Ученые изучающие растения и деревья: Как называют учёных изучающие деревья и другие ратения

Содержание

Как деревья «обманывают» законы физики

Алексей Дорошков, Юлия Черная
«Троицкий вариант — Наука» № 22(341), 2 ноября 2021 года

Оригинал статьи на сайте «Троицкого варианта»

Именно так называлась очередная лекция, прошедшая в рамках проекта «Открытые лекции Института цитологии и генетики (ИЦиГ) СО РАН». «Возможно, моя лекция даст вам больше вопросов, чем готовых ответов, — предупредил собравшихся слушателей в начале своей лекции канд. биол. наук, ст. науч. сотр. ИЦиГ, преподаватель НГУ Алексей Дорошков, — что, на самом деле, естественно для науки. Кроме того, хочется обратить внимание собравшихся, что многоклеточность в ходе эволюции появлялась несколько раз. И растения — совершенно независимая относительно животных эволюционная ветвь такого существования». Первое отличие между животными и растениями, которое, скорее всего, смутно вспоминается нашим читателям из школьного курса, — это наличие клеточной стенки у растений. «Клеточная стенка растений — это далеко не просто структура, отделяющая внутренность клетки от остального мира. Она может быть не только утолщена, но и занимать больше пространства, чем сама клетка, она участвует в транспорте и в множестве других процессов — это полноценный „внешний органоид“», — подчеркивает Алексей. Движение веществ по клеточным стенкам разных клеток называется апопластным транспортом. Внутреннее содержимое разных клеток, соединенное через специальные каналы в клеточной стенке, у растений составляет симпласт. Соответственно, транспорт питательных веществ по симпласту называется симпластным. Третий существующий у растений вид транспортных путей — трансмембранный (проходит и по клеточным стенкам, и по симпласту). Как же именно растения, имея эти три транспортные системы, умудряются перехитрить известные нам законы физики? Об этом Алексей и рассказал в своей лекции.

Секвойя и Эванджелиста Торричелли

Растения потребляют огромное количество воды. В реакции фотосинтеза на каждую молекулу СО₂ приходится по одной молекуле воды. Но при этом, тратя одну молекулу на фотосинтез, сотни молекул растение испаряет из устьица. 90% деревьев (высотой до 21 м) испаряют в день от 10 до 200 л воды! (Wullschleger et al., 1998) Всё это огромное количество жидкости поднимается по ксилеме (сосудистой ткани растений), используя пассивные физические механизмы. Клетки каналов ксилемы мертвые и полые, что устраняет препятствия со стороны клеточных мембран и протопластов.

Благодаря опытам Торричелли, известным из школьного курса физики, мы знаем, что всасывающий насос может поднять воду в трубке на высоту чуть более 10 м. При этом самое высокое растение из существующих на сегодняшний день — вечнозеленая секвойя (она растет в Калифорнии). Ее высота — 112,7 м! Как же деревьям удается обмануть законы физики? Если рассуждать логически, то увеличить высоту поднятия воды могли бы помочь уменьшение плотности атмосферы (но над этим отдельно взятая секвойя не властна), уменьшение вязкости жидкости, которую надо поднять, уменьшение диаметра капилляра и увеличение смачиваемости стенок капилляров.

«Парадокс в том, что деревья делают вещи прямо противоположные здравому смыслу, — отмечает лектор. — В ходе эволюции вязкость раствора возрастала, смачиваемость стенок каналов в древесине неравномерная, присутствуют гидрофобные участки (нам пока неизвестно зачем). С увеличением роста и размера дерева диаметр капилляра увеличивается».

Примерно сто лет назад ирландские ученые Генри Горацио Диксон и Джон Джоли выдвинули теорию, объясняющую этот парадокс (по-английски она называется Сohension-tension theory). Диксон и Джоли предположили, что в движении соков деревьев по ксилеме огромную роль играют когезия (притяжение молекул, в том числе водородные связи), поверхностное натяжение и перепады давления, которые появляются из-за испарения воды листьями. Фактически получается, что устьица, испаряя воду, создают своеобразный вакуумный насос, а вода, путешествуя по симпласту, ведет себя как одна очень длинная молекула. Но если мы попытаемся загнать воду на ту же высоту снизу, то у нас ничего не получится. Очень важно и то, что ксилемные каналы «рождаются» полными воды.

Air-seeding theories в некотором смысле объясняют, как вода в ксилеме не закипает. Вода закипает при температуре 20 °C при абсолютном давлении 2,3 кПа (или –99 кПа относительного давления). Чтобы поднять жидкость на высоту 100 м, нам нужно падение гравитационного давления ниже –1 МПа. В реальности такой разницы давления достигают и невысокие деревья (из-за более сухой почвы и сил трения). Почему же вода в капиллярах не кипит? Ученые предположили, что жидкость в древесных капиллярах пребывает в метастабильной жидкой фазе.

Кроме того, вода в этой системе должна обладать аномально высокой текучестью, иначе бы она не смогла проходить через мембраны. Такое качество у воды в почве и в растительных сосудах предполагалось ранее из общих соображений физики. Например, докт. физ.-мат. наук Генрих Ходаков высказывал такое предположение в 2007 году. К сожалению, его статья была опубликована только на русском языке. В 2015 году профессор Калифорнийского университета Йочен Шенк (Jochen Schenk) и его коллеги обратили внимание на то, что при продвижении жидкости из ксилемы в проводящую систему других тканей через клеточную мембрану должны возникать многочисленные микропузырьки. Они предположили, что именно эти «nanobubbles» и приводят к появлению свойства гигантской текучести (Schenk et al., 2015). Есть предположение, что с их появлением уменьшается плотность жидкости. Более того, хоть мы и не знаем до конца, как это работает, возможно, у пор есть свой липидный слой, который помогает разбивать пузырьки воздуха на пузырьки наноразмера и демонстрирует высокую липидную активность. Профессор Гавайского университета Джинлонг Янг (Jinlong Yang) с коллегами пришел к выводу, что липидные пленки ксилемы в естественных условиях находятся в диапазоне от неравновесных метастабильных состояний сжатия до состояния ненасыщенного расширения, в зависимости от локальных площадей поверхности границ раздела газ/жидкость. Это же исследование показало, что диаметр пор в реальности гораздо меньше, чем предполагалось раньше (Yang et al., 2020).

Вывернутый кишечник и стресс

Еще одно важное отличие растения от животного, наверное, назовет даже дошколенок. Растения не могут сбежать от стресса, мигрировать в более благоприятные условия, как животные. А значит, и сопротивляться они должны уметь большему количеству факторов. Логично предположить у растений великолепно отлаженную систему, которая может обеспечить всасывание и транспорт самых разных веществ в зависимости от ситуации. При этом вода и питательные вещества всегда доступны растению в концентрациях, резко отличающихся от реальной потребности. Прия Рамакришна (Priya Ramakrishna) из Женевского университета и ее коллеги считают, что с резкой разницей между доступностью и требованиями растения справляются благодаря архитектуре корня, похожей на вывернутую кишку (Ramakrishna, Barberon, 2019). Как и в кишечнике, в корнях избирательная всасываемость и диффузионный барьер разделены между двумя клеточными слоями: эпидермисом на периферии корня и энтодермой (самый внутренний слой кортикальных клеток вокруг сосудистой сети).

Знаем, что ничего не знаем

«В целом работа активных транспортеров в мембране клеток у растений принципиально не отличается от таковых у других живых существ, — отмечает Алексей. — Важное отличие в том, что растения создают свои транспортеры для каждого слоя клеток, для каждого полюса, да еще и по несколько разных видов для каждого типа клеток. То есть у растений мы нередко наблюдаем создание новых генов для выполнения функций в отдельно взятой клетке или ткани. Это одна из характерных особенностей эволюции растительных организмов. У нас, позвоночных, в особенности теплокровных, эволюция особо активно использует дифференциальную регуляцию генов в зависимости от места экспрессии: один и тот же ген в разных клетках просто работает по-разному».

Проблему с миграцией вынуждены решать не только организмы целиком, но и отдельные клетки. Клетки животных более гибки и способны мигрировать по организму. Растительные клетки лектор сравнивает с жестким ящиком, внутренняя часть которого плотно заполнена содержимым клетки под давлением. Ни о какой миграции клеток при таком строении и речи быть не может. Как же тогда у растений закладываются сложные органы, где нужны слои разных тканей? Просто каждая отдельно взятая клетка в массиве ткани (если там нет стволовых клеток и свободного пространства) должна появиться вместе с ним: орган должен развиваться равномерно во времени. Смену слоев в стволе дерева мы можем рассматривать как некую летопись его жизни: все пережитые стрессы сохранятся, как на ленте большого живого самописца. Самый известный пример — это, конечно, годичные кольца ствола дерева. Но это правило работает для многих органов растений. Например, лист злака точно так же «ведет запись». Только если ствол отрастает снаружи (стволовые клетки находятся в камбии), то стволовые клетки листа злака расположены в основании листа. То есть у растений присутствуют все временные точки с рождения органа до его смерти. «И это очень круто! — комментирует Дорошков. — Для получения динамики развития транскриптома (это метод, позволяющий отследить изменения в экспрессии генов) необходимы пробы, полученные в разное время, часто пробы из зародыша на разных сроках развития. У растения, исследуя орган в нужную фазу развития, мы можем получить сразу клетки от самых старых до самых молодых».

Конечно, в исследовании растений есть свои сложности. Недаром методы работы с изолированными единичными клетками (single-cell транскриптомика, геномика и т. п.) были применены к растениям лишь в 2019 году. При этом животные активно исследовались этим методом уже с 2013 года. Клетки растений долгое время не получалось достаточно быстро дезагрегировать. «Если продолжить мою метафору, то нам нужно было научиться вытаскивать нежное содержимое, плотно лежащее в деревянном ящике, это содержимое никак не повредив, — объясняет лектор. — При этом процесс разрушения ящика должен быть очень быстрым».

Корень растений к моменту появления single-cell методов был уже хорошо изучен и идеально подходил для их апробации. «Многие маркерные гены были известны заранее, все изменения в транскрипции генов, которые мы ожидали увидеть, мы увидели. Так что эти работы не дали нам новой информации, но были очень важны», — отмечает Алексей. (Tian-Qi Zhang et al., 2019.)

В 2020 году Джеймс В. Саттерли, Джош Стрэбл и Майкл Дж. Скэнлон опубликовали свое исследование побега кукурузы тем же методом. «Апекс (верхушку побега) изучать очень сложно, изучен он, соответственно, хуже. И в этой работе было описано много новых генов», — рассказывает Алексей. В тот же год был исследован початок кукурузы, а сам Алексей с коллегами опубликовал работу о росте клеток в листе злаковых, а сейчас проводит эксперименты с транскриптомикой одиночных клеток растущих листьев. «Мы получили вполне ожидаемый вид распределения клеток в пространстве экспрессии генов — стволовые клетки оказались расположены ближе к центру области, а дифференцированные — в отдельных кластерах по периферии. Неожиданным было то, что типов клеток оказалось больше, чем нам известно».

Но самой прорывной работой в этой области Алексей Дорошков считает исследование, опубликованное в августе 2021 года в Journal of integrative plant biology (Hui Li et al., 2021). «Во-первых, коллеги исследовали древесину. А дезагрегировать древесину очень сложно. Честно говоря, до их работы это считалось просто невозможно, — не сдерживает восхищения лектор. — Типов клеток опять же оказалось гораздо больше, чем ожидалось. И это прорывная работа, которая меняет наши представления о том, как вообще дерево организовано».

Авторы провели верификацию всех обнаруженных маркерных генов. Фактически провели качественную оценку распределения экспрессии генов по всему срезу древесины. «До этого исследования мы, по большому счету, выделяли лишь клетки сосудов, клетки-спутники и остальной массив (авторы не исследовали слои, идущие наружу от камбия включительно). Теперь же мы знаем, что есть много типов фибриллярных клеток, много типов сосудов. Это заставляет думать, что древесина и, в частности, транспортная система дерева работают гораздо сложней, чем кажется».

Трихоплаксы, гребневики и другие курьезные персонажи

Во время вопросов из зала профессор Бородин, организатор лектория, пошутил: «Дорошков, я стесняюсь спросить, чем вы не занимаетесь». Я после лекции решила не стесняться и задать похожий вопрос: «Чем же вы еще занимаетесь?» Для подробного ответа мы отправились в кабинет Алексея.

«Это у нас трихоплаксы. В той подсвеченной емкости мы для них водоросли выращиваем. А это мы специально термостат купили. Но им не понравилось… Пока не знаю почему». Потом, слушая Алексея, я думала, что на примере этих трихоплаксов (миллиметровых многоклеточных морских животных) ясно видно его отношение к жизни и к исследованиям: если уж завел трихоплаксов, то почему бы для них и водоросли не выращивать; если термостаты не подошли — надо разбираться почему.

— Расскажите, пожалуйста, о ваших коллегах. У вас отдельная лаборатория в ИЦиГ?

— Мы с коллегами — прикольная молодежная группа. Это, пожалуй, самое точное определение. Часть группы работает в ИЦиГ, часть в НГУ. Возможно, удастся организоваться в отдельную лабораторию. Изначально мы развивались в лаборатории эволюционной биоинформатики и теоретической генетики отдела системной биологии и, смею надеяться, смогли развить системный взгляд на проблему и свой особый подход к решению задач. Сейчас пишем гранты и работаем на базе разных лабораторий. На наше счастье, РНФ (а ранее РФФИ) считает наши идеи красивыми и важными, поддерживает наши начинания. Конечно, активно взаимодействуем и с другими институтами и нашим университетом — НГУ.

— И чем же вы занимаетесь?

— Вдохновляют нас не только растения. Пожалуй, основной вопрос, вокруг которого мы строим свои исследования, можно сформулировать так: как самоорганизуются клеточные системы? Искать ответы можно, используя очень разные модельные организмы.

— А сейчас какие исследования проводит ваша группа?

— Так быстро в двух словах и не скажешь… Расскажу об исследовании растений. Мы помещаем растения в стрессовые условия, а затем наблюдаем изменения в транспортной системе и в экспрессии генов. Для исследования мы выбрали злаковые. У них структуры листа растут базально и формируются фактически как конвейер. То есть лист злака — это своеобразная запись самописца. На каждом листе единомоментно присутствуют разные стадии, и если на растение было оказано какое-то воздействие, то мы это можем увидеть. Во время воздействия стрессовых условий мы проводим неинвазивные исследования, а когда растение выводится из эксперимента — подробно изучаем структуру, ферменты, экспрессию генов и т. д. Мы пытаемся собрать информацию на разных уровнях организации, чтобы максимально точно реконструировать изучаемую живую систему. На самом деле, очень интересные изменения наблюдаются даже на уровне светового микроскопа. Кукуруза — это растение с С₄-фотосинтезом (первым продуктом связывания углерода для такого типа будет четырехуглеродная щавелевоуксусная кислота). И у кукурузы световая и темновая фазы фотосинтеза идут одновременно, просто в двух разных клетках! И если с биохимической механикой этого процесса нам всё более-менее понятно, то как эта система работает после стресса, как координирована работа этой системы — пока большой вопрос.

Параллельно мы занимаемся эволюцией клеточных типов у растений и животных. Когда студент читает про клеточные типы в учебнике, он хорошо представляет, что это: вот нервная клетка, вот мышечная — всё понятно. Как только начинаешь изучать подробнее, быстро понимаешь, что деление на типы весьма условное. Какие-то клеточные типы друг в друга динамично переходят, другие переходить не могут, разные определения видят в группе клеток то несколько типов, то один. Более того, клетки одного типа могут не соответствовать друг другу у разных видов. По этому поводу у нас запущено сразу несколько направлений работы. Начали работу по изучению эволюции клеток миелоидного ряда (клеток врожденной иммунной системы). Интересно понять, насколько они гомологичны у разных многоклеточных животных.

Еще один блок исследований связан с регенерацией у животных. Интересно понять, как это устроено у разных видов. Большинство исследований в этой теме сконцентрировано вокруг билатерий. Билатерии — это таксономическая группа, которая включает и нас с вами, и муху дрозофилу. Но на самом деле это только одна из эволюционных линий многоклеточных животных. В реальности у нас с мухами базовые типы клеток очень похожи. В текущем виде функциональное деление клеток на большие группы произошло еще на уровне нашего общего предка с мухами. Этот предок уже был достаточно сложно устроен, имел и нервные клетки, и мышечные, и даже клетки выделительной системы. У современных его потомков основные типы клеток те же, потому что именно такие были у предка. Это ничего не говорит об оптимальности этого разделения. При этом мы можем изучить альтернативные варианты. Существуют потомки по крайней мере четырех альтернативных эволюционных ветвей, которые произошли от более примитивного предка с минимальной дифференцировкой тканей. У нас, билатерий, есть сестринская группа — стрекающие (медузы, полипы). И более базальные таксоны — гребневики и трихоплаксы, наш с ними общий предок жил более 700 миллионов лет назад.

Ошибочно может показаться, что гребневики похожи на медуз. На самом деле к медузам они так же близки, как и к нам. При этом на их примере мы можем посмотреть, как жизнь еще раз независимо придумала симметрию, строение и поведение. Некоторые гребневики — животные хищные, со своим поведением, активно плавающие. Это невероятный разнообразный таксон! Симметрия тела гребневиков весьма своеобразна и является двухлучевой, т. е. через тело гребневика можно провести две воображаемые взаимно перпендикулярные плоскости. У нас с вами правая и левая половина — зеркальные, а у гребневиков — идентичные! У них тоже органы парные, но если бы мы были гребневиками и левый глаз у нас смотрел бы вперед, то правый располагался бы с другой стороны — на «затылке». У такой организации свои нюансы. Интересно посмотреть на работу генов, на то, как именно задается эта симметрия. Мы же собираемся посмотреть, как они организовали свою регенерацию. А она у них просто фантастическая! При потере 20% тела гребневик может восстановить повреждение сложноорганизованного тела с разными типами тканей всего за 48 часов. Они способны восстановиться, если их разрезать пополам. При этом в норме вегетативно они не размножаются. Развитая способность к регенерации — это приспособление к жестокому миру моря.

Трихоплаксы — это еще один не менее интересный таксон, с которым мы работаем. Может, они и не устроены настолько сложно структурно, при этом способны координировать движение своего тела (хоть и похожи на большую многоклеточную амебу), реагируют на раздражители, мы видим несколько паттернов поведения и т. д.

Относительно недавно нашли интересное многоклеточное — протиста на гребневике. Похоже, он независимо развивает свою многоклеточность. Сейчас готовится к выходу статья с его описанием как нового подвида. Беда в том, что подобные организмы очень мало изучены. Возможно, это вообще отдельный вид или даже род. Если со временем накопится достаточно молекулярных данных для представителя вида, к которому мы его отнесли по морфологическим признакам, сможем узнать точно.

В общем, нам интересны разные курьезные персонажи, которые помогают понять работу клеток, многоклеточность и самоорганизацию.

Литература
1. Martin D. Venturas, John S. Sperry, Uwe G. Hacke. Plant xylem hydraulics: What we understand, current research, and future challenges // Journal of integrative plant biology, 2017 (doi.org/10.1111/jipb.12534).
2. H. Jochen Schenk, Kathy Steppe, Steven Jansen. Nanobubbles: A new paradigm for air-seeding in xylem // Trends in Plant Science, 2015. (doi.org/10.1016/j.tplants.2015.01.008).
3. Jinlong Yang, Joseph M Michaud, Steven Jansen et al. Dynamic surface tension of xylem sap lipids // Tree Physiology, April 2020 (doi.org/10.1093/treephys/tpaa006).
4. Tian-Qi Zhang, Zhou-Geng Xu, Guan-Dong Shang, Jia-Wei Wang. A Single-Cell RNA Sequencing Profiles the Developmental Landscape of Arabidopsis Root // Molecular plant, 2019 (doi.org/10.1016/j.molp.2019.04.004).
5. Hui Li, Xinren Dai, Xiong Huang, Mengxuan Xu, Qiao Wang, Xiaojing Yan, Ronald R. Sederoff, Quanzi Li. Single-cell RNA sequencing reveals a high-resolution cell atlas of xylem in Populus // Journal of integrative plant biology, 2021 (doi.org/10.1111/jipb.13159).
6. Wullschleger Stan, Meinzer F., Vertessy, Robert. A review of whole-plant water use studies in tree // Tree physiology, 1998 (doi.org/10.1093/treephys/18.8–9.499).
7. Priya Ramakrishna, Marie Barberon. Polarized transport across root epithelia // Current Opinion in Plant Biology, 2019 (doi. org/10.1016/j.pbi.2019.05.010).

Учёные выяснят причины гигантизма растений в «сибирских джунглях»

7 апреля, 2021 17:08

Источник:

пресс-служба ТГУ

Сотрудники лаборатории «БиоГеоКлим» Томского госуниверситета совместно с коллегами из Санкт-Петербурга и Новосибирска изучают черневую тайгу – территорию с исключительным биоразнообразием, которую называют «сибирскими джунглями». Её характерными чертами являются наличие целого комплекса теплолюбивых реликтовых видов флоры, гигантизм растений и чрезвычайно быстрый круговорот веществ в экосистеме. Совместные исследования учёных направлены на выяснение причин, по которым травы в черневой тайге вырастают до размеров кустарников, а кустарники порой превышают высоту деревьев в обычном лесу.

Исследования проводятся в рамках междисциплинарного проекта под руководством профессора СПбГУ Аллы Лапидус и поддержаны Российским научным фондом (№ 19-16-00049). В проекте также участвуют сотрудники Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии, Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН, Центрального Сибирского ботанического сада СО РАН.

– Черневая тайга включена в проект Global 200 – своеобразный рейтинговый список экосистем (наземных, пресноводных и морских), выделяющий уникальные регионы, сохранить которые наиболее важно, по мнению Всемирного фонда дикой природы, – объясняет старший научный сотрудник лаборатории «БиоГеоКлим» Сергей Лойко. – Травяной покров черневой тайги летом имеет среднюю высоту 1,5 метра, в некоторых местах – до двух метров и может, например, полностью скрыть человека или всадника на коне.

Наряду с этим в «сибирских джунглях» феноменально быстрый круговорот питательных веществ и максимальная биопродуктивность растений, хотя почва в этих местах весьма бедная. За сезон увядшая осенью травянистая растительность, несмотря на свой большой объем, успевает полностью разложиться. Выделяющиеся при этом элементы питания быстро усваиваются многолетними корневищами высокотравья и цветущих растений-эфемероидов (ветрениц, кандыков, хохлаток).

– Есть две гипотезы относительно причин гигантизма растений и высокой продуктивности экосистем черневой тайги, которые сейчас проверяют наши коллеги из СПбГУ, – говорит Сергей Лойко. – Первая гипотеза объясняет это возможным присутствием специфических микробов, обеспечивающих высокую экологическую функциональность «сибирских джунглей». Вторая исходит из объяснения особыми гидротермальными условиями, которые исторически сформировались в данной местности, а также редкими пожарами, при которых размыкаются «тропикоподобные» циклы питательных веществ, что приводит к снижению высоты травостоя. Первые полученные результаты показывают, как это часто и бывает, что правда где-то посередине, а обе гипотезы дополняют друг друга.

Исследования образцов, собранных учёными лаборатории «БиоГеоКлим» в Сибири, помогут количественно описать вклад двух гипотез в формирование гигантизма травянистых растений. Изучение и выделение микробиоты ризосфер высоких растений может привести к технологии нацеленного выращивания микроорганизмов, которые улучшают рост растений. Это крайне важно для развития эффективных сельскохозяйственных практик.

Уже сейчас показано, что микробиота черневой тайги синтезирует около ста ранее неописанных активных природных соединений. Поэтому учёные подчеркивают необходимость углубленного исследования черневой тайги и активного сохранения и защиты почвы «сибирских джунглей». Деградация редчайшего природного ресурса будет иметь необратимые негативные последствия, при которых восстановление уникальной экосистемы может оказаться невозможным.

Теги

Сельское хозяйство

5 самых известных ботаников в истории

Ботаника — это наука о растениях, от анатомии растений до экологии и этноботаники. По современному определению ботаника — это область, возникшая в 18 веке. Ученые начали создавать различные классификации растений и жесткие системы, по которым можно их идентифицировать. Конечно, люди изучали растения за тысячи лет до этого. Одним из первых, кто когда-либо называл себя ботаником, был древнегреческий Теофраст. Он написал много книг о растениях, и эти тексты являются одними из первых записанных ботанических работ. Сотни, если не тысячи важных игроков продвинули область ботаники с момента ее возникновения. Трудно просто выбрать нескольких самых влиятельных ботаников всех времен, но вот они: 5 самых известных ботаников в истории, в произвольном порядке.

[Portait by Alexander Roslin / Public Domain]

1. Карл Линнеус

Часто считается отцом таксономии, Карл Линней, безусловно, является одним из самых знаменитых ботанистов. в истории. Возможно, он один из самых известных ученых, и точка. Родившийся в Швеции, Линней продолжил изучение ботаники в Упсальском университете. Позднее Линней начал разрабатывать систему биномиальной номенклатуры, ставшую основой таксономии. Хотя он начал с растений, он продолжил называть множество организмов, включая людей! Без Карла Линнея растения, животные и грибы, вероятно, имели бы совсем другие названия, и мы не были бы известны как Человек разумный .

[Изображение от Skeeze via Pixabay]

2. Джордж Вашингтон Карвер

Один из пяти самых известных ботанистов в истории, Джордж Вашингтон, карту Миссури где-то в 1860-х годах — точная дата неизвестна. Вскоре после отмены рабства он продолжил образование. Хотя он не изучал строго ботанику, он стал одним из самых важных ученых-агрономов всех времен.

Карвер наиболее известен своими различными методами выращивания и обработки арахиса , но его вклад в науку о растениях был намного больше. Во-первых, он разработал различные методы севооборота, которые повышают плодородие почвы и увеличивают как производительность, так и устойчивость ферм. Во время учебы Карвер изучал патогены растений и одновременно продвигал области ботаники и микологии.

[Картина Эдуарда Эндера / Общественное достояние]

3. Александр фон Гумбольдт

Александр фон Гумбольдт был одним из самых важных исследователей растений всех времен. Он также был эрудитом — человеком, чьи знания охватывают различные предметы и дисциплины. Многие из его открытий стали частью нашего коллективного сознания того, как устроена планета. Хотя фон Гумбольдт прямо не упоминается как ботаник, он явно любил растения. Ботаника была краеугольным камнем его многих областей исследования.

Растения, которые он собрал во время исследований Южной Америки, помогли заложить основы биогеографии и естественной истории. Во время учебы он оказал такое влияние, что многие естественные вещи были названы в его честь. Более того, он оказал огромное влияние на других великих натуралистов, включая Чарльза Дарвина и геолога Чарльза Лайелла.

4. Агнес Арбер

Начало карьеры

В отличие от других известных ботаников из нашего списка, Агнес Арбер совмещала свои ботанические исследования с философией и историей. Она была лучшим ботаником своего времени и поначалу прославилась изучением морфологии и анатомии растений. Некоторые из наших самых фундаментальных знаний об анатомии растений получены благодаря Арберу, особенно о цветковых растениях (в отличие от голосеменных растений и мхов).

Поздняя карьера

Позже в своей карьере Арбер занялась изучением философии и истории ботаники. Эти более теоретические дисциплины не были слишком распространены для ученых, чтобы мигрировать к ним, но Арбер сделал шаг с большим успехом. Она опубликовала множество книг по истории, философии и даже религии и спиритуализму. Имейте в виду, что она продолжала использовать ботанику как важную тему во всех своих исследованиях.

Чтобы сделать свои достижения еще более впечатляющими, Арбер работала в то время, когда женщинам не разрешалось находиться в одних лабораториях с мужчинами . Мужские лаборатории обычно были крупнее, лучше оборудованы и лучше финансировались. Итак, Арбер преодолел дополнительное испытание.

5. Грегор Мендель

часто цитируется в качестве отца генетиков, Грегор Мендель в основном работал в основном с растениями. Его знаменитые эксперименты с горохом в 1850-х и 60-х годах установили многие правила генетики. Многие из этих правил действуют и по сей день! Он смог показать, что определенные гены сохраняются в поколениях растений, а гены определяют окраску цветков, размер семян, высоту растения и многое другое. Это было основой современной генетики, которая по сей день в значительной степени зависит от растений. К счастью для таких генетиков, как Мендель, растения относительно легко разводить, ухаживать за ними и экспериментировать. По этой причине генетика является огромной областью изучения ботаники.

Бонусные ботаники – коренные народы

Часто информация о растениях в конкретном регионе поступает из культур коренных народов. В конце концов, почти никто не знает растения в той или иной местности лучше, чем коренные жители, живущие здесь поколениями. По этой причине коренные жители всего мира сыграли важную роль в продвижении изучения растений.

Даже современная медицина не была бы такой же без мудрости коренных народов, так как многие лекарства получают из растительных соединений. Например, ученые обнаружили соединение под названием салицин в коре ивы после того, как поняли, что коренные жители жевали кору как болеутоляющее средство. Позже салицин привел к разработке аспирина!

Если бы не коренные жители, возможно, разработка аспирина была бы отброшена на десятилетия назад. Кроме того, исследователи растений доколониальных времен были бы полностью потеряны, если бы не коренные народы. Исторически сложилось так, что коренные жители могли легко идентифицировать растения, что имело решающее значение для определения того, какие растения съедобны, а какие смертельно опасны. Хотя широко известного ботаника из числа коренных народов не существует, важно признать влияние коренных народов на ботанику.

[Изображение предоставлено Uroburos через Pixabay]

Как стать ботаником

Растения жизненно важны для всей жизни на Земле. Они преобразуют солнечный свет в энергию, которую мы можем есть и даже использовать в качестве топлива. Они также выделяют кислород, которым мы дышим. Ботаники изучают растения, пытаясь понять, как работают эти процессы. Их исследования связаны с улучшением посевов, разработкой лекарств, очисткой зараженных участков и даже питанием наших автомобилей.

Это захватывающая область на переднем крае экономики экологически чистой энергии. Это также профессия для любителей природы. Некоторые ботаники изучают, как растения относятся к своим естественным сообществам. Работа этих экологов растений помогает сохранить исчезающие виды и природные территории. Независимо от специальности, все мы получаем пользу от своего труда.

Проще говоря, ботаника — это наука о растениях. Хотя это может показаться простым, ботаника включает в себя изучение всего, от водорослей до гигантских секвой, от микроскопического уровня до уровня экосистемы.

Чем занимается ботаник?

Ботаники изучают различные аспекты растений. Например, они могут изучать свои физиологические процессы, такие как фотосинтез на молекулярном уровне, историю эволюции и отношения растений или их текущие отношения с окружающей средой.

Они могут сосредоточиться на сельскохозяйственном применении растений, используемых для производства продуктов питания, волокна, топлива, газона и покровных культур, изучая их реакцию на стрессы от вредителей, болезней и изменений климата. Они также могут работать над селекцией растений для создания более выносливых штаммов.
Экологи растений изучают взаимоотношения растений с окружающей средой, друг с другом и сообществами диких животных, к которым они принадлежат. Их работа сосредоточена на сохранении местных видов, сокращении вторжения неместных экзотических растений и улучшении предоставляемых ими экосистемных услуг (таких как чистый воздух и защита от эрозии).

Некоторые ботаники проводят эксперименты по повышению урожайности, устойчивости к болезням, засухоустойчивости или питательной ценности сельскохозяйственных культур. Они также могут разработать экологически безопасные способы борьбы с сорняками, болезнями и вредителями. Другие изучают растительные процессы на молекулярном уровне, чтобы найти для них новые применения в качестве лекарств, средств восстановления, сырья, биотоплива или тканей. Некоторые ботаники изучают влияние различных видов загрязнения на растения. Они используют полученные знания для консультирования политиков и помогают защитить исчезающие виды и природные территории.

Важная работа ботаников имеет решающее значение для сохранения окружающей среды. Их исследования помогают определить, как разные растения могут реагировать на изменение климата и как защитить местные виды от инвазивных. Сельскохозяйственные ботаники работают на передовой продовольственного кризиса, а также помогают увеличить запасы лекарств, волокон и древесины.

Узнайте больше о ботанике: изучение растений.

Где работает ботаник?

Ботаники работают в семеноводческих компаниях, где проводят исследования по улучшению свойств семян. Они также работают над генной инженерией или разработкой продуктов для биотехнологических фирм и фармацевтических компаний. Некоторые работают в музеях, парках и ботанических садах. Другие работают учителями в колледжах, университетах и средних школах.

Некоторые работают преимущественно в помещениях, в лабораториях и офисах. Другие ботаники, например те, кто занимается рекультивацией или сельским хозяйством, проводят большую часть своего времени, работая на улице. Они могут работать в городах, вблизи ферм или в дикой местности. Обычно они работают полный рабочий день, иногда более 40 часов в неделю.

НАЙТИ ШКОЛЫ

Рекламный контент

Какова средняя зарплата ботаника?

Ботаники, подпадающие под более широкую категорию BLS ученых-природоохранников и лесоводов, получали среднюю зарплату в размере 64 020 долларов США по состоянию на май 2020 г.*

Ботаника Вакансии и описание работы

Последние объявления о работе в области ботаники

Используйте окно поиска ниже, чтобы найти все списки вакансий ботаника на нашей доске объявлений.

Публикация на сайте EnvironmentalScience.org и более чем на 100 досках объявлений с одним сообщением

Карьера ботаника сосредоточена на использовании, развитии, классификации и мониторинге растительной жизни Земли. Некоторые ботаники сосредотачиваются на обучении или полевых работах, в то время как другие занимаются либо теоретическими, либо, чаще всего, прикладными исследованиями, поскольку ученые еще многого не знают о применении растительных соединений для жизни и здоровья человека. Это означает, что обязанности значительно различаются от работы к работе, но приведенный ниже список включает рабочие обязанности, которые входят в круг обязанностей типичного ботаника.

Ознакомьтесь с литературой, исследованиями и образцами полевых работ, чтобы оставаться в курсе событий
Учет поставок и использования оборудования
План развития растительных ресурсов
Прогнозирование и мониторинг использования растений и увеличения/уменьшения зеленой массы в течение многих лет
Использование прогностических компьютерных моделей для помощи в анализе наилучших способов управления доступной биомассой в данном регионе
Оценка влияния окружающей среды и землепользования на растительную массу
Реагирование на катастрофы биомассы, такие как наводнения, засухи, пожары и ураганы
Оценка различных методов восстановления
Обеспечить мониторинг качества почвы, воздуха и воды и решение проблем
Проведение или участие в исследованиях воздействия на климат

Ботаникам с профессиональным опытом часто отводится руководящая роль в рабочей группе. Во многих случаях это приводит к дополнительным задачам, таким как:

Планирование и координация проектов, связанных с анализом и оценкой биомассы, ее использования и воздействия на местное и глобальное население
Оценка и отчетность о воздействии почвы или загрязняющих веществ на растительную массу
Оценка и внедрение различных экологических моделей для получения информации или проверки теорий
Обеспечение точности методов ведения записей и сбора данных для полевых и лабораторных работ
Переговоры об использовании лесных и зеленых ресурсов, находящихся в федеральной собственности
Поддержка исследований членов команды
Создание эффективных систем рабочих групп для коммуникации и составления бюджета
Составление заявок на финансирование и гранты
Консультирование администраторов и других заинтересованных сторон относительно ботанической информации
Предоставление консультаций внешним агентствам, специалистам или исследователям
Планирование, организация и участие в информационно-пропагандистских программах
Разработка и реализация командных бюджетов, контрольных точек и контрольных показателей
Члены группы наставничества

Каков спрос на работу ботаников?

По прогнозам, спрос на работу ботаников вырастет на 7 процентов в период с 2020 по 2030 год. *

Какие профессии в области ботаники доступны?

Ботаники могут пройти путь до должностей директоров лабораторий, руководителей исследовательских подразделений, руководителей правительственных или исследовательских отделов, а также вице-президентов/директоров по исследованиям в частных компаниях.

Как получить степень по ботанике?

Для должностей, связанных с ботаникой, обычно требуется степень бакалавра. Большинство ботаников имеют ученые степени в области ботаники, науки о растениях, биологии растений или общей биологии. Учащиеся этих программ изучают математику, химию, физику и биологию. Курсы по общественным наукам и связям с общественностью также полезны для начинающих ботаников, интересующихся вопросами сохранения. Эти степени открывают возможности на начальных должностях в качестве лаборантов или технических помощников. Для многих должностей требуется степень магистра или доктора наук. доктор философии требуется для большинства преподавательских и исследовательских должностей в колледжах и университетах.

Кандидаты с практическим опытом имеют лучшие возможности трудоустройства. Стажировки, волонтерство и летний опыт работы в парках, питомниках растений, фермах, лабораториях и экспериментальных станциях могут помочь вам набраться опыта и войти в дверь.

Ботаника — связанные степени0003

Интересующая программаВсе программыУголовное правосудиеОбработка данныхЭлектротехникаУправление чрезвычайными ситуациямиИнженерный менеджментНаука об окружающей среде/устойчивое развитиеПожарная наукаЗдравоохранениеГосударственное управлениеОбщественное здравоохранение

Рекламный контент

Какие общества и профессиональные организации существуют у ботаников?

Ботаническое общество Америки охватывает все области биологии растений. Он проводит ежегодную конференцию, издает журналы, предлагает награды и гранты, проводит обучение и размещает доску объявлений.

Американское общество биологов растений также проводит конференции и издает профессиональные журналы.