Вчені склали карту історії рослин за мільярд років

Рослини варіюються від простих морських водоростей і одноклітинної пташки до мохів, папоротей і величезних дерев. Такі палеонтологи, як і ми, довго сперечалися про те, як саме виник цей різноманітний діапазон форм і розмірів, і чи виникли рослини з водоростей у багатоклітинні та тривимірні форми під час поступового розквіту чи одного великого вибуху.

Щоб відповісти на це питання, вчені звернулися до скам’янілостей. З цих найкраще збережених екземплярів, таких як трилобіти, амоніти та морські їжаки, вони незмінно дійшли висновку, що ряд біологічних планів групи досягається протягом найдавніших періодів її еволюційної історії.

Своєю чергою, це призвело до гіпотез про те, що еволюційні лінії мають вищу здатність до інновацій на ранньому етапі, і після цієї першої фази розквіту вони дотримуються того, що знають. Це стосується навіть нас: усі різні плацентарні ссавці еволюціонували від спільного предка напрочуд швидко. Чи те саме стосується царства рослин?

У нашому новому дослідженні ми намагалися відповісти на це питання, шукаючи певні риси в кожній основній групі рослин. Ці ознаки варіювалися від фундаментальних характеристик рослин — наявності коріння, листя чи квітів — до тонких деталей, які описують варіацію та орнамент кожного пилкового зерна. Загалом ми зібрали дані про 548 ознак понад 400 живих і викопних рослин, що склало понад 130 000 індивідуальних спостережень.

Потім ми проаналізували всі ці дані, згрупувавши рослини на основі їхніх загальних подібностей і відмінностей, і всі вони були зображені в межах того, що можна вважати «дизайнерським простором». Оскільки ми знаємо еволюційні зв’язки між видами, ми також можемо передбачити риси їхніх вимерлих спільних предків і також включити цих гіпотетичних предків у простір дизайну.

Наприклад, ми ніколи не знайдемо скам’янілостей прабатьківської квіткової рослини, але ми знаємо від її найближчих живих нащадків, що вона була двостатевою, радіально симетричною, з більш ніж п’ятьма спірально розташованими плодолистками (жіноча репродуктивна частина квітки, що містить яйцеклітину). Разом точки даних із живих видів, скам’янілостей і передбачуваних предків показують, як життя рослин переміщувалося в просторі дизайну через історію еволюції та протягом геологічного часу.

Ми очікували, що квіткові рослини домінуватимуть у дизайнерському просторі, оскільки вони становлять понад 80% видів рослин, але це не так. Насправді живі мохоподібні — мохи, печеночники та роголистники — досягають майже такого ж різноманіття форм свого тіла.

Це може бути не зовсім дивним, оскільки три лінії мохоподібних займаються своїми справами більш ніж утричі довше, ніж квіткові рослини. І незважаючи на свою мініатюрну природу, навіть скромні мохи надзвичайно складні та різноманітні, якщо розглядати їх у мікроскоп.

Еволюційні зв’язки, передані розгалуженою генеалогією у наведеному вище сюжеті, показують, що загалом існує структура для зайняття простору дизайну — у міру появи нових груп вони розширювалися в нові регіони. Однак є певні докази конвергенції, оскільки деякі групи, такі як живі голонасінні (хвойні та споріднені з ними) і квіткові рослини, розташовані ближче один до одного, ніж до свого спільного предка.

З усім тим, певна відмінність різних угруповань у дизайнерському просторі є явно результатом вимирання. Це зрозуміло, якщо ми розглянемо розподіл викопних видів (чорні крапки), які часто зустрічаються між скупченнями живих видів (кольорові крапки).

Отже, як еволюціонувало різноманітність планів тіла рослин?

Загалом, широка модель — це прогресивне дослідження нових конструкцій в результаті інновацій, які зазвичай пов’язані з розмноженням, як-от ембріон, спора, насіння та квітка. Вони являють собою еволюційні розв’язання екологічних проблем, з якими стикаються рослини, поступово займаючи все більш сухі та складні ніші на поверхні землі. Наприклад, інновація насіння дозволила рослинам, які їх несуть, розмножуватися навіть за відсутності води.

Протягом геологічного часу ці розширення відбуваються як епізодичні імпульси, пов’язані з появою цих репродуктивних інновацій. Рушійними силами анатомічної еволюції рослин є поєднання геномного потенціалу та екологічних можливостей.

Різноманітність рослин свідчить про те, що великий вибух — це крах

Ніщо з цього не відповідає очікуванням, що еволюційні лінії починаються інноваційними, перш ніж вичерпаються. Натомість здається, фундаментальні форми рослин виникли ієрархічно в ході еволюційної історії, розробляючи анатомічне шасі, успадковане від їхніх предків. Вони не втратили здатності до інновацій протягом мільярда чи більше років свого еволюційного довголіття.

Отже, чи відрізняються це рослини від тварин, дослідження яких є основою для очікування ранніх еволюційних інновацій і виснаження? Зовсім ні. Порівняльні дослідження, які ми проводили на тваринах і грибах, показують, що, коли ви вивчаєте ці багатоклітинні царства в їх повному обсязі, усі вони демонструють модель епізодично зростаючої анатомічної різноманітності. Окремі лінії можуть скоро вичерпати себе, але загалом королівства продовжують інновації.

Це свідчить про загальну закономірність еволюційних інновацій у багатоклітинних царствах, а також про те, що тварини, гриби та рослини все ще мають багато еволюційного соку у своїх резервуарах. Будемо сподіватися, що ми все ще поруч, щоб побачити, які інновації з’являться далі. Джерело