Научная работа
Наша компания создана действующими учеными-дендрологами. Это директор ООО «САДиК», доктор биологических наук С.Н.Горошкевич и заместитель директора, кандидат биологических наук О.В.Хуторной. Место нашей работы - Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (ИМКЭС СО РАН). Наша научная специальность – исследование разнообразия лесных древесных растений в связи с разнообразием природных условий, в которых они живут.
![]() |
Начнем – с истории. Лаборатория дендроэкологии ИМКЭС СО РАН и ассоциированный с нею Научный стационар «Кедр» имеют сложную, интересную историю. Основатель лаборатории проф. Тамара Петровна Некрасова была крупнейшим специалистом в области репродуктивной биологии лесных древесных растений. В конце 50-х годов прошлого века она организовала в Новосибирске небольшую группу исследователей в составе Биологического института СО АН СССР. Вскоре из нее выросла Лаборатория плодоношения лесных пород Института леса СО АН СССР. Лаборатория довольно интенсивно развивалась и довольно быстро заняла лидирующие позиции в соответствующей отрасли науки. |
Кедр был главным объектом исследований в лаборатории. Поэтому именно на ее основе учеником Т.П.Некрасовой Владиславом Никитичем Воробьевым в Томске в 1986 г. был создан Отдел кедровых лесов Института леса СО АН СССР. Общий ареал трех российских видов кедровых сосен (Pinus sibirica, P. pumila, P. koraiensis) составляет 11,6 млн. км2. Это в 2,5 раза больше, чем общий ареал всех остальных 5-хвойных сосен вместе взятых. Кедровые сосны играют огромную роль в природе и хозяйстве России. Достаточно сказать, что леса с их преобладанием - это почти 40 млн. га или до 10% покрытой лесом площади нашей страны. Кроме того, кедровые леса – это, бесспорно, самые сложные и самые продуктивные из сибирских и дальневосточных экосистем, национальное богатство и национальная гордость России. О кедре и его родственниках на нашем сайте есть много разнообразной информации. |
Почему именно Томск стал местом дислокации Отдела кедровых лесов Института леса? По двум причинам. Во-первых, Томск - это, бесспорно, кедровая столица России. Город располагается в зоне экологического оптимума кедра сибирского, поэтому буквально окружен кедровыми лесами. Возле большинства мелких и крупных деревень есть так называемые припоселковые кедровники – разреженные и окультуренные насаждения кедра, которые служат для заготовки ореха и отдыха населения. Во-вторых, Томск издавна является важным научным и культурным центром Сибири. Здесь находится старейший и крупнейший в Азиатской части России университет. По числу студентов и ученых на душу населения Томск занимает первое место среди российских городов. Не мудрено, что именно здесь возникло и существует единственное в России академическое подразделение, которое специализируется на исследовании кедра.
Научный стационар "Кедр" в Курлеке был основан одновременно с Отделом кедровых лесов. Перед новым научным подразделением стояла задача комплексного решения "кедровой проблемы", т.е. создание целостной системы ведения хозяйства в кедровых лесах. Стационару отводилась важнейшая роль научно-производственного полигона, предназначенного для выполнения прикладных исследований. Часть территории, примерно 0,5 га, была освоена под питомник, в котором отрабатывалась методика выращивания посадочного материала кедра сибирского с открытой и закрытой корневой системой. Проводились также самые простые селекционные работы. На снимке показан внешний вид стационара в 1989 г. |
Кстати, именно припоселковые кедровники были первым объектом наших исследований. Это Нижнее-Сеченовский припоселковый кедровник, где мы с 1990 г. уже в течение 30 лет ведем непрерывные наблюдения за динамикой и индивидуальной изменчивостью плодоношения. Снимок сделан в высокоурожайный год, когда число шишек на дереве достигает 2000 штук. В настоящее время (фотография 2018 гг.) Научный стационар «Кедр» принадлежит ИМКЭС СО РАН, является мощной базой для фундаментальных и прикладных исследований в области экологии, морфологии, физиологии, генетики, селекции и плантационного выращивания лесных древесных растений Сибири, в первую очередь, кедровых сосен, а также полигоном для внедрения научных разработок в производство. Главная цель – исследование характера и природы всех форм разнообразия лесных древесных растений, их адаптации к климату и реакции на изменение природной среды. Для этого решаются следующие задачи: - комплексное исследование взаимодействия между древесными растениями и климатом на специальных экспериментальных объектах; - проведение фундаментальных исследований в области репродуктивной биологии древесных растений и разработка принципов введения кедра сибирского в культуру как орехоплодного вида; |
- резервация генофонда 5-хвойных сосен в клоновых архивах и испытательных культурах, исследование всех форм их разнообразия; - проведение комплекса мероприятий по селекционному улучшению лесных древесных растений Сибири, выведение сортов для их плантационного выращивания и ландшафтного дизайна; - разработка технологии выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой для целей лесовосстановления, лесоразведения и рекультивации земель, создания целевых культур и орехоплодных плантаций, озеленения городов и ландшафтного строительства. |
Сам перечень задач стационара показывает, что его назначение в значительной своей части остается ориентированным на лесную и лесобиологическую тематику. В дальнейшем не планируется сокращать объем исследований в этой области. Стационар был и останется уникальным, единственным в мире специализированным центром по исследованию репродуктивной биологии, резервации генофонда и селекции кедровых сосен. Вместе с тем, как переход стационара в состав ИМКЭС СО РАН, так и внутренняя логика проводимых на нем работ потребовали резкого увеличения объема климато-экологических исследований. Что именно мы делаем и зачем это надо?
Растения, в отличие от животных, не могут генерировать собственное тепло или осуществлять сезонные климатически обусловленные миграции. Следовательно, у растений роль климата как комплекса факторов, регулирующих жизнедеятельность, чрезвычайно велика, особенно у деревьев, надземные органы которых круглый год находятся под прямым воздействием атмосферных явлений. Разнообразие климата является важнейшим фактором биологического разнообразия на всех его уровнях: экосистемном, видовом, внутривидовом. На этих же трех уровнях происходят изменения в организации живой природы под влиянием изменений (потепления) климата.
Сфера наших научных интересов – почти всё северное полушарие. За 40 лет работы проведены многие десятки экспедиций. Выглядит это примерно так, как показано на фотографии: люди с тяжелыми рюкзаками идут в гору. В обобщенном виде у каждой экспедиции три цели: (1) провести наблюдения за растениями в природе, (2) собрать материал для лабораторных анализов – анатомических, морфологических, физиологических, биохимических, молекулярно-генетических, (3) собрать материал для живой коллекции растений на нашем стационаре. |
![]() |
На рисунке точками показаны места происхождения растительного материала 5-хвойных сосен, которые есть в нашей живой коллекции. На стационаре собрана уникальная коллекция из 15 видов, ведутся наблюдения за ними и сравнительные анализы. 5-хвойные сосны представляют собой отличный объект для исследований разнообразия. Три десятка видов распространены по всему северному полушарию. Наша задача - исследовать это разнообразие, выявить механизм воздействия климатических изменений на видообразование и дальнейшее развитие видов. |
|
Для исследования репродуктивной совместимости и получения новых генетических комбинаций проводится контролируемое межвидовое скрещивание. Для этого мы изолируем шишки от фоновой пыльцы, а затем опыляем их специальной пыльцой, привезенной из разных стран. Внутривидовая изменчивость лесных древесных растений очень активно изучается на протяжении последних десятилетий. Наша задача - исследовать эколого-географическую дифференциацию видов с огромными трансконтинентальными ареалами на примере типичного в этом отношении вида - кедра сибирского. Основа этой работы - создание опытных объектов и наблюдения на них. Факторы или ресурсы среды в пределах ареала изменяются в очень широких пределах. Естественный отбор приводит генотипический состав в адаптивное соответствие с лесорастительными условиями, дифференцирует вид на популяции и экотипы. Для того чтобы исследовать структуру вида, необходимо создать репрезентативную коллекцию географических экотипов и провести в ней многолетние наблюдения за комплексом признаков. Для реализации этой идеи на качественно новом уровне нами были организованы более трех десятков специальных экспедиций. Итогом этой работы стало создание архива из примерно 1000 клонов. Наши коллекционные плантации занимают многие десятки га. |
![]() |
Кроме основных конкурсных проектов, выполняемых по плану фундаментальных исследований СО РАН, лаборатория и стационар задействованы в реализации многих других проектов. О высоком уровне провидимых работ свидетельствует их поддержка Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ). Удивительно, но факт: за последние 15 лет были поддержаны 15 наших проектов. Их названия и хронология приведены на рисунке. Приведены не для того, чтобы вы во всё это вникали. А лишь для того, чтобы вы прониклись широтой и глубиной наших научных интересов. Большим успехом коллектива стало получение в 2018 г. 3-летнего гранта Российского научного фонда по теме «Разнообразие хозяйственно-ценных признаков у кедра сибирского: характер, природа и возможности использования в селекционной работе». |
Приведенная картинка заканчивается 2021 годом. Просто потому, что мы сделали ее именно в этом году. Конкурсные проекты, конечно, есть у нас и сейчас. До конца 2024 года будут действовать два гранта Российского научного фонда: (1) «Разнообразие кедрового стланика и его гибридов с родственными видами как основа для селекции декоративных сортов», (2) «Кедр сибирский плодоносит всё реже и хуже: виноват ли в этом климат и можем ли мы исправить ситуацию?»
Наука – штука сложная и не особо интересная для непрофессионалов. Тем не менее, хотелось бы привести несколько примеров того, чем мы конкретно занимаемся. Ниже я специально приложил некоторые усилия, чтобы это объяснить. Тем, кто хочет разобраться, надо тоже приложить усилия, чтобы понять.
![]() |
Вот, например, тема эволюции наших родных 5-хвойных сосен. Мы провели анализ происхождения и родственных связей 8 евроазиатских видов. Для этого мы полностью секвенировали (т.е. определили последовательность нуклеотидов) 3 ядерных гена: LEA, AGP6, 4CL. Дело это серьезное и не дешевое. На основании сходства и различий в структуре этих генов мы построили так называемое филогенетическое древо: кто от кого произошел. |
Оказалось, что эволюция 5-хвойных сосен происходила в направлении освоения ими все более холодных биомов: пояс хвойных лесов в тропических и субтропических горах → горная тайга в умеренном поясе → бореальные леса → субарктика. При этом происходил также постепенный переход от мелких крылатых семян, которые распространяются ветром, к крупным бескрылым семенам, которые распространяются птицами-кедровками: мелкие семена с крылом → семена среднего размера недоразвитым крылом → крупные семена с остатком крыла → крупные бескрылые семена.
Самыми древними являются южные субтропические виды: гималайский Pinus wallichiana и китайский P. armandii. Самыми молодыми являются 4 вида кедровых сосен, которые четко делятся на две пары: западную (кедр европейский, P. cembra – кедр сибирский, P. sibirica) и восточную (кедровый стланик, P. pumila – кедр корейский, P. koraiensis). В этих парах независимо сформировались похожие адаптации: сокращенный период сезонного роста, устойчивость к низким зимним температурам воздуха, большая масса и бескрылость семян. Это был пример эволюционных исследований.
![]() |
Второй пример. Примерно 20 лет назад мы открыли уникальное явление – массовую естественную гибридизацию кедра сибирского и кедрового стланика. Сама по себе естественная гибридизация между видами – не редкость, но между такими разными – редкость, и большая. Некоторые результаты 20-летних исследований приведены на рисунке. |
Там есть карта с ареалами двух видов, где хорошо видна огромная область перекрытия. Есть также фотографии двух видов – на западе кедр, на востоке – стланик. В центральной части приведена фотография совместного произрастания двух видов (вверху) и типичный пример промежуточного по морфологии гибрида (внизу, чуть правее центра). Такие гибриды являются гибридами первого поколения (F1), они встречаются по всей гибридной зоне. На карте места их обнаружения показаны черными точками.
В Южной Якутии (красные кружки на карте) обнаружено удивительное явление – ВЕСЬ безупречный по морфологии кедр имеет ЧУЖИЕ (кедрового стланика) – митохондрии. Это явный результат древней (несколько десятков тысяч лет назад) гибридизации.
Анализ разнообразия трех ядерных генов показал, что чужие варианты у обоих видов встречаются далеко за пределами современной гибридной зоны: у кедра сибирского вплоть до Урала (на карте – красные крестики), у кедрового стланика – вплоть до нижнего Амура (на карте – синий крестик). Это, скорее всего, является результатом древнейшей (сотни тысяч лет) гибридизации.
Таким образом, два российских вида кедровых сосен на всем протяжении своего существования представляют собой единую генетическую систему: из-за климатических колебаний их ареалы сходятся и расходятся, осуществляется активный генетический обмен.
Полученный результат позволяет по-новому представить структуру разнообразия лесных древесных растений Сибири и характер их эволюции. Он вынуждает также задаться вопросом: а является ли вид базовой единицей биологического разнообразия или таковой единицей логично считать не вид, а совокупности репродуктивно совместимых видов?
![]() |
Tретий и последний пример. О наших коллекционных плантациях уже было сказано выше. На плантациях проводятся наблюдения. Приведу самый простой случай. Мы изучили рост и плодоношение климатических экотипов кедра сибирского. На карте показан ареал кедра и места происхождения этих экотипов: от полярного круга до гор Южной Сибири. |
Оказалось, что при выращивании в Томске по направлению от северного экотипа к южному рост увеличивался в 5 раз, а мужское цветение, т.е. продукция пыльцы, наоборот, в 5 раз снижалась. Различия по числу шишек были значительно меньше, причем, ее минимальное число было у северного и южного экотипов. Большие различия между экотипами по всем важным признаком явно связаны с их перемещением в другой климат и условия с другой длиной дня.
Полученные результаты открывают широкие возможности для использования географических экотипов в селекции кедра сибирского как орехоплодного вида: перемещая экотипы в другой климат, можно с успехом регулировать рост и плодоношение плантаций.
![]() |
Результаты наших исследований публикуются в академических журналах, как правило, на английском языке, чтобы сделать их достоянием мировой научной общественности. Например, последний результат (про климатические экотипы кедра) был опубликован в 2017 г. в одном из лучших международных лесных журналов «New Forests». |
![]() |
Мы активно участвуем в международном научном сотрудничестве. Наша лаборатория является коллективным членом рабочей группы по 5-хвойным соснам Международного союза лесных исследовательских организаций. В Томске была проведена 4-я конференция IUFRO «Breeding and Genetic Resources of Five-Needle Pines». В конференции приняли участие 50 ведущих специалистов 20 научных учреждений России, США, Канады, Австрии, Южной Кореи. В рамках конференции работало 3 секции: популяционная, эволюционная генетика, генетика количественных признаков и геномика; экология 5-хвойных сосен и влияние изменений климата на их популяционную структуру; селекция на продуктивность и устойчивость против болезней и вредителей. В рамках конференции секционные заседания сочетались с научными экскурсиями на Стационаре и расположенных в его окрестностях научными объектами (см. фото). Всем всё понравилось. Сотрудничество продолжается. |
Производственные площади и разнообразные опытные объекты широко используются как учебная база для полевых и производственных практик студентов Биологического института Томского государственного университета. По итогам работы защищен не один десяток дипломных работ. На снимке наш директор С.Н.Горошкевич со студентами ТГУ. |
Много внимания мы уделяем популяризации науки. Так у нас есть научно-популярный сайт о кедре сибирском и его родственниках. Там, в частности, изложены наши представления о хозяйстве в кедровых лесах, о ведении кедра в культуру как орехоплодного вида, о селекционной работе. В последние годы наш главный проект в этой области – сайт Российского общества селекции и интродукции хвойных. Наша компания является генеральным спонсором этой общественной организации. На сайте есть почти полная База данных по российским хвойным культиварам и много научно-популярных статей о разнообразии хвойных. С 2022 г. у нас поддерживается дзен-канал «Про хвойные от Горошкевича: наука и практика». Там опубликованы десятки научно-популярных статей о хвойных, которые написаны нашим директором С.Н.Горошкевичем. Это уникальный контент высокого уровня. Приглашаем вас посетить канал и подписаться на обновления.
Мы и в дальнейшем намерены совмещать теорию с практикой, науку с производством. Посмотрим, как это у нас получится.
Автор С.Н.Горошкевич