Как древние растения начали использовать воду, выйдя на сушу
Растения — основа всей жизни на Земле. За последние 500 миллионов лет они научились использовать и управлять водой, что позволило им колонизировать сушу. Исследование, опубликованное в New Phytologist, на генетическом уровне показывает, как это происходило — от первых мхообразных растений кембрийского периода до сложных лесных экосистем.
Эволюция растений и воды
Сравнив более 500 геномов, учёные обнаружили, что разные части анатомии растений, связанные с транспортом воды (устьица, сосудистая ткань, корни), эволюционировали разными генетическими путями.
- Устьица — поры на поверхности листьев и стеблей, которые открываются для поглощения CO2 и закрываются, чтобы минимизировать потерю воды. Гены, участвующие в их развитии, присутствовали уже у первых наземных растений. Со временем, благодаря дупликации генов, скорость реакции устьиц увеличилась, что сделало растения, особенно семенные, более адаптируемыми.
- Сосудистая ткань («водопроводная система» растений) возникла не за счёт новых генов, а путём генетического «творчества» — перепрофилирования старых генов для новых функций.
- Корни. Эволюция нескольких ключевых новых генов у предка наземных и семенных растений привела к развитию корневых волосков и корней, позволив получать воду из глубины почвы и закрепиться на месте.
Развитие этих признаков на каждом важном этапе истории растений подчёркивает важнейшую роль воды как драйвера их эволюции.
Посадка будущего
Понимание эволюции растений имеет ключевое значение для будущего:
- Выявление функций этих ключевых генов может помочь улучшить устойчивость сельскохозяйственных культур к засухе и эффективность использования воды, что важно для продовольственной безопасности.
- Растения могут помочь решить серьёзные проблемы, такие как снижение зависимости от химических удобрений и выбросов парниковых газов.
- Управляя механизмами роста растений, можно создать более устойчивые и эффективные культуры, требующие меньше пространства, воды и питательных веществ.