Мхи, папоротники и деревья, относящиеся к наземным растениям, представляют собой одни из наиболее развитых фотосинтезирующих организмов на планете. Однако их эволюционное развитие неразрывно связано с более примитивными зелеными водорослями, существовавшими сотни миллионов лет назад.
В числе этих водорослей есть группа, близкая к наземным растениям, и она сохранилась до наших дней, — Coleochaetophyceae. Эти пресноводные водоросли формируют разветвленные дисковидные структуры, которые по внешнему виду схожи с некоторыми элементами, из которых строятся растительные организмы. Примечательно, что наиболее близкие к наземным растениям ныне живущие родственники из царства водорослей — зигнемовые — обладают более простой организацией, что позволяет сделать вывод о том, что сложность, характерная для растений, возникала и утрачивалась в процессе эволюции неоднократно. Международная группа ученых во главе с исследователями из Гёттингенского университета использовала Используя данные ДНК и окаменелостей, ученые стремятся разобраться в эволюции этой необычной группы водорослей: Coleochaetophyceae. Результаты были опубликованы в Current Biology.
Изучив гены Coleochaetophyceae и сравнив их с окаменелостями, учёные пришли к выводу, что эта группа возникла более 600 миллионов лет назад, задолго до появления первых наземных растений. В этой группе есть подгруппы, например род Coleochaete, возраст которого превышает 400 миллионов лет. Однако более развитые дискообразные структуры, подобные Coleochaete scutata, эти организмы возникли приблизительно 65 миллионов лет назад, что является недавним сроком в процессе эволюции.
«По словам профессора Яна де Вриса из Института микробиологии и генетики Гёттингенского университета, для того чтобы разобраться в развитии сложных характеристик, например, строения тела, требуется исследование большого количества древних видов. Обнаружение того, что современные ближайшие родственники — зигнемовые — обладают более простой организацией, указывает на то, что усложнение строения тела не было уникальным эволюционным событием, а повторялось неоднократно в различные периоды времени и в разных эволюционных линиях».
Проанализировав последовательности, исследователи обнаружили, что Coleochaetophyceae имеют много общих генов, регулирующих рост, с наземными растениями, в том числе те, которые связаны с делением клеток и растительными гормонами, такими как цитокинины, которые играют ключевую роль в делении клеток и росте побегов и корней. Однако на сегодняшний день ни один набор генов не объясняет, почему одни виды растут в виде простых нитей, а другие образуют более сложные дискообразные тела.
Степень сложности определяется не исключительно наличием необходимых генов, но и тем, в какой момент времени и каким образом они включаются. «Полученные нами данные свидетельствуют о том, что сложность растений – это древний запасенный потенциал», – отмечает Маайке Биренбродспот, первый автор научной работы. «Это указывает на то, что в ДНК иногда присутствовали гены, но их функции не были взаимосвязаны в процессе эволюции, как, например, у водорослей и растений, освоивших сушу».
[Фото: Tatyana Darienko / University of Göttingen]