Расшифрована эволюционная история ближайших родственников наземных растений
Международная команда учёных под совместным руководством Гёттингенского и Кёльнского университетов расшифровала эволюционную историю зигнемофициевых водорослей (Zygnematophyceae). С помощью современных филогеномных анализов они выяснили внутренние родственные связи в этой группе и определили моменты возникновения многоклеточности. Результаты опубликованы в журнале Current Biology в статье "A phylogenomically informed five-order system for the closest relatives of land plants".
Наземные растения отличаются крайним разнообразием структуры и являются наиболее сложными фотосинтезирующими организмами. Их ближайшие родственники, конъюгирующие зелёные водоросли (Zygnematophyceae), имеют гораздо более простые планы строения. Эти водоросли бывают одноклеточными или образуют неразветвлённые нити, что традиционно использовалось для их грубой классификации. Класс Zygnematophyceae включает около 4000 видов с удивительным морфологическим разнообразием — от красивых десмидиевых до нитчатых видов, образующих тину.
Научный интерес к этой группе высок, поскольку исследования последних лет показали, что именно эти водоросли — ближайшие родственники наземных растений. Это стало неожиданностью, так как их строение проще, чем у других водорослей, которые ошибочно считались ближайшими родственниками растений. Разделение линий Zygnematophyceae и растений произошло около 550 миллионов лет назад, что может объяснять столь заметные морфологические различия.
Исследователи использовали сотни генов, чтобы собрать десятки тысяч молекулярных признаков для определения глубоких эволюционных связей внутри Zygnematophyceae. Доктор Себастьян Хесс (Кёльнский университет) отметил, что таксономия этих водорослей десятилетиями оставалась нерешённой проблемой, так как анализы с одним или немногими генами не могли разрешить древние эволюционные разделения. Теперь учёные предлагают филогенетически обоснованную систему из пяти порядков для зигнемофициевых водорослей.
Новый набор данных позволил провести статистический анализ и реконструировать наиболее вероятную эволюцию плана строения тела в этом важном классе водорослей. Анализы указывают, что последний общий предок зигнемофициевых был одноклеточной водорослью, а нитчатый рост возникал несколько раз независимо.
Профессор доктор Ян де Врис (Гёттингенский университет) подчеркнул, что эволюция этих водорослей оказала глубокое влияние на жизнь на Земле. Изучение их ближайших родственников позволяет сделать выводы о плане строения последнего общего предка растений и водорослей и эволюционных путях после их расхождения.
Важной частью исследования стало повторное открытие нитчатой водоросли Mougeotiopsis, описанной около 120 лет назад и с тех пор не изучавшейся. У этой водоросли отсутствуют пиреноиды — субструктуры хлоропластов, помогающие фиксировать CO2 в процессе фотосинтеза. Как показали учёные, она представляет ещё одну эволюционную ветвь зигнемофициевых с многоклеточным ростом.
Анна Буш (Кёльнский университет), изучавшая водоросль с помощью световой микроскопии, объяснила, что филогенетическое положение Mougeotiopsis стало большой неожиданностью. Нитчатая водоросль наиболее близка к простым одноклеточным видам и не имеет пиреноидов, что исключительно для всех других известных зигнемофициевых.
Эволюционная история Mougeotiopsis отмечает одно из пяти возникновений истинного нитчатого роста в пределах Zygnematophyceae. По словам де Вриса, такие открытия и новая филогеномная основа необходимы для проведения будущих сравнительных анализов и понимания развития клеточных признаков и планов строения от водорослей к растениям.