Как растения эволюционировали в разные формы и размеры? Карта за миллиард лет истории
Палеонтологи давно спорят, как возникло разнообразие форм и размеров растений — постепенно или в результате «большого взрыва» эволюции. Чтобы ответить на этот вопрос, ученые проанализировали ископаемые и современные растения.
Исследование дизайн-пространства растений
В новом исследовании ученые собрали данные по 548 признакам более чем 400 живых и ископаемых растений, что составило более 130 000 индивидуальных наблюдений. Признаки варьировались от фундаментальных (наличие корней, листьев, цветов) до деталей строения пыльцы.
Данные были проанализированы и нанесены на карту «дизайн-пространства» — визуализацию общего сходства и различий между растениями. В анализ также включили предсказанные черты вымерших общих предков, например, первого цветкового растения.
Неожиданные результаты
- Ожидалось, что цветковые растения, составляющие более 80% видов, будут доминировать в дизайн-пространстве. Однако это не так.
- Современные бриофиты (мхи, печеночники, антоцеротовые) демонстрируют почти такое же разнообразие форм тела, несмотря на свой скромный вид.
- Три линии бриофитов эволюционируют в три раза дольше, чем цветковые растения, и под микроскопом оказываются чрезвычайно сложными и разнообразными.
Паттерны эволюции
- Новые группы растений, появляясь, обычно расширялись в новые области дизайн-пространства.
- Часть уникальности групп — результат вымирания, что видно по расположению ископаемых видов (черные точки) между скоплениями современных (цветные точки).
- Общий паттерн — постепенное освоение новых конструкций благодаря инновациям, связанным с размножением: эмбрион, спора, семя, цветок.
- Эти инновации были эволюционными решениями для заселения все более сухих и сложных наземных ниш (например, семя позволило размножаться без воды).
- Расширение анатомического разнообразия происходило эпизодическими импульсами, связанными с появлением репродуктивных новшеств.
Вывод: «Большой взрыв» не подтвердился
Результаты не соответствуют гипотезе о том, что эволюционные линии сначала инновационны, а затем истощаются. Вместо этого фундаментальные формы растений возникали иерархически на основе анатомической «платформы», унаследованной от предков.
Растения не утратили способность к инновациям за миллиард с лишним лет своей эволюционной истории. Схожие исследования животных и грибов показывают, что все многоклеточные царства демонстрируют паттерн эпизодического роста анатомического разнообразия. Это говорит о том, что у растений, животных и григов еще много «эволюционного топлива».