Для Чарльза Дарвина внезапное появление цветковых растений около 130 миллионов лет назад было непостижимой загадкой, которую могла решить только наука будущего. Теперь исследователь подошёл на шаг ближе к этому решению. Он узнал, как выглядели первые цветы и как они развились из нецветковых растений. Его исследование было опубликовано в Интернете в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Цветок - одно из ключевых нововведений эволюции. Она несет ответственность за настоящий взрыв развития, который со временем породил не менее 400.000 различных видов цветковых растений. Прежде чем возникли покрытосеменные, как их называют в науке, в растительном мире господствовали голосеменные, семейная группа наших хвойных. Вместо цветов у них шишки. Помимо хвойных, в эту группу возрастом 360 миллионов лет также входят саговые пальмы и гинкго.
Но как получилось, что около 130 миллионов лет назад эта картина вдруг изменилась и цветковые растения начали свое неудержимое триумфальное шествие? Это именно то, что сейчас исследовали исследователи из Университета Флориды. «Ничего подобного не было ни до них, ни после», - сказал Андре Чандербали, научный сотрудник Флоридского музея естественной истории и ведущий автор текущего исследования. «Происхождение первого цветка является ключом к происхождению всех цветковых растений».
Ищите переключатели в авокадо и кресс-салате
Цель проекта состояла в том, чтобы выяснить, какие генетические переключатели были переключены в первоначальной программе регулирования, чтобы произвести первый цветок, предок всех существующих сегодня покрытосеменных растений. Ученые сравнили генетическую структуру двух совершенно разных цветковых растений: кресс-салата Arabidopsis thaliana, неприметного маленького цветка, и дерева авокадо Persea Americana, принадлежащего к старейшей линии цветковых растений. Вопрос заключался в следующем: были ли между ними различия в руководящем комитете, отвечающем за цветение?
В частности, дерево авокадо оказалось ценной сокровищницей: «Мы обнаружили, что цветы Персеи - это генетическая окаменелость», - говорит Чандербали. «Они до сих пор несут генетические инструкции, которые когда-то направляли превращение шишек в цветы.» В то время как более продвинутые покрытосеменные имеют четыре цветочных органа, женские плодолистики, мужские тычинки, лепестки и чашелистики, которые в основном зеленые, более простые формы похожи на авокадо. только три: плодолистики, тычинки и листочки околоцветника, похожие на лепестки.
Стирание генетических линий в прошлом
Обычно развитие этих органов цветка контролируется отдельными генетическими инструкциями. Но, к удивлению исследователей, этого не произошло с авокадо, где инструкции по сборке частично совпадали. Возможно, что в ходе эволюции самого первого цветкового растения от предка голосеменного был только один фрагмент генетической информации, из которого образовались три «новых» органа.
«Хотя органы в конечном итоге развиваются в три разные вещи, с генетической точки зрения они, похоже, имеют гораздо больше общего, чем можно было бы подумать», - говорит ученый. «По мере того, как вы возвращаетесь в прошлое, границы между ними становятся все более размытыми». был изменен.
Сделайте шаг к цветению, изменив всего одну инструкцию по сборке?
Например, сосновые шишки по-прежнему бывают либо мужскими, либо женскими - в отличие от цветов, которые содержат оба пола. Но, несмотря на разделение полов, мужская сосновая шишка содержит почти все генетические схемы, необходимые для цветения.
Вместе с новыми результатами сравнительного исследования авокадо все указывает на то, что четыре цветочных органа покрытосеменных растений, которые теперь так разнообразно видоизменены и генетически строго разделены, когда-то были созданы путем переписывания всего лишь одно генетическое руководство по конструированию могло бы. Только в дальнейшем ходе эволюционного отбора сложилось преобладающее сегодня разнообразие.