Семена какого растения удалось прорастить спустя 10000 лет
Обновлено: 05.10.2024
Российские ученые смогли "оживить" семена, которые более 30 тысяч лет назад попали в условия вечной мерзлоты: специалисты из Институтов биофизики и биологических проблем почвоведения РАН вырастили одно из самых древних многоклеточных растений.
Под землей семена оказались защищены от воздействия воды и окружающей среды и поэтому так хорошо сохранились.
Посылку из позднего палеолита группа биологов Института физико-химических проблем почвоведения обнаружила на Колыме. Семена "смолёвки узколистой" — этот небольшой кустарник до сих пор распространен в Северо-Восточной Сибири — нашли на 30-метровой глубине в норе доисторического суслика. Грызуны прятали запасы в самой холодной части подземелья, так что в слое вечной мерзлоты семена находились как в криокамере, и поэтому хорошо сохранились.
Ведущий научный сотрудник Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН Станислав Губин рассказал о том, в каких условиях сохранились семена: "Это такие камеры размером с большой арбуз. В них несколько оболочек — слои растительных остатков, шерсть бизонов, мамонтов, овцебыков, а внутри находятся семена. И запасы этих семян колоссальны. Мы сделали расчеты и выяснили, что их около 600-800 тысяч. Они смерзшиеся, в очень хорошем морфологическом состоянии. Они настолько хорошо выглядят, что было грех не попробовать вытащить из них жизнь".
Для биологов замороженные растения — один из самых ценных источников информации. Фрагменты ДНК могут рассказать о прошлом гораздо больше, нежели, например, окаменелости. До сих пор рекорд принадлежал израильским биологам, которые смогли прорастить семена финиковой пальмы, возраст которых составлял около 2000 лет. Российские же ученые удивили весь научный мир. Поначалу палеонтологи попытались прорастить сами семена, но из этого ничего не вышло. Тогда ученые переключились на их составные части, так называемые "плацентарные ткани". В лабораторных сосудах удалось довести их до стадии взрослого растения, а уже через год в распоряжении исследователей были не только растения, но и плоды с молодыми семенами.
Старший научный сотрудник Института биофизики РАН Светлана Яшина вспоминает: "И вдруг мне показалось, что эти споры начали зеленеть. Это оказался первый проросток. Когда мы высадили его на свет, он действительно буквально за двое суток позеленел".
Ученые сравнили современную смолёвку и растение из прошлого и пришли к выводу, что в процессе эволюции немного изменилась форма цветка, а также особенности разделения полов кустарника. Впрочем, эксперимент продолжается. Скорее всего, в скором времени у биологов появится новые данные об особенностях эволюции флоры на Колыме.
Ожившие растения 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.
Уникальные эксперименты по проращиванию древних семян, проводились неоднократно в разных частях мира. И удивительно, многие из них оказались успешными.
Последовательные стадии роста смолевки узколистной
Сотрудники лаборатории криоконсервации генетических ресурсов Института биофизики клетки РАН и лаборатории криологии почв Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Пущино) впервые получили целое жизнеспособное растение из тканей недозрелого плода, пролежавшего в сибирской вечной мерзлоте более 30 тыс. лет.
Биологи из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН занимались изучением останков растений, найденных в вечной мерзлоте на глубине 38 метров в Магаданской области. На берегу реки Колымы часто находят пласты с отложениями замороженных растений, относящихся к периоду позднего плейстоцена - это примерно 40-25 тысяч лет назад.
Смолёвка узколистная
Из всех останков растений ученых привлекли семена смолевки узколистной. Этот низкорослый многолетний кустарник растет на территории Якутии и в наши дни. Обладает высокой устойчивостью к глубокому охлаждению. Видимо, поэтому они и смогли сохраниться до наших дней.
Возраст магаданской находки - около 30 тысяч лет. И вот из этих семян криобиологи из подмосковного Пущино сумели вырастить растение. Им удалось получить из нескольких размороженных незрелых семян смолевки полноценные ростки, и пересадить в почву. Таким образом, впервые в России было воскрешено растение, семена которого пролежали десятки тысяч лет в вечной мерзлоте и помнит мамонтов.
Кстати, самые древние семена, которые удавалось прорастить до сих пор, - семена финиковой пальмы, сохраненные защитниками еврейской крепости Мосада в Израиле - были возрастом около 2000 лет.
На фото: 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
28 февраля 2012 года. Троицкий Вариант № 98, c. 9, "Исследования"
Наталья Резник
Пальма Мафусаил
2000-летнее семечко проросло, и появилось дерево, вымершее 1800 лет назад.
Когда археологи в 1963-м году проводили раскопки дворца Ирода Великого на Масаде, в Израиле, то в одном старинном кувшине они обнаружили несколько семян финиковой пальмы. Семена хранились в очень сухом и защищённом пространстве.
В Университете Цюриха был проведён радиоуглеродный анализ, и он показал, что возраст семян датируется в промежутке от 155-го года до н. э. до 64-го года н. э. После этого семена были переданы на хранение в Университет Бар-Илан, в Рамат-Гане. Там они находились до 2005-го года.
Сара Соллон (справа) и её коллега Элайн Соловей (Elaine Solowey) радуются своему достижению (фото David Blumenfeld/San Francisco Chronicle).
В том же году три семени пальмы было решено посадить в предварительно удобренную гормонами почву, и восемь недель спустя одно из древних семян проросло.
Израильские учёные во главе с Сарой Соллон (Sarah Sallon) из исследовательского центра в Иерусалиме (Natural Medicine Research Center — NMRC), которые оживили и выращивают историческое деревце.
Пальма Мафусаил
Было решено дать пальме имя Мафусаил, в честь знаменитого библейского персонажа-долгожителя. Растёт дерево в кибуце Кетура, в пустыне Арава, что на юге Израиля. В 2011-м году на Мафусаиле появились цветы, таким образом было установлено, что это дерево мужского пола.
Учёные недавно взяли пыльцу, чтобы оплодотворить одну из финиковых пальм, и им удалось получить плоды. И это повышает вероятность того, что популяция иудейской финиковой пальмы, пока считающаяся вымершей, вновь будет возрождена.
В настоящее время учёные сравнивают структуру молодого дерева с современными пальмами и изучают образец ДНК, взятый у одного из листьев. Предварительные результаты будут опубликованы в начале следующего года.
Надо признать, что израильтяне не первыми попытались оживить древнее семя. Раньше были китайцы, которые вырастили лотос из семечки возрастом 1,2 тысячи лет, пролежавшие в субтропическом болоте и после этого проросшее. Но это почти в два раза меньше.
Урожай из семян, которым 800 лет
Археологи, расчищая очередной пласт почвы, наткнулись на небольшой глиняный горшок, в котором обнаружили довольно хорошо сохранившиеся семена.
Специалисты определили возраст находки — горшку и семенам 800 лет.
Учёные утверждают, что население, которое проживало в этих местах около тысячи лет назад, именно в таких глиняных горшках хранило пищу и семена.
Студенты из канадского университета в городе Виннипег, решили провести эксперимент и посадить семена в плодородную почву. Какое же было удивление, когда 800-летние семена проросли, превратились во взрослые растения и дали плоды.
Из древних семян вырос “Gete-okosomin” — большой старый кабачок.
Нельзя утверждать, что это самые вкусные кабачки на свете, но то, что они существовали 800 лет назад, уже поразительно.
Семена, пролежавшие в горшочке VIII веков, смогли прорасти и дать плоды.
Люпин арктический (Lupinus arcticus)
В 1954 году в северо-западной части Канады при археологических раскопках на плато Юкон в толще промерзшего ила у реки Миллер-Крик были обнаружены семена люпина арктического. Семена были извлечены из норок леммингов в вечной мерзлоте.
Ученые определили, что им 10 000 лет. После находки семена еще 12 лет пролежали и сухом теплом помещении, пока ими не заинтересовался канадский ботаник.
Создав семенам все необходимые условия, он добился того, что шесть семян проросли, дали всходы, и из них выросли здоровые растения.
Потом, правда, доказали, что эти семена современные и были привнесены грызунами существенно позже.
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.
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.
Китайскому учёному Ли Чжэнжуну удалось прорастить семена лотоса, обнаруженные при раскопках. По предварительной оценке, они относятся к периоду династии Сунь (960–1279 гг. н. э.), сообщает GB Times.
Новость о пророщенных семенах лотоса тысячелетней давности облетела китайские соцсети и стала одной из самых популярных.
Семена лотоса найдены археологами два года назад в районе города Цзинин провинции Шаньдун. Раскопки посвящались изучению культурного периода династии Сун.
Доктор Ли Чжэнжун из Китайской академии искусств получил семена случайно и решил прорастить их. Семена не только проросли, но и дали мощные побеги с большими листьями. Лотосы высадили в каменную чашу династии Сун и поставили её на берегу озера Сиху в Ханчжоу провинции Чжэцзян.
Рядом с чашей местные власти установили видеокамеры, которые обеспечат круглосуточное наблюдение за ростом побегов и онлайн-трансляцию для всех желающих.
Секрет семян лотоса
Аналогичный эксперимент был проведён с семенами лотоса в 2013 году.
Группа из 70 учёных из разных стран исследовала семена лотоса, которые способны выживать в экстремальных условиях в течение сотен лет. Им удалось прорастить семя лотоса возрастом почти 1300 лет, найденное на дне озера. Его возраст подтверждён радиоуглеродным анализом.
Лотосы на рынке Шри-Ланки. Фото: SHARA S.KODIKARA/AFP/Getty Images
По её словам, большой процент белка в семенах лотоса остаётся жидким даже при температуре кипения. Белки, выдерживающие высокую температуру, жизненно важны для выживания в агрессивной внешней среде. Необычный набор генов даёт лотосу преимущества в выживании. Его листья отталкивают грязь и воду, цветки генерируют тепло, а на поверхности плодов лотоса есть слой из антибиотиков и воска, который поддерживает жизнеспособность семян.
Лотос ― символ чистоты
Изготовление лотосов буддийскими монахами в Индии. Фото: MANJUNATH KIRAN/AFP/Getty Images
Для буддистов процесс роста лотоса напоминает жизнь людей. Изначально семя растёт на болотной местности, в грязи, что ассоциируется с миром страданий. После упорного роста оно прорывается сквозь толщу воды (вооружается истинным знанием пути). Потом тугие стебли показываются на поверхности воды, и красивый бутон раскрывается 10 лепестками. Лотос ― это символ достижения счастья, внутреннего совершенства и просветления каждого человека.
Лотос растёт во всей Юго-Восточной Азии. В столице Индии Дели построили огромный храм из пентелийского мрамора в форме лотоса. Особенно почитаем лотос в Таиланде.
Бутон лотоса достигает 30 см. Он раскрывается на рассвете и цветёт в течение трёх дней. Цвет его варьирует от белого до лилового и даже тёмно-фиолетового. За счёт воскового налёта на листьях вода скатывается с них шариками. Лотосу, как одному из видов цветов, более сотни миллионов лет. Источник
Читайте также: