Изменения в геноме Вельвичии дали ей способность выживать в неумолимой пустыне в течение тысяч лет.
Самые долгоживущие листья в растительном царстве можно найти только в суровой, гипераридной пустыне, которая пересекает границу между южной Анголой и северной Намибией.
Пустыня, конечно, не самое гостеприимное место для выращивания живых существ, не говоря уже о листовой зелени, но пустыня Намиб - самая старая в мире, где выпадает менее двух дюймов осадков в год, - это место, которое Вельвичия называет своим домом.
На языке африкаанс растение называется "tweeblaarkanniedood", что означает "два листа, которые не могут умереть". Название вполне уместно: У вельвичии растут только два листа - и непрерывно - за всю жизнь, которая может длиться тысячелетия.
"Большинство растений развивают один лист, и на этом все", - говорит Эндрю Лейч, генетик растений из Лондонского университета королевы Марии. "Это растение может жить тысячи лет, и оно никогда не перестает расти. Когда оно перестает расти, оно умирает".
Считается, что возраст некоторых из самых крупных растений превышает 3 000 лет, а два листа постоянно растут с начала железного века, когда был изобретен финикийский алфавит и Давид был коронован царем Израиля.
По некоторым данным, вельвичия не слишком привлекательна на вид. Ее два волокнистых листа, подгоняемые сухими ветрами пустыни и питаемые жаждущими животными, со временем измельчаются и скручиваются, придавая вельвичии отчетливо похожий на осьминога вид. Один из директоров лондонского сада Кью в 19 веке заметил: "Это, вне всякого сомнения, самое замечательное растение, когда-либо привезенное в эту страну, и одно из самых уродливых".
Но с момента своего первого открытия вельвичия покорила биологов, включая Чарльза Дарвина и ботаника Фридриха Вельвица, в честь которого и названо растение: Говорят, что когда в 1859 году Вельвичу впервые попалось это растение, "он не мог ничего поделать, кроме как опуститься на колени на горящую землю и смотреть на него, наполовину в страхе, что прикосновение к нему окажется плодом воображения".
В исследовании, опубликованном в этом месяце в журнале Nature Communications, ученые сообщают о некоторых генетических секретах, лежащих в основе уникальной формы вельвичии, ее чрезвычайной долговечности и глубокой жизнестойкости.
Джим Либенс-Мак, биолог растений из Университета Джорджии, не принимавший участия в исследовании, сказал, что оно "дает нам основу для лучшего понимания того, как Welwitschia делает все те безумные вещи, которые она делает". Геном Welwitschia отражает засушливую и бедную питательными веществами среду обитания растения. И его генетическая история, похоже, соответствует истории окружающей среды.
Примерно 86 миллионов лет назад, после ошибки в делении клеток, весь геном Welwitschia удвоился в период повышенной засушливости и длительной засухи в регионе - и, возможно, формирования самой пустыни Намиб, сказал Тао Ван, ботаник из ботанического сада Fairy Lake в Шэньчжэне, Китай, и ведущий автор исследования. Он сказал, что "экстремальный стресс" часто связан с такими событиями дупликации генома.
Доктор Лейч, соавтор исследования, добавил, что дублированные гены также освобождаются от своих первоначальных функций, потенциально принимая на себя новые.
Однако, по словам доктора Вана, за увеличение количества генетического материала приходится платить. "Самой основной деятельностью для жизни является репликация ДНК, поэтому если у вас большой геном, то поддержание жизни требует больших затрат энергии", особенно в таких суровых условиях.
Что еще хуже, значительная часть генома Welwitschia представляет собой "мусор" - самовоспроизводящиеся последовательности ДНК, называемые ретротранспозонами. "Теперь этот мусор нужно реплицировать, восстанавливать", - говорит доктор Лейч.
Исследователи обнаружили "всплеск" активности ретротранспозонов один-два миллиона лет назад, скорее всего, из-за повышенного температурного стресса. Но чтобы противостоять этому, геном Welwitschia претерпел широко распространенные эпигенетические изменения, которые заглушили эти нежелательные последовательности ДНК посредством процесса, называемого метилированием ДНК.
Этот процесс, наряду с другими селективными силами, резко сократил размер и энергетические затраты на поддержание дублированной библиотеки ДНК Welwitschia, сказал доктор Ван, создав "очень эффективный и недорогой геном".
Исследование также показало, что у Welwitschia есть и другие генетические особенности, скрытые в ее листьях.
Обычный лист растения растет из верхушек, или верхушек стебля и ветвей. Но у Welwitschia первоначальный растущий кончик отмирает, и листья вместо этого появляются из уязвимого участка анатомии растения, называемого базальной меристемой, которая снабжает растущее растение свежими клетками, сказал доктор Ван. Большое количество копий или повышенная активность некоторых генов, связанных с эффективным метаболизмом, ростом клеток и устойчивостью к стрессу в этой области, может помочь растению продолжать расти в условиях экстремального экологического стресса. В условиях потепления климата генетические уроки вельвичии могут помочь людям вывести более выносливые и менее жаждущие культуры.
"Когда мы видим, что растение способно жить в такой среде так долго и сохранять свою ДНК и белки, мне кажется, что мы можем найти подсказки, как улучшить сельское хозяйство", - сказал доктор Либенс-Мак.
Исследование также подчеркивает важность исследований, основанных на любопытстве. Когда вы встретите два листа, растущих в пустыне вопреки всему, опуститесь на колени в горящую почву и присмотритесь повнимательнее.
"Из странных вещей вы обнаружите странные вещи, которые помогут вам понять то, чего вы не знали, что не понимаете", - сказал доктор Лейч.
Спасибо за прочтение, надеюсь, вы почерпнули что-то новое и интересное из этой статьи. Подписывайтесь на канал, ставьте лайки и следите за другими новостями:)
