Решение «отвратительной тайны» Дарвина: как цветковые растения завоевали мир
Ученые нашли объяснение тому, как цветковые растения так быстро стали доминировать в экосистемах по всему миру — проблеме, которую Чарльз Дарвин назвал «отвратительной тайной». В исследовании, опубликованном 11 января в открытом журнале PLOS Biology, Кевин Симонен из Университета штата Сан-Франциско и Адам Родди из Йельского университета обнаружили, что цветковые растения имеют малые клетки по сравнению с другими основными группами растений, и что этот малый размер клеток стал возможен благодаря сильно уменьшенному размеру генома.
За последние тридцать лет исследователи показали, что цветковые растения имеют беспрецедентную скорость фотосинтеза. Это позволило им расти быстрее и вытеснить папоротники и хвойные, которые доминировали в экосистемах сотни миллионов лет. Секрет метаболического успеха цветковых растений — в их специализированных листьях, которые обеспечивают более высокие скорости транспорта воды и поглощения CO2.
Это новое исследование предлагает механизм. Проанализировав литературные данные, авторы утверждают, что эти анатомические инновации напрямую связаны с размером их генома.
Поскольку каждая клетка должна содержать копию генома растения, меньшие геномы позволяют клеткам быть меньше. Если клетки меньше, то больше клеток (например, специализированных для фотосинтетического метаболизма и транспорта воды и питательных веществ) можно упаковать в заданный объем пространства. Кроме того, уменьшение размера каждой клетки делает доставку воды и питательных веществ более эффективной.
Сравнив сотни видов, исследователи обнаружили, что уменьшение размера генома началось около 140 миллионов лет назад и совпало с распространением первых цветковых растений по всему миру. «Цветковые растения — самая важная группа растений на Земле, и теперь мы наконец знаем, почему они были так успешны», — говорят ученые.
Хотя это исследование отвечает на главный вопрос, оно открывает путь ко многим другим. Почему цветковые растения смогли уменьшить свои геномы больше, чем другие группы растений? Какие инновации в структуре и упаковке генома они использовали? Как папоротникам и хвойным удалось избежать вымирания, несмотря на их большие геномы и клетки?