Про большое семейство папоротников Pteridaceae
16 октября 2024 года Алексей Владимирович Ваганов, ведущий научный сотрудник Южно-Сибирского ботанического сада АлтГУ защитил в Ботаническом институте имени В.Л. Комарова Российской академии наук в Санкт-Петербурге докторскую диссертацию. Она посвящена филогении и систематике подсемейств Сryptogrammoideae, Оnychioideae, Taenitidoideae семейства Pteridaceae (Polypodiophyta) – птерисовых, или разнолистниковых папоротников. «ЗН» узнала, для чего так подробно описывать растения и как молекулярные исследования открыли новую веху в истории биологии.
В 2009 году Алексей Владимирович защитил кандидатскую диссертацию по теме «Семейство Cryptogrammaceae: систематика, анатомия, морфология, экология, география», которая стала заделом для будущей докторской. Работа над докторской диссертацией продлилась почти 14 лет. «Формально защита должна была идти три часа, но у меня в силу обширного материала шла пять с лишним часов», – рассказывает Алексей Владимирович.
Систематика в биологической науке – одно из приоритетных направлений. Прежде чем рассматривать прикладное применение того или иного растения, важно вписать его в общую классификацию, описать морфологию (внешние признаки), выявить родство с другими видами и уточнить ареалы. Все это создает фундамент для будущих исследований в областях прикладной ботаники: биотехнологии, цитологии, генетики растений, палеоботаники.
– Система плаунов и папоротников в мировом объеме впервые была обнародована в 2016 году. Pteridophyte Phylogeny Group (PPG I). В ней есть большое семейство Pteridaceae, широко представленное в крупнейших флористических царствах мира. Александр Иванович Шмаков, директор Южно-Сибирского ботанического сада, профессор кафедры ботаники АлтГУ, – единственный в России соавтор новой классификации папоротников и плаунов мира. Наибольшее видовое разнообразие семейства Pteridaceae, безусловно, тяготеет к тропикам и субтропикам нашей планеты. Одни его представители преимущественно сконцентрированы в Северной и Южной Америке, а другие – представители Евразии и Африки, на которые я обратил более пристальное внимание и предложил в новом понимании группу родства с двумя подсемействами. Далее будут вноситься изменения в классификацию исследуемых групп на основе результатов сравнительно-морфологического, молекулярно-генетического и биогеографического анализов. Папоротники этих таксономических групп довольно сложны как на уровне организменном, так и молекулярно-генетическом.
Алексей Владимирович Ваганов и Александр Иванович Шмаков – единственные ученые из России, кто приглашен в состав коллектива новой классификации папоротников и плаунов мира PPG II, работа над которой ведется с 2023 года. В рамках диссертационного исследования Алексея Владимировича впервые проведена критическая ревизия состава подсемейств, описаны два новых подсемейства, один подрод, четыре секции и пять серий.
– Большой блок моей диссертации посвящен морфологии спор, затем молекулярной генетике – расшифровке последовательности ДНК и построению филогенетических деревьев. У семейства Pteridaceae признаки морфологии спор играют важную роль, потому что более эволюционно стабильны в сравнении с признаками внешними. Внешние признаки имеют большую вариабельность и сильнее зависят от внешних факторов: экологии, места произрастания и пр.
Далее в работе отведено место уточнению существующих ареалов и моделированию потенциальных ареалов. Это новое направление в современной биологии. Стало возможным прогнозировать экологическую нишу вида на основе данных рельефа и климата, – комментирует ход работы Алексей Владимирович.
Чтобы написать докторскую, Алексей Владимирович посещал гербарии, ботанические сады и университеты Германии (Оснабрюк и Берлин), Бельгии (Гент), Франции (Париж), Китая (Пекин) – именно в этих гербарных коллекциях сосредоточены основные материалы исследуемых групп папоротников с территории Евразии и Африки. Также Алексей Владимирович проводил исследования в центрах коллективного пользования Томска, Новосибирска и Санкт-Петербурга.
Когда были получены итоговые карты ареалов, то, сопоставив границы ареалов исследуемых папоротников с ботанико-географическим районированием Земли Р. В. Камелина (районирование по признакам состава флоры и растительности), он выдвинул одно из защищаемых положений: «Границы хорионов (областей, провинций) объединяют границы ареалов исследуемых папоротников». Это один из ключевых результатов, вынесенных на защиту, но его еще следовало доказать.
Алексей Владимирович выявил и возможные территории для произрастания видов папоротников исследуемых групп, то есть те, где их пока не обнаружили, но где существует такая вероятность. Найти родство современная наука позволяет уже не только по внешним признакам, что чаще всего затруднительно в случае таких сложных групп, как семейство Pteridaceae. Здесь существенно помог молекулярно-генетический анализ. Благодаря такому подходу составы родов уточняются, предлагаются новые виды и подсемейства.
– Я занимаюсь конкретно папоротниками – провожу своеобразную инвентаризацию ряда представителей среди семейства Pteridaceae. Трети информации о них нет в свободном доступе, а только в архивах и коллекциях, сформированных 100–150 лет назад. Почему так? Специалистов на все объекты просто не хватает. Поэтому ключевое, что мы делаем в рамках систематики: ревизия коллекций, подготовка конспекта и выстраивание самой системы, ведение работы с номенклатурой. Мы должны ответить на такие ключевые вопросы: как правильно называется тот или иной вид, где он произрастает, какие признаки его характеризуют и как вписывается он в общее эволюционное дерево? – поясняет ботаник АлтГУ.
Источники к диссертационной работе состоят на две трети из иностранной периодики. Это связано с тем, что подавляющая часть исследуемых папоротников произрастает за пределами нашей страны. Поэтому студенты, которые еще сомневаются, стоит ли изучать иностранный язык, могут оценить масштабы проделанной работы и взглянуть на свои исследования по-новому. Впрочем, о студентах Алексей Владимирович тоже не забывает: ведет курсы по компьютерным технологиям в биологии магистрантам и советует начинающим биологам помнить, что новые методы исследований в науке появляются постоянно, однако темы и вопросы остаются прежними, глобальными: «Биология останется биологией, физика останется физикой. Новые методы не должны быть самоцелью для изучения объекта. Напротив, они должны помочь лучше его рассмотреть».
Анна ЗАГОРУЙКО
Фото Дмитрия ГЕРАЙКИНА
