распространены бурые лесные и серые лесные почвы.
В Европе широколиственные леса занимали наибольшую площадь. Здесь самое распространенное дерево – дуб (черешчатый, скальный и другие виды). В Северной Америке широколиственные леса ярко выражены к юго-востоку от Великих озер. В Южной Америке зона представлена лесами из южного бука на юге Чили.
Среди обитателей зоны встречаются копытные и хищники; из млекопитающих характерными видами являются норка, черный хорек, европейская дикая кошка, сони, зубр и др. Из птиц – зеленый дятел, кукушка, вальдшнеп, фазан.
Благоприятны климат и плодородие почв привело к активному заселению и освоению этой природной зоны, расширению пахотных земель и сведению лесов, поэтому место естественной растительности на большей части широколиственных лесов заняли антропогенные комплексы.
Источник