Эволюция следует за климатом: дубы быстро адаптировались к изменению климата в антропоцене

Ускорение глобального потепления из-за деятельности человека сделало темпы эволюции и адаптации деревьев ключевой проблемой для исследователей и лесоводов. Учёные из INRAE, ONF, CEA и университетов Уппсалы (Швеция) и Чжэцзян (Китай) изучили эволюцию дубов в трёх французских лесах за последние три столетия — от холодного периода Малого ледникового периода до потепления, вызванного деятельностью человека. Их результаты, опубликованные 6 января в Evolution Letters, показывают, что дубы эволюционируют быстро и могут адаптироваться к климатическим изменениям всего за несколько поколений. Согласно этим выводам, лесоводам следует сокращать поколения и способствовать естественному возобновлению леса, чтобы облегчить быструю эволюцию древостоя.

Команда провела ретроспективный анализ эволюции дубов в период с 1680 года по настоящее время — временной масштаб, охватывающий холодный период Малого ледникового периода (1450–1850) и тёплый период антропоцена (с 1850 года). Целью работы было понять, как эти популяции деревьев реагировали на различные климатические изменения. Учёные секвенировали и проанализировали полный геном шестисот дубов из трёх французских лесов (Тронсе в Алье, Рено-Вальдьё в Перше и Берсе в Сарте), разделённых на четыре возрастные когорты: средний возраст 340 лет, 170 лет, 60 лет и 12 лет. Исследователи изучили вариации частот аллелей в геномах четырёх когорт. Частота аллелей одного гена может меняться в зависимости от критериев отбора окружающей средой, таких как засуха или холод. Эти вариации сравнили с изменением климата, включая частоту экстремальных явлений, таких как суровые зимы или сильные засухи.

Быстрая эволюция дубов, адаптированных к каждому климатическому периоду

Результаты выявили идентичную эволюционную картину в древостоях трёх лесов, которая различается в зависимости от изучаемых климатических периодов. Вариации, наблюдаемые в геноме самых старых деревьев холодного Малого ледникового периода, противоположны тем, что наблюдаются у молодых деревьев тёплого периода антропоцена. Эти развивающиеся геномные сигнатуры означают, что дубы могут эволюционировать быстро, с наблюдаемыми эволюционными скачками всего за несколько поколений, и способны перенаправлять свои эволюционные траектории за относительно короткое время, чтобы быстро адаптироваться к изменениям климата.

Адаптация управления лесами для благоприятствования эволюции дубов

Эти результаты дают новые знания для адаптации управления лесами к изменению климата. Они поднимают вопрос о сохранении деревьев старше ста лет, адаптированных к холодному климату, которые могут замедлять эволюционный процесс, опыляя более молодые деревья. Сокращение поколений ускорило бы эволюцию и ограничило бы эффекты плохой адаптации из-за опыления старыми древостоями. Лесоводы могут адаптировать практики естественного возобновления, чтобы дать больше простора для эволюции. При естественном возобновлении посев происходит без вмешательства человека и с очень густыми всходами — более 100 000 семян на гектар. Деревья сталкиваются с сильным давлением отбора: 95% отдельных деревьев элиминируются в последующие 15–20 лет, и будут отобраны деревья, лучше всего адаптированные к текущим климатическим условиям.