Как наши виды растений превратились в то, что они есть сегодня? Эволюция наземных растений началась около 475 миллионов лет назад, и первые "образцы" были устроены куда гораздо проще, чем сегодня. В течение миллионов лет постоянно добавлялись инновации, пока наши нынешние виды растений со сложными репродуктивными механизмами не смогли развиться и захватить практически всю поверхность Земли. Но вот вопрос: был ли это процесс маленьких шагов или были также большие эволюционные скачки? Попробуем понять это.
Высшие растения
Возникновение высших растений (так называемых сосудистых растений или Tracheophyta) началось в конце силура (примерно 443–419 миллионов лет назад). Процесс характеризовался появлением простого, но очень важного механизма - образованием сосудистых пучков, с помощью которых вода могла переноситься в различные части растения.
Первые семенные растения (Spermatophyta) возникли в начале девона (примерно 420–360 миллионов лет назад ). И также естественно, что это изначально очень просто структурированные растения. У них еще не было покрова вокруг семяпочек. Поэтому их называют голосеменными. Сегодня их довольно много сохранилось на планете - это, например, хвойные деревья и гинкго.
Только лишь в меловом периоде (100–66 миллионов лет назад) появились так называемые покрытосеменные растения, у которых семяпочки защищены плодолистиком, укрывающим и защищающим семя.
От простого к сложному
Исследователи изучили, как репродуктивные органы превратились из открытых спорангиев в сложные цветки покрытосеменных растений. Для этого они проанализировали и посчитали мельчайшие базовые единицы репродуктивных органов 1338 таксонов (866 из вымерших растений и 472 из растений, живущих сегодня). Эти основные единицы включали спорангии и так называемые типы морфологических элементов: это структуры, которые лежат между спорангиями и вегетативной частью растения (листья, стебли). К ним относятся, например, покровная и семенная чешуя или лепестки и чашелистики.
Новое изобретение
Таким образом, исследователи смогли проследить развитие растений на основе увеличения количества типов морфологических элементов за 420 миллионов лет. Исследователи выявляли минимум два эволюционных скачка: один раз в позднем девоне, а затем в конце мелового периода - между длительным перерывом в развитии около 250 миллионов лет.
Развитие растений в это время было примерно на уровне сегодняшних голосеменных, пока в меловой период не было достигнуто важное «новшество»: развитие плодолистика для защиты семяпочек. Это дало стартовый сигнал к быстрому увеличению разнообразия типов морфологических элементов.
Другая стратегия заключалась в формировании репродуктивных мужских и женских органов на растении. Затем уже были "добавлены" животные в качестве агентов-переносчиков пыльцы и распространителей семян, что потребовало дополнительных корректировок их анатомии. Растения также разработали механизмы для привлечения своих опылителей. Это привело к возникновению сложных структур, которые сегодня мы знаем как «цветы» в более узком смысле.
Больше функций за счет дупликации генома
По мнению исследователей, один из возможных спусковых механизмов для двух всплесков развития лежит в событиях на генетическом уровне: согласно этому, дупликация генома могла быть спусковым механизмом для развития как семенных растений, так и покрытосеменных растений.
Потому что, только если для каждого важного гена имеется функционирующая «замещающая копия», он может свободно меняться. В противном случае многие мутации, которые могут привести к новым типам морфологических элементов, были бы фатальными для растения. Это также объясняет, почему животные, которые уже использовались в качестве опылителей около 300 миллионов лет, только внезапно стали «интересными» для растений в широком масштабе в меловой период.
Даже если развитие покрытосеменных длилось так долго, оно того стоило: если учесть их разнообразие и глобальное распространение, их, вероятно, можно охарактеризовать как реальную успешную модель эволюции.
