Эволюция орхидей

Учёные давно пытаются понять, как орхидеи, самое крупное и разнообразное семейство цветковых растений на Земле, эволюционировали так быстро. Современные методы генетического секвенирования дают новые ответы.

Загадочное разнообразие

Насчитывается более 25 000 видов орхидей. Обнаруженный в 2007 году образец в янтаре возрастом 100 млн лет доказывает, что орхидеи существовали ещё во времена динозавров.

Орхидеи опыляются большим разнообразием опылителей, чем любое другое семейство растений. Например:

  • Лепестки орхидеи-мухи (Ophrys insectifera) имитируют самку пчелы, привлекая самцов.
  • Орхидея Катасетум (Catasetum), которую изучал Дарвин, «выстреливает» в насекомых стрелами с пыльцой.
  • Орхидея кометная (Angraecum sesquipedale) с Мадагаскара имеет длинный шпорец для нектара. Дарвин предсказал, что её опылит бражник с таким же длинным хоботком, что и было позже подтверждено.

Удивительно, что та же кометная орхидея встречается на острове Реюньон в 480 км от Мадагаскара, где нет предсказанного мотылька. Там её опыляет птица — белоглазка. А студентка Клэр Мишено обнаружила, что родственную орхидею опыляет сверчок — первый известный случай опыления цветка сверчком.

Генетические ключи к эволюции

Исследователи из Королевских ботанических садов Кью (Royal Botanic Gardens, Kew) изучают генетические причины разнообразия орхидей. Они выяснили, что:

  • У орхидей сросшиеся женские и мужские части.
  • Один особый лепесток (губа) контролируется иными генами, чем остальные. Это позволяет ему эволюционировать отдельно, создавая структуры вроде лепестка, имитирующего самку пчелы.

Быстрая эволюция может быть также связана с явлением аллополиплоидии (генетической избыточности), когда у растения есть более одной копии гена для выполнения одной функции. Профессор Чейз (Chase), хранитель лаборатории Джодрелл в Кью, поясняет: при мутации одной копии дубликат продолжает работать. Если мутация полезна, растение может эволюционировать в новый вид быстрее других организмов.

Методы исследования

Профессор Чейз и его команда изучают генетику растений с 1980-х годов:

  • Первые 10 лет ушли на сбор образцов одного и того же гена у 500 различных видов.
  • С развитием методов секвенирования учёные получили возможность изучать множество генов, а не один.

Сейчас работа по аллополиплоидам сосредоточена на диком табаке (Nicotiana) из Северной и Южной Америки и орхидеях рода Пальчатокоренник (Dactylorhiza), многие из которых произрастают в Великобритании.