Как папоротники адаптировались к одной из самых новых и экстремальных сред на Земле

Папоротники считаются «старыми» видами растений — некоторые из них существовали ещё во времена динозавров, более 200 миллионов лет назад. Однако группа андских папоротников эволюционировала гораздо позже: их совершенно новая форма и структура (морфология) возникли и диверсифицировались за последние 2 миллиона лет. Эта новая морфология, по-видимому, дала преимущество при колонизации экстремальной среды высокогорных Анд.

Исследователи использовали молекулярные и морфологические данные для изучения группы папоротников, растущих в уникальной экосистеме Анд — парамо.

Эта экосистема сформировалась относительно недавно (около 3–5 миллионов лет назад) в результате масштабного поднятия Анд. Это создало новые экологические возможности для растений. Другие растения из Северной Америки и умеренных южных регионов также смогли колонизировать эти новые среды парамо.

В отличие от типичных тропических лесов, парамо — это более открытые, тундроподобные биомы, где растения низкорослые, с гораздо более мелкими, а иногда и очень опушёнными листьями.

На больших высотах у экватора происходят экстремальные суточные колебания условий: очень холодные ночи и очень жаркие дни. Чтобы выжить там, некоторые растения эволюционировали, изменив форму и структуру листьев, что позволяет им справляться с морозными ночами и высокой солнечной радиацией в полдень.

Команда обнаружила, что одна группа папоротников парамо эволюционировала, приобретя сильно видоизменённые листья. Они сохраняют свёрнутую форму молодого вайя, но при этом являются половозрелыми. У некоторых видов парамо было обнаружено более 300 пар листочков на вайе. Для сравнения, их ближайшие родственники в более защищённых облачных лесах ниже по склону имеют не более 12 пар листочков на вайе. Кроме того, длина этих листочков быстро уменьшается с увеличением высоты.

Исследователи также обнаружили, что скорость видообразования среди папоротников парамо значительно выше, чем среди папоротников, не растущих в парамо.

Как отмечают учёные, эти папоротники примечательны тем, что в геологических масштабах времени они быстро эволюционировали, выработав новую морфологию в ответ на новые экстремальные условия. Интересно, что в результате процесса конвергентной эволюции папоротники облачных лесов пришли к тому же «решению» в ответ на те же экологические давления.