Сложность, подобная растениям, эволюционировала многократно у разных линий водорослей

Наземные растения (мхи, папоротники, деревья) — одни из самых сложно устроенных фотосинтезирующих организмов на Земле. Их эволюционная история тесно связана с предками — более простыми зелёными водорослями. Среди современных водорослей выделяется группа Coleochaetophyceae, родственная наземным растениям. Эти пресноводные водоросли образуют ветвящиеся дискообразные структуры, напоминающие строительные блоки тела растений.

При этом ближайшие живые родственники наземных растений — водоросли Zygnematophyceae — имеют гораздо более простое строение. Это указывает, что сложность, подобная растительной, появлялась и исчезала в эволюции многократно. Международная команда под руководством Гёттингенского университета, используя данные ДНК и ископаемые свидетельства, изучила группу Coleochaetophyceae. Результаты опубликованы в Current Biology.

Изучив гены Coleochaetophyceae (многие образцы получены из Культуральной коллекции водорослей Гёттингенского университета, SAG) и сопоставив данные с палеонтологическими находками, учёные установили, что эта группа возникла более 600 миллионов лет назад — задолго до первых наземных растений.

Внутри группы есть подгруппы, например, род Coleochaete, который существует более 400 миллионов лет. Однако более сложные дискообразные формы, такие как Coleochaete scutata, появились лишь около 65 миллионов лет назад — относительно недавно в эволюционном масштабе.

«Это говорит нам, что для понимания эволюции сложных признаков, таких как план строения тела, необходимо изучать широкое разнообразие древних линий», — поясняет профессор Ян де Врис.

«Тот факт, что ближайшие живые родственники — Zygnematophyceae — гораздо проще, означает, что сложность тела не была единичным эволюционным приобретением: она возникала снова и снова в разное время у разных линий».

Анализ последовательностей показал, что Coleochaetophyceae разделяют с наземными растениями многие гены, регулирующие рост, включая гены, связанные с делением клеток и растительными гормонами, такими как цитокинин (важен для деления клеток, роста побегов и корней).

Однако ни один набор генов не объясняет, почему одни виды растут как простые нити, а другие образуют сложные дискообразные тела. Это предполагает, что сложность зависит не только от наличия «правильных» генов, но и от того, когда и как эти гены включаются.

«Наши результаты подчёркивают, что растительная сложность — это древний потенциал, — добавляет первый автор Маайке Биренбродспот. — Иногда гены уже были в ДНК, но их функции были заново "подключены" в ходе эволюции, например, у водорослей и наземных растений».