Руководитель проекта «Структурно-функциональное моделирование листьев опасных инвазионных растений для анализа и прогнозирования их распространения в Тюменской области», заведующая лабораторией экологической физиологии растений и экспериментальной фитоэкологии Института X-BIO, кандидат биологических наук Лариса Иванова (Л.И.); эксперт по ботанике и биогеографии растений кандидат биологических наук Анатолий Хапугин (А.Х.) и кандидат биологических наук Леонид Иванов (Леон. И.) – специалист по газообмену, углеродному балансу растений ответили на вопросы журналистов.

– В чем суть проекта, что за такие страшные инвазионные растения есть у нас в области? Откуда они здесь взялись?

Л.И.: – В комплексном проекте решается несколько актуальных проблем, связанных с фундаментальными исследованиями биологических инвазий. Это изучение свойств инвазионных растений, их опасности и ареала их распространения.

А.Х.: – Для Тюменской области очень актуально изучение инвазионных растений, раньше у нас они специально не исследовались. Наше исследование охватывает несколько наиболее опасных и агрессивных представителей этой группы. Инвазионные растения – это виды, которые завезены сюда из Северной Америки, Западной Европы и других регионов. Они способны наносить вред либо непосредственно человеку, как борщевик Сосновского, либо естественным экосистемам. Например, североамериканский вид череда облиственная может вытеснять из прибрежных местообитаний местные виды череды, меняя облик растительных сообществ. Некоторые инвазионные виды являются аллергенными.

Л.И.: – Инвазионные растения обладают уникальными физиологическими свойствами, которых нет у местных видов, и могут подавлять и вытеснять местные. Тот же борщевик Сосновского опасен при контакте с ним. Он выделяет сок, который при воздействии ультрафиолетового излучения вызывает сильные ожоги на коже. И, если площадь ожогов большая, то человек может пострадать вплоть до летального исхода. Обычный же сибирский вполне съедобен.

 – Получается, вам теперь необходимо выявить зоны распространения этих растений в нашей области?

Л.И.: – Когда местное население осознает, что произошла инвазия, бывает уже достаточно поздно – растения широко распространяются, нужны большие экономические затраты, усилия и время, чтобы убрать эти растения. Нужно заранее, пока они ещё не распространились, отслеживать любые чужеземные виды, которые попадают к нам семенами – их привозят путешественники на транспорте из других регионов. Чтобы оценить инвазионный потенциал этих растений, узнать, могут ли они у нас вытеснить местные виды, лучший подход – изучать их физиологические особенности, которые определяют распространение растений в данных условиях, климате, в данных типах мест обитания.

– Именно такое изучение и называется "структурно-функциональное моделирование"?

Л.И.: – Да, это – совершенно новый подход к изучению растения, такое исследование не проводили ни у нас, ни в других странах. Это инновационный метод, основанный на трехмерном моделировании и структуры, и функций растения с помощью специализированного программного обеспечения, которое разрабатывается сотрудниками нашей лаборатории.

У нас три блока исследований: первый – ботанический, который отвечает за распространение и определение видов (некоторые виды очень похожи на местные, их трудно определить), за их географию. 

Второй блок – физиологический, который курируют Леонид Иванов и ведущий в нашей стране эксперт по физиологии прибрежно-водных растений, кандидат биологических наук Дина Ронжина. 

В тех местах, которые укажут ботаники, физиологи изучат функциональные свойства инвазионных растений. Мы должны изучить структуру фотосинтетических органов, потому что растение имеет успех тогда, когда может свести положительный углеродный баланс – при фотосинтезе поглотить больше углекислого газа, чем выделить его при дыхании. А за это отвечает структура и функция фотосинтетических органов, то есть, мы полностью изучаем комплекс всех физиологических особенностей, которые связаны с фотосинтезом, продуктивностью и ростом растений, структуру листа и интенсивность поглощения-выделения углекислого газа.

Затем это всё передаем физикам (третий блок исследований), которые моделируют точные количественные данные, используя программное обеспечение. На основе этого мы можем изменять в трехмерной модели экологические условия и прогнозировать, при каких условиях структура листьев будет иметь успех. Потом можно будет понять, где нужно отслеживать эти виды.

Допустим, борщевик Сосновского предпочитает хорошо увлажненные и освещенные места. Это поймы, обочины дорог. Мы в тенистый лес уже за ним не пойдем.

А.Х: – Мы предварительно собрали данные о распространении инвазионных видов, но эта информация не полная, и нужны новые исследования. Пока местные жители не замечают этих растений, в почве накапливается банк семян, и даже если взрослое растение уничтожить, то через год-два из семян могут снова прорасти новые. Нужны долговременные мониторинг и противодействие внедрению и расселению инвазионных растений.

Л.И: – И выявлять их надо целенаправленно, мы же не можем идти цепью по территории всей области и искать чужеродные виды. Надо изучать их особенности, чтоб точно определять местонахождение.

– Потом об этом расскажете Департаменту агропромышленного комплекса – принесете пользу области…

Л.И.: – Польза будет, да. Но чтобы её получить, нужно в течение трех лет провести фундаментальное научное исследование, представить новые данные научному сообществу и верифицировать разработанные подходы к изучению углеродного баланса инвазионных растений, получить отзывы ведущих экспертов. Частью работы будет также картирование распространения видов с помощью ГИС-технологий плюс прогнозные карты, которые покажут, как растения могут распространяться.

Леон. И: – Кстати, растения появились у нас не только из-за путешествий и заноса людьми. Изменение климата, потепление, изменение равновесия в экосистеме тоже подталкивает к инвазиям.

А.Х.: – Некоторые виды человек сам высаживает. Потом они просто "сбегают" в дикую природу, где успешно осваиваются.

– Декоративный наш ландшафтный дизайн…

 А.Х.: – Да. Заранее нужно иметь в виду, что культивируемый вид может представлять потенциальную опасность для местных экосистем.

– А студенты вам помогают в исследовании?  

Л.И.: – Обязательно. Студенты одновременно и обучаются, и участвуют в работе на всех ее этапах – от сбора образцов в природе, лабораторного анализа данных до разработки концепции моделирования углеродного баланса инвазионных растений. Большая часть студентов в лаборатории - магистранты либо профиля "Биобезопасность растений", либо "Математическая биология и биоинформатика" в X-IO. Наша задача - привлечь сильных, самостоятельных исследователей в аспирантуру, подготовить кадры высшей квалификации для самого университета и всей научно-образовательной экосистемы региона.

Источник:Управление стратегических коммуникаций ТюмГУ