В 1994 году посетители Национального парка Уоллеми, среди которых был Дэвид Нобл, сотрудник Управления национальными парками и заповедниками Нового Южного Уэльса, обнаружили во время экскурсии в глубоком каньоне несколько групп странных деревьев. Нобл сообщил о находке биологам и показал им образец растения, в котором позже идентифицировали сосну Wollemia nobilis, известную как воллемия благородная исключительно по ископаемым окаменелостям и считавшуюся вымершей около 2 млн лет назад. Недавно учёные впервые расшифровали геном воллемии, чтобы изучить эволюцию уникального вида и оптимизировать меры по его сохранению.

Дэвид и его спутники обнаружили пару групп воллемии общей численностью около 160 деревьев. Древнюю сосну назвали благородной – nobilis – по фамилии её первооткрывателя (Нобл). Анализ растений показал, что все эти деревья были стволами-клонами, связанными корневой системой. Учёные пришли к выводу, что эти группы растений были частью некогда огромного леса. Сегодня живое ископаемое пребывает под угрозой вымирания из-за лесных пожаров Австралии и опасного вредителя Phytophthora cinnamomi – коричневого плесневого гриба, провоцирующего корневую гниль, который, вероятно, принесли в колонию туристы, нелегально посещавшие парк. Вследствие поражения грибом в наше время в дикой природе насчитывается всего 60 сосен-воллемий. Чтобы повысить шансы растения на восстановление популяции, исследователи решили изучить его геном и выяснить, какие эволюционные механизмы позволили ему выживать на протяжении миллионов лет.

Воллемия благородная заслужила звание живого ископаемого, ведь она произрастала на нашей планете ещё во времена динозавров. Более того, образцы окаменелостей, датируемые меловых периодом (от 66 до 145 млн лет назад), демонстрирует, что с тех пор морфология растения практически не изменилась. Учёные обнаружили, что сосна имеет 26 хромосом, содержащих 12,2 млрд пар оснований. Для сравнения, у человека нуклеотиды образуют всего ~3 млрд пар оснований. Несмотря на массивный геном, вид отличается чрезвычайно скромным генетическим разнообразием. По расчётам специалистов, малый генетический пул объясняется тем, что примерно 10-26 тыс. лет назад воллемия благородная пережила катастрофическое сокращение популяции. К тому же, как мы упоминали ранее, сохранившиеся до наших дней растения размножаются преимущественно корневыми отпрысками, что также не способствует увеличению генетического разнообразия.

Учёные считают, что в последние эры существования вида его численность упала из-за увеличения числа транспозон, так называемых «прыгающих генов» – участков ДНК, способных к миграции в пределах генома. Высокий процент транспозон в ДНК живых организмов приводит к образованию массивного генома. Перемещение этих участков внутри генома чревато мутациями, поскольку при «прыжках» они могут поменять последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК, «прихватить» с собой фрагмент функциональных участков ДНК либо разорвать последовательность в новой локации. Таким образом, даже будучи формально некодирующей частью генома, транспозоны имеют существенное влияние на эволюцию живого организма. К примеру, анализ генома показал, что, вероятно, «прыгающие гены» сделали растение более восприимчивым к заболеваниям, вызываемым грибом Phytophthora cinnamomi. Некогда воллемия располагала устойчивостью к этому вредителю, однако мутация, которая одарила её широкими, похожими на листья иголками, подавила ген, ответственный за эту способность.

В 99% случаев провоцируемые транспозонами мутации негативно сказываются на выживаемости вида, однако в долгосрочной перспективе именно 1% мутаций позволяет организму эволюционировать и приспосабливаться к новым условиям. По мнению исследователей, пока воллемия размножалась половым путём, вызванные транспозонами пагубные мутации могли привести популяцию древней сосны в упадок на фоне климатических изменений. Вероятно, сочетание неблагоприятных обстоятельств заставило растение перейти на бесполое размножение, чтобы уменьшить влияние транспозон на геном вида. Как ни парадоксально, в то же время большое количество транспозон могло временно увеличить генетическое разнообразие популяции, тем самым делая её несколько более стойкой к изменениям климата.

Расшифровка генома Wollemia nobilis показала сложный путь эволюции растения на протяжении миллионов лет. Учёные верят, что полученная информация поможет им сформулировать более чёткую стратегию сохранения вида. Хотя в дикой природе осталось всего 4 крошечные популяции воллемии, к счастью, эта уникальная сосна активно размножается в условиях ботанических садов. Потому эксперты рассчитывают, что им удастся использовать потенциал культивируемых растений для поддержания и увеличения численности вида.