Расцвело растение, пролежавшее в вечной мерзлоте 30 тысяч лет

Последовательные стадии роста смолевки узколистной — растения с удивительной судьбой. 31 тысячу лет назад земляная белка спрятала его семена в своих кладовых, позабытые запасы замерзли, норки перекрылись десятками метров мерзлоты. Ученые нашли эти кладовые с семенами и, вооруженные передовыми технологиями, смогли заставить древние растения цвести и плодоносить. Получилось, что родительское растение видело мамонтов, а дочернее — ноутбуки и мобильные телефоны. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS

Группа ученых из Пущино работала с семенами растений возрастом 31 тысяча лет, поднятыми из слоев вечной мерзлоты. Ученым удалось, применив комплекс отработанных технологий, вызвать клеточное деление и органогенез в этих семенах. В результате они получили живые цветущие растения, которые после опыления дали нормальные семена с хорошей всхожестью. Это самое древнее из оживленных растений, далеко превзошедшее по возрасту предыдущего рекордсмена — двухтысячелетнюю финиковую пальму. Теперь научный мир имеет живой организм из прошедших эпох. Значение этого события трудно переоценить для дальнейшего исследования эволюции и реконструкции природных условий мира мамонтов и шерстистых носорогов.

Ожившие организмы прошлого... Тема звучит завораживающе волшебно. Но для современных людей, привыкших, как это ни странно, к всемогуществу науки и технологий, она звучит обнадеживающе достижимо. Действительно, ученые уже давно начали приступ этой волшебной твердыни. Одним из первых экспериментов такого рода стало восстановление лотоса из семян, пролежавших около 800 лет на дне высохшего озера в Маньчжурии. Эта работа относится к середине 60‑х годов XX века, когда удалось получить цветы и плоды из доисторических семян. Внушительное число исследователей после этой эффектной работы приступило к оживлению организмов прошлых эпох.

Проще всего это получалось с бактериями. Микробиологи работали с разными вариантами древних материалов, гарантировавших относительную изоляцию образцов с момента их образования. Такими материалами были, например, янтари или соляные породы. Из последних, возрастом 250 млн. лет (пермо-триасовые породы), были выделены и выращены живые галофильные бактерии Halococcus salifodinae. Они отличались от современных аналогов не настолько сильно, как можно было бы предположить с учетом их колоссальной древности. С другой стороны, если речь идет о бактериях или микроскопических грибах, то всегда возникает сомнение, являлись ли пророщенные и жизнеспособные споры синхронными с самими породами, из которых они были выделены. Ведь эти бактерии вполне могли оказаться и лабораторным загрязнением, то есть ученые скрупулезно изучали современных бактерий, случайно попавших на образец. Или же бактериальное загрязнение могло произойти по ходу выветривания или преобразования самого образца в природе: ведь он «хранился» все эти миллионы лет далеко не в стерильных условиях.

Другое дело — растения. Вот растительные остатки определенного вида — а вот выращенное из них растение, естественно, ожидаемого вида. Конечно, растения не станут рекордсменами древности, им не угнаться за микроорганизмами, но и здесь результаты впечатляют. Самое древнее из растений, которое удалось вырастить из исторических семян, — это финиковая пальма. Ее семена были найдены при археологических раскопках в Иродионе, около Мертвого моря; возраст слоев с семенами — I век нашей эры. Финиковая пальма, чьи семена прорастили ученые, была свидетельницей бурных событий в период становления христианства.

В действительности имеется и другая возможность: жизнеспособные семена и плоды могут сохраняться в вечной мерзлоте, которая обеспечивает для этого необходимую степень обезвоживания и низкие температуры. В середине 60‑х годов прошлого века из семян возрастом 10 тысяч лет, извлеченных из норок леммингов в вечной мерзлоте, были выращены люпины. Потом, правда, доказали, что эти семена современные и были привнесены грызунами существенно позже. Но идея, тем не менее, выглядела чрезвычайно плодотворной, так как именно вечная мерзлота на сегодняшний день является наиболее перспективным хранилищем древней жизни — бактериальной, грибной, растительной.

Именно в этом направлении вели поиск сотрудники Пущинского института биофизики клетки и Института физико-химических и биологических проблем почвоведения под руководством Давида Гиличинского. И именно им посчастливилось оживить самое древнее на сегодняшний день растение — смолёвку (Silene stenophylla) из семейства гвоздичных. Палеонтологи работали на берегу Колымы, исследуя плейстоценовые слои вечной мерзлоты. Эти слои формировались в условиях плейстоценовых тундростепей и содержат многочисленные и разнообразные остатки мамонтовой фауны: мамонтов, носорогов, оленей, мелких грызунов. Также многочисленны и норки грызунов, земляных белок.

Так, в местонахождении Дуванный Яр, где работала группа, насчитывается около 70 таких норок с кладовыми — хранилищами запасов. В некоторых норках были найдены нетронутые семена и плоды растений, число их в отдельных камерах достигает 600–800 тысяч. Так как в этой местности грызуны роют кладовые ниже уровня мерзлоты, то сохранность запасам была обеспечена с самого момента закладки. Как показало радиоуглеродное датирование, семена хранились в этом природном холодильнике 31–32 тысячи лет. Положение норок по отношению к верхне- и нижележащим слоям мерзлоты исключает возможность современного привноса какого бы то ни было макроматериала. Поэтому столь древний возраст семян в замерзших кладовых не вызывает никакого сомнения.

Смолёвка узколистная, выращенная из тканей древних семян: f — женские цветки, b — двуполые цветки с пестиками и тычинками. Современные смолёвки этого вида имеют только обоеполые цветы: это различие указывает на разницу в условиях, сопровождающих цветение. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS

Можно ли прорастить эти семена? Такую задачу поставила перед собой пущинская группа. Принципиальная возможность получить живое растение уже была доказана: на предыдущем этапе исследований наблюдали деление клеток у семян щавеля, осоки, толокнянки и смолёвки — всё из тех же запасников тридцатитысячелетней давности. Но наиболее перспективным объектом по ряду причин всё же была признана смолеёка.

Для начала была создана клеточная культура на основе клеток плаценты незрелого семечка. В этой ткани сосредоточены сахара и многие другие вещества, необходимые для роста и сохранения активных тканей. Также в плаценте повышена концентрация морфогенов — гормонов, ответственных за образование органов растения. Нужно при этом понимать, что общая адаптация растений арктических степей к холодным и сухим условиям безусловно способствовала такой удивительно долгой сохранности тканей в живом состоянии.

Ученые создали культуры из трех разных семечек для сравнения. Далее делящиеся клетки поместили в специальную среду с точно подобранным набором растительных гормонов. Под действием гормонов начался органогенез и появились корешки, а после перенесения растений на свет образовался хлорофилл и первые стебельки с листиками. Дождавшись листиков, растения пересадили в горшочки и поместили в оранжерею с подходящими условиями. Теперь осталось только наблюдать, как зацветают растения.

В качестве контроля ту же самую процедуру, начиная от отделения клеток плаценты и до самого цветения, проделали с современной смолёвкой, собранной на поле вокруг Дуванного Яра. Древние и контрольные растения были примерно одинаковыми, но только современные растения с обоеполыми цветками (и с пестиками, и с тычинками), а древние дали поначалу только женские цветы, и лишь потом появились и обоеполые. Далее цветы искусственно опылили, устроив строго перекрестное опыление — у ученых были предусмотрительно выращены растения из трех разных семечек. И получили семена. Всхожесть семян оказалась стропроцентной, хотя у современного контроля, прошедшего аналогичные процедуры, всхожесть оказалась ниже — 86–90%. Столь высокая всхожесть удивительна, и неизвестно, каких еще чудес нужно ожидать от оживленных растений. История их исследования только начинается.

Итак, пущинская группа представила цветущие и плодовитые растения, выращенные из тканей растений, поднятых из вечной мерзлоты, из прошлого. Это живые свидетели вымершей жизни в мамонтовых степях. Ученые показали принципиальную возможность подобного чуда, подробно описали методику. Остается надеяться, что этот исключительно интересный и значительный эксперимент будет продолжен, ведь в слоях вечной мерзлоты на Колыме имеется огромное разнообразие подобного материала: ученые определили семена еще 38 видов растений той эпохи. Восстановление этих растений даст колоссальный новый материал для понимания хода эволюционного процесса, для точных реконструкций экологии и условий плейстоценового времени.

Источники:
1) Svetlana Yashina, Stanislav Gubin, Stanislav Maksimovich, Alexandra Yashina, Edith Gakhova, David Gilichinsky. Regeneration of whole fertile plants from 30,000-y-old fruit tissue buried in Siberian permafrost // PNAS, published online before print February 21, 2012.
2) Max J. Kennedy, Sarah L. Reader, Lisa M. Swierczynski. Preservation records of micro-organisms: evidence of the tenacity of life (PDF, 2,44 Мб) // Microbiology. 1994. V. 140. Pp. 2513–2529.
3) Helga Stan-Lotte, Terry J. McGenit, Andrea Lega, Ewald B. M. Denne, Kurt Glase, Karl O. Stette, Gerhard Wanner. Very similar strains of  Halococcus salifodinae are found in geographically separated Permo-Triassic salt deposits // Microbiology. 1999. V. 145. Pp. 3565–3574.

Елена Наймарк