Исследование проливает свет на то, как хищные растения приобрели вкус к мясу
Новое исследование изучает происхождение хищничества у нескольких неродственных растений, включая австралийские, азиатские и американские кувшиночники, которые внешне очень похожи. Хотя каждый вид развил хищничество независимо, биологический механизм для переваривания насекомых эволюционировал у всех трёх удивительно схожим образом.
Результаты показывают, что для растений эволюционных путей к хищничеству может быть очень мало.
«Это говорит о том, что существует лишь ограниченное количество способов стать хищным растением. У этих растений есть генетический инструментарий, и они пытаются найти решение проблемы, как стать хищными. И в итоге все приходят к одному и тому же решению», — говорит биолог Виктор А. Альберт.
Исследование «Геном кувшиночника Cephalotus раскрывает генетические изменения, связанные с хищничеством» будет опубликовано 6 февраля 2017 года в Nature Ecology & Evolution.
Как стать кувшиночником: узкий эволюционный путь
Кувшиночники ловят насекомых, заманивая их в ловушку-кувшин — лист со скользкой внутренней поверхностью, из которого трудно выбраться. На дне находится пищеварительная жидкость.
Австралийские, азиатские и американские кувшиночники обладают этими чертами, несмотря на независимую эволюцию хищничества.
Генетический анализ, включавший полное секвенирование генома Cephalotus, показал, что в процессе эволюции все три вида растений (Cephalotus follicularis, Nepenthes alata и Sarracenia purpurea) использовали одни и те же древние белки для создания пищеварительных ферментов.
Со временем у всех трёх видов белковые семейства, изначально участвовавшие в защите от болезней и стрессов, превратились в пищеварительные ферменты. К ним относятся:
- Основная хитиназа — расщепляет хитин, основной компонент экзоскелета насекомых.
- Кислая фосфатаза фиолетовая — позволяет растениям получать из жертв фосфор, критически важный питательный элемент.
Ферменты четвёртого хищного вида, росянки Drosera adelae, также, по-видимому, прошли по этому эволюционному пути.
«Ограничения на доступные пути» к хищничеству
Результаты представляют собой пример конвергентной эволюции, когда неродственные виды независимо приобретают сходные черты.
«Такое параллельное развитие часто указывает на особенно ценную адаптацию», — говорит Мицуясу Хасэбэ.
«Хищные растения часто живут в бедных питательными веществами средах, поэтому способность ловить и переваривать животных может быть незаменима при нехватке других источников пищи», — объясняет Кендзи Фукусима.
В ходе эволюции аминокислоты в ферментах часто заменяются. В C. follicularis и N. alata основные хитиназы и кислые фосфатазы фиолетовые имеют многочисленные идентичные или очень похожие замены аминокислот, которых нет у нехищных видов. Это говорит о том, что эти изменения могут помогать ферментам функционировать особым, хищническим образом.
Аналогично, фермент RNase T2 имел множественные конвергентные аминокислотные замены у C. follicularis и общего предка N. alata и D. adelae.
Результаты исследования «подразумевают ограничения на доступные пути для эволюции растительного хищничества».