Жёлтая кубышка предпочитает цветки циклические, а не спиральные

Биологи из МГУ и ВШЭ изучили закономерности развития цветка у кубышки жёлтой (Nuphar lutea). Они выяснили, что все цветочные органы расположены циклами (мутовками), а не вставлены последовательно по спирали, как у некоторых других базальных покрытосеменных. Предки кубышки были среди первых, кто отделился от корня эволюционного дерева покрытосеменных, поэтому её можно использовать для гипотез о строении первых цветков. Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Cell and Developmental Biology.

Цветок — одно из ключевых эволюционных новшеств покрытосеменных. Он помогает привлекать опылителей, защищать семена внутри плода и даёт новые способы распространения, которых нет у голосеменных. Благодаря этим преимуществам цветковые растения расселились по планете и стали самой многочисленной группой наземных растений.

Как эволюционировали цветки и как они выглядели изначально, остаётся загадкой. Внешний вид предковых цветков можно реконструировать с помощью растений, сохранивших наибольшее сходство с первыми покрытосеменными. Их стоит искать среди базальных групп, чьи предки отделились от филогенетического корня цветковых растений раньше других. Высока вероятность, что строение цветка у таких организмов будет близко к исходному.

Среди ныне живущих цветковых растений нимфейные (Nymphaeales) довольно близки к корню покрытосеменных. Кубышка жёлтая (Nuphar lutea) широко распространена в Евразии, иногда встречается в Северной Америке, что делает её удобным модельным объектом. Однако детальных исследований строения её цветка современными методами не хватало.

Исследователи собрали несколько десятков корневищ Nuphar lutea с листьями и цветками. Часть из них была рассечена для подготовки образцов для световой и сканирующей электронной микроскопии.

Учёные сосредоточились на конусах нарастания побегов, где формируются новые листья и цветки. Для исследования отбирали молодые цветки на разных стадиях развития. Чтобы определить их архитектуру, измеряли углы между однотипными органами цветка.

Элементы побегов у растений — листья, цветки, боковые почки и развивающиеся из них боковые ветви — часто расположены по спирали. Ранее предполагалось, что у растений, сходных с базальным типом покрытосеменных, включая Nuphar, органы расположены аналогично. Однако исследователи обнаружили, что у Nuphar lutea углы между чашелистиками отличались от спирального расположения (85° и 55°, а не 137.5°). Выглядело так, будто чашелистики и лепестки образуют циклы — две мутовки для чашелистиков и одну для лепестков, — хотя они не всегда закладываются одновременно внутри мутовки.

У Nuphar lutea развивается пять чашелистиков. Если бы все они были в одной мутовке, угол между соседними чашелистиками составлял бы 72°. На деле они располагались под такими углами, что де-факто образовывали два круга: три элемента во внешнем круге и два во внутреннем. Количество лепестков обычно варьировалось от 14 до 15, но они также формировали цикл, а не спираль. Даже многочисленные тычинки стремились располагаться чередующимися мутовками.