Учените най-накрая решават „гнусната мистерия“ на Чарлз Дарвин

В продължение на много години Чарлс Дарвин беше преследван от цветя. През 1859 г. натуралистът публикува най-известната си работа, За произхода на видовете книгата, която обикновено се счита за основа на еволюционната биология. Но 20 години по-късно все още го притесняваше едно голямо нещо: откъде по дяволите дойдоха всички цветя? В писмо до ботаник Джоузеф Далтън Хукър през 1879 г. Дарвин нарича този проблем „отвратителна загадка“. Може да звучи глупаво, но Дарвин наистина не може да обясни как цъфтящите растения - известни като покритосеменни - са се издигнали до доминиращо положение толкова бързо, колкото повече. примитивни покритосеменни - група, която включва борове и палми.

Вкаменелостите ни показват, че преди около 100 милиона години, по време на Креда, на сцената излязоха огромно разнообразие от покритосеменни растения и замениха гласеменните като доминиращ тип растение на Земята. Това внезапно изобилие от растения - предшественици на съвременната лавандула, пшеница, рози, магнолии, маргаритки и така нататък - противоречи на теорията на Дарвин, че нови видове възникват много бавно с течение на времето в резултат на селективен натиск. Текущите хипотези предполагат, че повечето покритосеменни еволюираха заедно с насекомите или други животни, които ги опрашват, без които не е възможно растенията да произвеждат плодове със семена. Но тези хипотези не обясняват епичния бум в древните покритосеменни.

В доклад, публикуван в четвъртък в списанието PLOS Biology Няколко учени предложиха да отговорят на отвратителната загадка за това защо покритосеменните така внезапно заменяха голосеменните. Кевин Симонин, асистент по екология и еволюция в Университета в Сан Франциско, и Адам Роди представят доказателства, че всичко се свежда до ефективността на клетките. Тайната на успеха на покритосеменните, казват те, е бързото намаляване на клетките на растенията преди около 140 милиона години. Това съкращаване драстично повиши тяхната ефективност. Щом покритосеменните станаха много по-ефективни, тяхното господство над земните екосистеми беше само въпрос на време.

Изследователският екип стига до това заключение, като изследва относителния размер на геномите в покритосеменните и гоносеменните, след което сравнява тези числа с капацитета на улавяне на въглероден диоксид и ефективността на пренос на течности. Размерите на клетките могат да варират много поради различни фактори, но размерът на генома е силен предиктор за размера на клетката. Затова, заключиха те, по-малък геном означава по-малка клетка - и следователно повече клетки могат да бъдат опаковани в един и същ обем растителна тъкан, позволявайки на растението да вземе повече въглероден диоксид и вода, като по този начин произвежда повече въглехидрати, които дават енергия и да стимулират растежа.,

Фотосинтезата е голяма част от тази картина, тъй като, както всички знаем, растенията се нуждаят от слънчева светлина, за да превърнат водата и въглеродния диоксид в въглехидрати. Предишни изследвания са установили, че по-високите фотосинтетични способности на покритосеменните им помагат да растат много по-бързо от техните голосеменни братовчеди, но това ново изследване ни показва как покритосеменните постигат това високо ниво на ефективност.

Така че, въпреки че коеволюцията с опрашителите е изиграла огромна роля в специфичните механизми на еволюцията на покритосеменните, Simonin и Roddy казват, че има нещо общо за всички тези растения, нещо фундаментално за тяхната биофизична архитектура, което им позволява да превземат света. Може би това изследване би успокоило ума на Дарвин. Но е по-вероятно той да има нови въпроси.

Анотация: Рязкото начало и бързата диверсификация на цъфтящите растения по време на креда отдавна се считат за „отвратителна мистерия“. Докато причината за тяхното голямо разнообразие се дължи до голяма степен на коеволюция с опрашители и тревопасни животни, способността им да изпреварват доминиращите папрати и досега. Голосеменните са предмет на много хипотези. Често срещано сред тях е, че само покритосеменните развиват листа с по-малки, по-многобройни устици и по-силно разклоняващи се венационни мрежи, които позволяват по-високи нива на транспирация, фотосинтеза и растеж. И все пак, как покритосеменните опаковат листата си с по-малки, по-изобилни устици и повече вени, е неизвестно, но е свързано - показваме - с прости биофизични ограничения върху размера на клетките. Само линиите на покритосеменните са претърпели бързо съкращаване на генома по време на ранния кредатен период, което улеснява намаляването на размера на клетките, което е необходимо, за да се опаковат повече вени и устици в листата им, като ефективно се доближава действителната първична производителност до максималния му потенциал. По този начин повишените конкурентни способности на покритосеменните се дължат не на малка част от намаляването на генома.