Vědci konečně vyřešili „Abominable Mystery“ Charlese Darwina

Po mnoho let byl Charles Darwin pronásledován květinami. V roce 1859 publikoval naturalista své nejslavnější dílo, O původu druhů, kniha, která je obecně považována za základ evoluční biologie. Ale o dvacet let později ho stále trápila jedna velká věc: Odkud pochází sakra všechny květiny? V dopise botanikovi Josephovi Daltonovi Hookerovi v roce 1879 Darwin tento problém označil za „ohavné tajemství“. Může to znít hloupě, ale Darwin opravdu nedokázal vysvětlit, jak kvetoucí rostliny - známé jako angiospermy - vzrostly k dominanci tak rychle, jak to bylo více. primitivní angiospermy - skupina, která zahrnuje borovice a palmy.

Fosilní záznam ukazuje, že asi před 100 miliony let, během období křídy, na scénu přišla obrovská škála angiospermů a nahradila gymnospermy jako dominantní typ rostliny na Zemi. Toto náhlé množství rostlin - předků moderních levandule, pšenice, růží, magnólií, sedmikrásek a tak dále - bylo v rozporu s Darwinovou teorií, že v důsledku selektivních tlaků vznikají nové druhy velmi pomalu. Současné hypotézy navrhnou, že většina angiosperms se vyvinula podél hmyzu nebo jiných zvířat, která opylují je, bez kterého to není možné pro rostliny produkovat semena-nést ovoce. Tyto hypotézy však nevysvětlují epický boom ve starověkých angiospermech.

V článku publikovaném ve čtvrtek v časopise Biologie PLOS, pár vědců navrhlo odpověď na ohavné tajemství proč angiosperms nahradil gymnosperms tak náhle. Kevin Simonin, odborný asistent ekologie a evoluce na Státní univerzitě v San Franciscu, a Adam Roddy předkládají důkazy o tom, že to vše závisí na účinnosti buněk. Tajemství úspěchu angiospermu je, jak říkají, rychlým zmenšováním buněk rostlin, které začínají asi před 140 miliony let. Toto zmenšení výrazně zvýšilo jejich účinnost. Jakmile se angiospermy staly mnohem účinnějšími, jejich nadvláda pozemských ekosystémů byla jen otázkou času.

Výzkumný tým dospěl k tomuto závěru zkoumáním relativní velikosti genomů v angiospermech a gymnospermech, poté porovnáním těchto čísel s kapacitou zachycování oxidu uhličitého v rostlinách a účinností přenosu kapaliny. Velikost buněk se může velmi lišit v důsledku různých faktorů, ale velikost genomu je silný prediktor velikosti buněk. Proto dospěli k závěru, že menší genom znamená menší buňku - a proto může být více buněk zabaleno do stejného objemu rostlinné tkáně, což rostlině umožní přijímat více oxidu uhličitého a vody, čímž produkuje více sacharidů, které dodávají energii a pohánějí růst.

Fotosyntéza je také velkou částí tohoto obrazu, protože, jak všichni víme, rostliny potřebují sluneční světlo, aby přeměnilo vodu a oxid uhličitý na sacharidy. Předchozí výzkum ukázal, že vyšší fotosyntetické schopnosti angiospermu jim pomohly růst mnohem rychleji než jejich bratranci gymnospermu, ale tato nová studie nám ukazuje jak angiospermy dosáhly této vysoké účinnosti.

Takže i když koevoluce s opylovači hrála obrovskou roli ve specifických mechanismech vývoje angiospermu, Simonin a Roddy říkají, že je něco společného všem těmto rostlinám, něco zásadního pro jejich biofyzikální architekturu, která jim umožnila převzít svět. Možná, že tento výzkum by Darwinovu mysl zneklidnil. Ale s větší pravděpodobností by měl jen nové otázky.

Abstraktní: Náhlý původ a rychlá diverzifikace kvetoucích rostlin v období křídy je již dlouho považována za „ohavné tajemství“. Zatímco příčinou jejich velké rozmanitosti byla převážně koevoluce s opylovači a býložravci, jejich schopnost překonat dříve dominantní kapradiny a gymnosperms byl předmětem mnoha hypotéz. Společný mezi tyto je to angiosperms sám vyvinul listy s menšími, četnějšími stomata a více vysoce větvící venation sítě, které dovolí vyšší míry transpirace, fotosyntéza a růst. Jak ale angiospermy zabalí listy s menšími, hojnějšími stomaty a více žilami, není známo, ale ukazují - ukazují - na jednoduché biofyzikální omezení velikosti buněk. Pouze linie krytosemenných rostlin prošly rychlým snížením genomu během raného období křídy, což umožnilo snížení velikosti buněk nezbytné pro zabalení více žil a stomat do jejich listů, čímž se efektivně zvýšila skutečná primární produktivita. Zvýšené konkurenční schopnosti angiospermů tedy nejsou v malé míře způsobeny zmenšováním genomu.