Кореляція спектральної відбивної здатності листя з експресією генів: нові горизонти для моніторингу лісових екосистем

Дослідники з Університету Нотр-Дам досягли значного прогресу в галузі екологічного моніторингу, встановивши пряму кореляцію між спектральною відбивною здатністю листяного покриву та експресією специфічних генів у рослин. Ця наукова праця, результати якої були опубліковані в авторитетному міжнародному виданні Nature: Communications Earth & Environment, відкриває нові можливості для використання супутникових даних спектрального аналізу. Завдяки цьому вчені можуть отримувати вичерпну інформацію про молекулярний стан флори, що дозволяє виявляти ознаки стресу в дерев задовго до появи видимих симптомів погіршення їхнього стану.

Практична частина дослідження проводилася на основі аналізу зразків листя цукрового клена (Acer saccharum) та червоного клена (Acer rubrum), зібраних у лісових масивах Північного Вісконсина та на території Верхнього півострова Мічигану. Провідний дослідник Натан Свенсон, який обіймає посаду керівника Дослідницького центру навколишнього середовища Університету Нотр-Дам (UNDERC), повідомив про виявлення сильних взаємозв'язків між певними довжинами хвиль відбитого світла та активністю генів. Зокрема, йдеться про генетичні маркери, пов'язані з реакцією рослин на посуху та їхньою взаємодією з різноманітними шкідниками.

Глибокий аналіз отриманих даних продемонстрував, що для понад половини всіх досліджених генів існує чітка та стабільна кореляція з конкретними спектральними характеристиками. Це відкриття дозволяє науковцям створити унікальний молекулярний «відбиток» для кожного дерева, базуючись виключно на дистанційних спостереженнях. Такий підхід радикально змінює методологію вивчення лісів, оскільки дозволяє зазирнути всередину біологічних процесів без необхідності проведення складних і тривалих польових досліджень у кожному окремому випадку, що значно економить ресурси.

Запропонована методологія відкриває шлях до здійснення геномно-масштабного моніторингу лісових екосистем за допомогою передових сенсорів, розміщених на таких стратегічних платформах, як Міжнародна космічна станція (МКС). Цей напрямок досліджень отримав вагому підтримку та фінансування від NASA. У той час як традиційні методи відбору проб та геномні дослідження залишаються надзвичайно трудомісткими та фінансово витратними для охоплення великих географічних територій, дистанційне зондування тепер здатне надавати дані з набагато більшою глибиною та деталізацією в режимі реального часу.

Нове дослідження гармонійно доповнює існуючі космічні місії, зокрема проект GEDI, який працює на базі МКС для картографування біомаси планети. Додавання молекулярного рівня розуміння процесів дозволяє значно підвищити точність прогнозів щодо стану навколишнього середовища. Інтеграція спектральних даних із сучасними картами видового складу дерев, що базуються на технологіях штучного інтелекту, дає змогу формувати вичерпні цифрові профілі для кожної одиниці лісового масиву, що раніше було технічно неможливим.

Такий комплексний підхід забезпечує можливість своєчасного та цілеспрямованого втручання у випадках виявлення перших ознак занепаду здоров'я лісу. Це має критичне значення для підтримки стабільної біомаси та збереження глобального вуглецевого балансу в умовах кліматичної нестабільності. Новий метод дозволяє науковій спільноті перейти від простого документування фізичних властивостей рослин до глибокої оцінки молекулярних процесів, що лежать в основі стійкості лісів до зовнішніх стресорів, таких як екстремальні посухи та масові атаки шкідників.