Регулируемые клапаны дали древним растениям преимущество

Контроль потери воды — важная способность для современных наземных растений, помогающая им процветать в меняющихся условиях. Новое исследование Бристольского университета, опубликованное в журнале Current Biology, показывает, что инновации для сохранения воды появились очень рано в эволюционной истории растений.

Исследование было сосредоточено на роли устьиц — микроскопических пор на поверхности листьев, которые позволяют поглощать углекислый газ для фотосинтеза, одновременно выпуская воду. В отличие от фиксированных пор, как в сите, устьица современных растений больше похожи на клапаны, которые открываются и закрываются по требованию. Они делают это в ответ на сигналы окружающей среды и химические сигналы, такие как свет и углекислый газ, балансируя потребности растения в фотосинтезе и воде. Ключевой эволюционный вопрос: когда растения развили эти «активные» механизмы контроля устьиц?

Элизабет Рушала, аспирант, финансируемый Gatsby Charitable Foundation, из исследовательской группы профессора Алистера Хетерингтона, изучала устьица Selaginella uncinata — представителя примитивной группы растений, называемых селагинеллами, которые впервые появились примерно 400 миллионов лет назад.

Важно, что устьица этой древней группы наземных растений не только могли открываться и закрываться в ответ на изменения света и CO₂, но также реагировали на ключевой растительный гормон абсцизовую кислоту, которая регулирует работу устьиц у современных растений, особенно в условиях засухи.

Эти результаты показывают, что способность регулировать размер устьичной щели в ответ на меняющиеся условия окружающей среды присутствовала уже очень рано в эволюции растений.

Исследования того, как работают устьица, также напрямую связаны с сельскохозяйственными потребностями XXI века, поскольку ключевой целью селекционеров является разработка новых сортов, дающих отличный урожай, но использующих при этом меньше воды.

Профессор Алистер Хетерингтон сказал: «Понимание того, как растения совершили успешный переход от жизни в воде к успешной колонизации иссушающей наземной среды, — один из важных вопросов современной биологии растений. Наша работа показывает, что появление устьиц, способных открываться и закрываться в ответ на меняющиеся условия окружающей среды, тем самым помогая растениям избежать высыхания, стало очень важным шагом в эволюции наземной флоры».