Короткие растения эволюционируют быстрее высоких

Биологи давно знают, что скорость эволюции у разных видов различается. Для растений причины этого были неясны. Новое исследование предполагает, что ключевую роль может играть высота растения.

В исследовании, опубликованном 21 мая в журнале Nature Communications, учёные сообщают, что у более коротких растений геномы меняются быстрее.

Проанализировав базу данных по высоте более 20 000 видов растений, исследователи оценили среднюю максимальную высоту для почти 140 семейств — от тропических Burmanniaceae (около 5 см) до Tetramelaceae (более 45 м).

Для каждого семейства также оценили скорость изменения их ДНК-последовательностей (цепочек A, C, T, G) с течением времени.

Сравнив скорость эволюции с высотой растений, учёные обнаружили, что короткие растения эволюционируют до пяти раз быстрее, чем высокие.

Эта закономерность сохранилась для ядерного и хлоропластного геномов, даже после учёта других факторов, влияющих на скорость эволюции (видовое богатство, широта, температура, уровень УФ-излучения). Результат также подтвердился при анализе отдельно деревьев и кустарников (обычно высоких) и отдельно трав (обычно низких).

Почему короткие растения в "быстрой полосе" эволюции? Учёные предполагают, что разница может быть вызвана генетическими изменениями, которые накапливаются в активно делящихся клетках на кончике побега. При каждом делении клетки копируют ДНК неидеально.

У животных большинство таких ошибок в клетках тела не наследуются. У растений же генетические изменения в любой части могут быть переданы потомству, если эти клетки в итоге образуют цветы или другие репродуктивные органы.

"Генетические изменения, происходящие во время деления клеток в побегах растений, потенциально могут передаваться будущим поколениям", — пояснил ведущий автор Роберт Ланфир.

Кроме того, рост замедляется по мере увеличения размера растения. Это означает, что у высоких растений со временем снижается скорость деления клеток и копирования генома, а изменения в ДНК — сырьё для эволюции — накапливаются медленнее.

"Наше исследование также отвечает на вопрос, заданный в Nature в 1986 году: 'Эволюционируют ли растения по-разному?' Ответ — 'да'", — пишут авторы.