Раздел 1. Основные научные
направления работы Ботанического сада
За более чем 300-летнию историю функционирования в Саду
сложились традиционные научные направления ботанических исследований, во многом
связанные с работами, выполнявшимися на первых этапах его существования - поиском
и выращиванием лекарственных растений, а затем, после вхождения Сада в состав
университета, - с флористическими исследованиями в Подмосковье и в Европейской
России, а также специальным комплексным изучением отдельных групп растений, в
особенности зонтичных. Во второй половине ХХ века стали активно развиваться
научные направления работы Сада, связанные с интродукцией, генетикой и
селекцией растений, а также другими естественнонаучными исследованиями, в особенности
зоологическими (орнито- и энтомофауна) и почвенными. Разнообразие
экспозиционных и коллекционных фондов растений Сада тесно связано с выполнением
его основной функции - обеспечением полноценного ботанического образования
студентов МГУ и проведением здесь современных комплексных биологических
исследований.
1.1. Зонтичные
Старого Света: таксономия, география, экология
(руководитель - д.б.н.,
профессор, г.н.с. М.Г. Пименов)
Сектор систематики и географии
растений в течение многих лет проводит разностороннее изучение систематики и
филогении растений семейства зонтичных (Umbelliferae). Монографические исследования этого семейства в
Московском университете были начаты еще основателем кафедры ботаники и
директором Ботанического сада Георгом-Францем Гофманом в начале XIX в. и продолжаются до сих пор.
|
Рис. 1. Дудник пурпуровый. |
Зонтичные - одно из
крупнейших семейств цветковых растений, широко представленное во флорах разных
регионов Северного полушария, особенно горных и аридных. Наибольшее
биоразнообразие зонтичных наблюдается в Азии, и азиатские таксоны являются
основным объектом нашего исследования. Зонтичные имеют важное хозяйственное
значение, особенно как лекарственные, кормовые, пищевые и ароматические
растения.
В то же время зонтичные
считаются одним из самых сложных в таксономическом отношении семейств цветковых
растений. Это связано с характером их эволюции, приведшей к современному
биоразнообразию, в котором вычленение естественных родов и таксонов более высокого
ранга по разным критериям приводит к неоднозначным выводам. Широко
распространено явление гетеробатмии. Поэтому наше исследование зонтичных
характеризуется мультидисциплинарностью подхода, т.е. не ограничивается
традиционной морфологией, а включает в себя также данные анатомии плодов и
вегетативных органов, биоморфологии, кариологии, фитохимии и молекулярной
биологии. Для обработки данных давно и широко используются компьютерные методы
и многомерная статистика. Такой подход предполагает сотрудничество со
специалистами иного профиля - молекулярными биологами, фитохимиками,
математиками. У Ботанического сада налажено многолетнее сотрудничество: в пределах МГУ - с Институтом
физико-химической биологии, НИВЦ и Факультетом ВМиК, а вне МГУ - с Ботаническим
институтом имени В.Л.Комарова в Санкт-Петербурге.
Очень важна правильная
идентификация материала, а также вовлечение в монографические исследования как
можно более широкого круга объектов. Материал поступает к нам из трех главных
источников: из экспедиций, со специального участка ботанического сада и из
различных гербарных коллекций. В свое время мне удалось собирать материал во
всех районах бывшего СССР, имеющих оригинальные таксоны семейства, особенно в
Средней Азии, откуда было описано много новых видов и родов, на Дальнем Востоке
и в Закавказье - в местах ныне труднодоступных. После 1991 г. появилась
возможность полевых работ в зарубежной Азии, и были осуществлены поездки в
Китай, Непал, Индию, Иран, Турцию и некоторые другие страны. На участке
систематики зонтичных Ботанического сада МГУ выращиваются многие собранные в
экспедициях виды, и материал используется для морфологических, цитологических и
молекулярных исследований. Работа в некоторых мировых гербариях - Кью,
Британском музее, Эдинбурге, Париже, Женеве, Берлине, Иене, Мюнхене, Вене, Иерусалиме, Пекине, Нанжине, Куньмине,
Урумчи, Дерадуне, Мумбае, Коинбаторе позволила выявить многие типы и
корректировать таксономию азиатских зонтичных. Составлена огромная иконотека
(фото- и компьютерных изображений) типовых и других важных гербарных
материалов.
|
Рис.
2. Астранция крупная. |
Непременным компонентом всех
таксономических исследований зонтичных является изучение анатомии плодов, хотя,
конечно, систематика семейства не сводится к карпологии. Поверхность плодов
изучается с помощью СЭМ. Плоды
описываются по стандартному набору дескрипторов с учетом всех диагностических
особенностей перикарпа и семени.
Определение чисел хромосом и
морфометрический анализ кариотипов проводятся с 1974г. Изучено свыше 750 видов,
для многих хромосомные числа определены впервые. Результатом явилась монография
'Кариотаксономический анализ зонтичных', изданная в 2002 г. в США. В ней
собраны все данные о хромосомных числах и кариотипах зонтичных мира - всего
1776 видов из 347 родов; многие виды
были изучены только в нашей лаборатории.
В последние годы резко
возрос интерес к молекулярной систематике и филогенетике растений. Многие видят
в этом решение всех проблем систематики и возможность отказаться от
морфологических критериев или резко снизить их значение. Но мы занимаемся этими
исследованиями давно, и первая работа по молекулярной систематике зонтичных (в
сотрудничестве с отделом эволюционной биохимии тогда еще Межфакультетской
лаборатории) была нами опубликована в далеком 1979 г. Сейчас, в эпоху
секвенирования возникают две системы классификации одних и тех же объектов,
которые в некотором смысле равнозначны и не сводятся одна к другой. По
существу, это взаимодополняющие гипотезы. Кроме того, сравнивая нуклеотидные
последовательности небольшого участка генома у разных видов, мы фактически
изучаем структурное разнообразие на новом уровне. Поэтому мы отказались от
попыток трансформировать систему зонтичных по молекулярным данным и
сосредоточились на тестировании
систематического положение критических родов и видов, относительно
которых таксономические гипотезы, основанные на морфологических данных,
противоречивы. Таких таксонов в семействе много. В таком контексте молекулярные
данные имеют неоценимое значение и очень стимулируют таксономический процесс.
Так были исследованы некоторые редкие эндемики Средней и Передней Азии, Китая,
Гималаев, Турции, Ирана, Кавказа.
|
|
В результате синтеза
различных данных проведены ревизии многих таксонов, главным образом на уровне
рода и группы родов - Angelica, Ostericum, Peucedanum, Ferula, Dorema, Seseli, Pleurospermum и близкие роды, Elaeosticta и некоторые другие геофильные зонтичные
Средней Азии, Leiotulus, Ferulago, Prangos, Ligusticum, Pachypleurum, Copnioselinum и др. Было описано 29 новых родов и 88 новых видов из 24 родов
Азии. Результаты этих ревизий нашли свое отражение в сводке 'Роды зонтичных.
Номенклатор', которая была издана в 1993 г. в Кью, а также в отдельных работах
по номенклатуре надродовых таксонов, о типификации родов зонтичных флоры
бывшего СССР; недавно написаны по единой схеме и еще не изданы описания 124
родов для международной сводки 'Семейства и роды цветковых растений'. Сейчас заканчивается
большая работа, в которой собраны воедино (в форме компьютерной базы данных
материалы по номенклатуре, типификации и распространению зонтичных Азии - на
уровне вида. Число видов в Азии примерно 2100 из 281 рода, т.е. значительно
больше половины мирового биоразнообразия Umbelliferae.
Создание
таких сводок практически невозможно без использования технологии компьютерных
баз данных - и это является предметом нашего многолетнего сотрудничества с
Факультетом ВМиК. Так были созданы три
информационных системы - GNOM по систематике и географии
родов зонтичных мира (сейчас существует в Интернете), CARUM по хромосомным числам и
кариотипам видов зонтичных мира, и ASIUM - по видам Umbelliferae Азии. Их можно рассматривать как 'подвижные монографии' по зонтичным,
В процессе разработки находится дескриптивная база данных по карпологии
зонтичных (совместный проект с НИВЦ МГУ).
Следующий
раздел работы - обработки для региональных флор. Написаны обработки
зонтичных для 'Определителя растений Средней Азии', 'Флоры Таджикистана',
'Сосудистых растений Российского Дальнего Востока', 'Флоры Сибири', отдельные
роды для 'Flora Iranica'; в виде отдельных
монографий изданы 'Ферулы Казахстана' и 'Зонтичные Киргизии'. К этим работам
примыкают обработки зонтичных для Красных книг - двух изданий 'Красной книги
СССР' и 'Красной книги России'. Данные по хозяйственному значению и химическому составу зонтичных России и
сопредельных стран обобщены в одном из томов многотомной сводки 'Растительные
ресурсы СССР' с обширной библиографией. Начато исследование эфирных масел
зонтичных совместно с Анатолийским университетом (Эшкишехир, Турция).
В настоящее время внимание
сосредоточено на выполнении гранта Роснауки - составлении атласа по
сравнительной карпологии зонтичных Евразии и Африки, совместно с университетом
Йоханесбурга (ЮАР).
|
Рис. 4. Е.А. Захарова и
Т.А. Остроумова с проф. Б.-Э. Ван
Вейком (ЮАР). |
