THE PROSTRATE BIOMORPHES IN PINE FAMILY AS A PRODUCT OF NOMOGENESIS AND CONVERGENCE
Abstract
Introduction. There are three kinds of the prostrate trees in the pine (Pinaceae) family. They are Japanese stone pine (Pinus pumila), mountain pine (Pinus mugo) and prostrate spruce (Picea prostrata). On the border of forest and subalpine belts they hybridize with the allied vertical species: Siberian cedar (Pinus sibirica), Scots pine (Pinus sylvestris), Schrenk's spruce (Picea schrenkiana), accordingly. There have been no comparative ecological and ontogenetical analysis of pine species with various live forms up to this day. Besides, there is still an undeveloped problem on the establishment of the prostrate woody species in course of evolution. The goal of this research is to make a comparative analysis of vertical and prostrate biomorphes of pine species as well as natural hybrids between them within the theory of nomogenesis. Three pairs of pine species (Japanese stone pine, Siberian cedar; mountain pine, Scots pine; prostrate spruce, Schrenk's spruce) were chosen to be the object of the research. The research in situ of the spruce species was conducted in the Kyrgyz Republic, research of 2-needle pine – in Bulgaria, 5-needle pines – in the Baikal region and Transbaikal. The initial stages of branching systems development were studied ex situ in the scientific facility “Kedr”, Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS (Tomsk). Results. The analysis of branching systems development of Pinaceae species (both vertical and prostrate species) demonstrated that the life form of vertical trees was dynamic over time and changeable in space. The prostrate species are of unchanged life forms only. In the ontogeny of vertical species of trees, there is the potential for prostrate live forms to a greater or lesser degree. Hybridization of 5-needle and 2-needle pines mainly takes place in the subalpine belt, in the open ecotopes with no problems of ecological niche for the hybrids. The hybrids of 5-needle pines are more often formed and better survive, the hybrids of 2-needle pines are more active in the population processes. By the habit, the hybrids of 5-needle pines are mainly in-between species, hybrids of 2-needle pines are more like vertical mother species. Conclusion. Based on the obtained biological data, it is supposed that the prostrate species are evidently more specialized, they were derived from the vertical species resulted from the convergence and canalization of the evolutionary process. One of the possible outputs are vertical species, the other one are prostrate species. Natural hybrids play the role in the interspecies population processes only and have no evolution perspectives.
Keywords
Full Text:
PDF (Russian)References
Стелющиеся виды сосновых как продукт эволюционного номогенеза и адаптивной конвер-генции / А.Г. Попов, С.Н. Горошкевич, Н.С. Суязов и др. // Материалы 4-го Международного совеща-ния «Cохранение лесных генетических ресурсов Сибири» (Барнаул, 24–29 августа 2015 г.) / Крас-ноярск: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2015. С. 142–143. (http://conf.ict.nsc.ru дата обра-щения 24.08.2019)
Попов А.Г., Горошкевич С.Н. Становление жизненных форм прямостоячих и стелющихся де-ревьев на ранних этапах онтогенеза на примере близкородственных 2-хвойных (Pinus sylvestris L, P. mugo Turra) и 5-хвойных (P. sibirica Du Tour, P. pumila (Pall.) Regel) видов сосен // Материалы Все-российской научной конференции с международ-ным участием «Лесные биогеоценозы бореальной зоны: география, структура, функции, динамика» (г. Красноярск, 16–19 сентября 2014 г.) / Новоси-бирск: CО РАН, 2014. С. 90–93. (http://forest.akadem.ru/Konf/-2014/IF/Proceedings.pdf дата обращения 24.08.2019).
Серебряков И.Г. Экологическая морфология растений. Жизненные формы покрытосеменных и хвойных. М.: Высшая школа, 1962. 377 с.
Поздняков А.А. Критика эпигенетической теории эволюции // Журнал общей биологии. 2009. Т. 70. № 5. С. 383–395.
Шишкин М.А. Закономерности эволюции онтогенеза // Журнал общей биологии. 1981. Т. 42. № 1. С. 38–54.
Берг Л.С. Номогенез, или эволюция на ос-нове закономерностей. Петербург: Гос. изд-во, 1922. 205 с.
Исаков К.И. Piceae prostrata K. Isakov // Флора Киргизской CCP. Фрунзе: Изд-во АН Кирг. ССР, 1962. № 10. С. 374-375.
Горошкевич С.Н. О возможности естественной гибридизации Pinus sibirica и Pinus pumila (Pinaceae) в Прибайкалье // Ботанический журнал. 1999. Т. 84. № 9. С. 48–57.
Попов А.Г., Горошкевич С.Н. Естественная гибридизация кедра сибирского и кедрового стланика в северном Прибайкалье (Баргузинский заповедник): встречаемость гибридов и структура их кроны // Материалы Международной конферен-ции «Лесные экосистемы Северо-Восточной Азии и их динамика» (Владивосток, 22–26 августа 2006 г.). Владивосток: Дальнаука, 2006. С. 224–228.
Семенная продуктивность и генетическая структура популяций в зоне естественной гибри-дизации кедра сибирского и кедрового стланика в Северном Прибайкалье / Е.А. Петрова, С.Н. Го-рошкевич, Д.В. Политов и др. // Хвойные бореальной зоны. 2007. Т. 24. № 2–3. С. 329–335.
Goroshkevich S.N., Popov A.G., Vasilieva G.V. Ecological and morphological studies of hybrid zone between Pinus sibirica and Pinus pumila // Ann. For. Res. 2008. Vol. 51. P. 43–52.
Исаков К.И. К биологии Piceae prostrate (Pinaceae) // Ботанический журнал. 1990. Т. 75. № 3. С. 380–388.
Goncharenko G.G., Padutov V.E., Silin A.E. Population structure, gene diversity, and differentia-tion in natural populations of Cedar pines (Pinus sub-sect. Cembrae, Pinaceae) in the USSR // Pl. Syst. and Evol. 1992. No 182. P. 121–134.
Goncharenko G.G., Silin A.E., Padutov V.E. Intra- and interspecific genetic differentiation in closely related pines from Pinus subsection Sylvestres (Pinaceae) in the former Soviet Union // Pl. Syst. and Evol. 1995. No 194. P. 39–54.
Горошкевич С.Н, Васильева Г.В., Попов А.Г. О гибридизации кедра сибирского и кедрового стланика в западной части Станового нагорья // Лесное хозяйство. 2008. № 6. С. 25–27.
Велисевич С.Н., Чернова Н.А. Морфогенез жизненных форм Pinus sibirica (Pinaceae) на оли-готрофных болотах юга Западной Сибири // Бо-танический журнал. 2014. Т. 99. № 9. С. 988–1001.
Горошкевич С.Н., Кустова Е.А. Морфогенез жизненной формы стланика у кедра сибирского на верхнем пределе распространения в горах Западного Саяна // Экология. 2002. № 4. С. 243–249.
Храмов А.А., Валуцкий В.И. Необычная форма Pinus sibirica (Rupr.) Mayr на верховом болоте // Ботанический журнал. 1970. Т. 2. № 55. С. 280–284.
Красильников П.К. Придаточные корни и корневая система у кедра в Центральных Саянах // Ботанический журнал. 1956. Т. 41. № 8. С. 1194–1206.
Горошкевич С.Н., Велисевич С.Н. Структура кроны кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour) на генеративном этапе онтогенеза // Krylovia. Сибирский ботанический журнал. 2000. Т. 2. № 1. С. 110–122.
Николаева С.А., Савчук Д.А. Морфологические формы кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour) в высокогорных лесах Северо-Чуйского хребта: 1. Морфологический аспект // Вестник ТГУ. Биология. 2013. № 2 (22). С. 101–114.
Велисевич С.Н., Хуторной О.В., Горошкевич С.Н. Морфогенез стелющихся и прямостоячих форм Pinus sibirica Du Tour (Pinaceae) на интразональных границах распространения // Журнал Сибирского федерального университета. Сер. Биология. 2013. Т. 6, № 3. С. 275–289.
Горошкевич С.Н., Велисевич С.Н., Хуторной О.В. Жизненные формы кедра сибирского // Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием «Лесные биогеоцено-зы бореальной зоны: география, структура, функ-ции, динамика» (г. Красноярск, 16–19 сентября 2014 г.). Новосибирск: CО РАН, 2014. С. 265.
Genetic evidence of natural hybridization be-tween Siberian stone pine, Pinus sibirica Du Tour, and dwarf Siberian pine, P. pumila (Pall.) Regel / D.V. Politov, M.M. Belokon, O.P. Maluchenko et al // For-est Genetics. 1999. Vol. 6. No 1. Pp. 41–51.
Эколого-географическая дифференциация и интеграционные процессы в группе близкород-ственных видов с трансконтинентальным ареалом (на примере 5-хвойных сосен Северной и Восточной Азии) / С.Н. Горошкевич, Е.А. Петрова, Д.В. Политов и др. // Хвойные бореальной зоны. 2007. Т. 24, № 2–3. С. 167–174.
Dobrinov I. Study on natural hybrids be-tween Pinus sylvestris and Pinus mugo var. mughus in Bulgaria // Naucne Trudy Lesotechnitscheskogo Insti-tuta. 1965. No 13. P. 39–48.
Staszkiewicz J., Tyszkiewicz M. Natural hy-brids of Pinus mugo Turra × Pinus sylvestris L. in Nowy Targ Valley // Fragmenta Floristica et Geobo-tanica. 1969. Vol. 15. P. 187–212.
Dobrinov I., Jahzidis G. Spontaneous hybrids between Pinus sylvestris and Pinus mugo in Bulgaria // Gorsko Stopanstvo. 1971. Vol. 11. P. 28–30.
Musil I. Needle variation in the complex Pi-nus mugo and Pinus sylvestris // Preslia (Prague). 1977. No. 19. P. 1–6.
Kormutak A., Demankova B., Gömöry D. Spontaneous Hybridization between Pinus sylvestris L. and P. mugo Turra in Slovakia // Silvae Genetica. 2008. Vol. 57. No 2. Pp. 76–82.
Stern R., Roche Z. Genetics of forest ecosys-tems // Ecological Studies. 1974. Vol. 6. P. 330.
Mirov N.T. The genus Pinus. N.Y.: Ronald, 1967. 602 p.
Christensen K.I., Dar G.H. A morphometric analysis of spontaneous and artificial hybrids of Pi-nus mugo × sylvestris (Pinaceae) // Nord. J. Bot. 1997. Vol. 17. No 1. P. 77–86.
Wachowiak W., Odrzykoski I., Myczko Ł., Prus-Głowacki W. Lack of evidence on hybrid swarm in the sympatric population of Pinus mugo and P. sylvestris // Flora. 2006. Vol. 201. No 4. P. 307–316.
Bobowicz M.A. Mieszańce Pinus mugo Turra × Pinus sylvestris L. z rezerwatu «Bór na Czerwonem» w Kotlinie Nowotarskiej // Biologia.1990. Vol. 40. P. 280–284.
Staszkiewicz J. Variability of Pinus mugo × P. sylvestris (Pinaceae) hybrid swarm in the Tisovnica nature reserve (Slovakia) // Poilish Botanical Studies. 1993. Vol. 5. P. 33–41.
Evidence of the possibility of natural recipro-cal crosses between Pinus sylvestris and P. uliginosa based on the phenology of reproductive organs / A. Boratynski, K. Boratynska, A. Lewandowski et al // Flora. 2003. No 198. P. 1227–1239.
Goroshkevich S.N. Natural hybridization be-tween Russian Stone Pine (Pinus sibirica) and Japa-nese Stone Pine (Pinus pumila) // Breeding and Genet-ic Resources of Five-Needle Pines: growth, adaptabil-ity, and pest resistance. Fort Collins,
CO: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Research Station, 2004.
P. 169–172.
Васильева Г.В., Жук Е.А., Попов А.Г. Фено-логия цветения кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour), кедрового стланика (Pinus pumila (Pall.) Re-gel.) и гибридов между ними // Вестник ТГУ. Сер. Биология. 2010. Т. 1. № 9. С. 61–67.
Попов А.Г. Фенология «цветения» кедра сибирского (P. sibirica Du Tour), кедрового стлани-ка (P. pumila (Pall.) Regel) и их гибридов на приме-ре популяций из западной части района гибриди-зации // Проблемы изучения растительного покро-ва Сибири. Томск: Издательский дом Томского государственного университета, 2015. С. 220–222.
Попов А.Г., Васильева Г.В. Морфологические особенности гибридов между кедром сибирским и кедровым стлаником в Южном Прибайкалье // Интеграция ботанических исследований и образования: традиции и перспективы. Томск: Изд-во Томского государственного университета, 2013. С. 159.
Васильева Г.В., Горошкевич С.Н. Семено-шение и рост потомства гибридов между кедром сибирским и кедровым стлаником в сравнении с родительскими видами // Хвойные бореальной зоны. 2012. Т. 30. № 1–2. С. 28–32.
Pollen viability in hybrid swarm populations of Pinus mugo Turra and Pinus sylvestris L. / A. Kormutak, J. Bohovicova, B. Vookova et al // Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica. 2007. Vol. 49. No 1. P. 61–66.
Межвидовая гибридизация как фактор сетчатой эволюции 5-хвойных сосен Северной и Восточной Азии / С.Н. Горошкевич, Е.А. Петрова, Г.В. Васильева и др. // Хвойные бореальной зоны. 2010. Т. XXVII. № 1–2. С. 50–57.
Нотов А.А., Жукова Л.А. Концепция поли-вариантности онтогенеза и современная эволюционная морфология // Известия РАН. Серия биологическая. 2019. № 1. С. 52–61.
Refbacks
- There are currently no refbacks.