Цветы! Им посвящаются стихи, их рисуют. О них слагают легенды. Любовь к ним связана не только с их красотой и с тем, что многие из них являются лекарственными растениями. Если мы поймёт генетическую регуляцию их развития, то в перспективе исчезновение голода и появление чудо-лекарств.
Появление цветов в эволюции загадочно. Они появились в меловом периоде и заняли господствующее положение на планете. Молекулярная генетика подарила нам гипотезу, объясняющую их появление.
Все считают, что ботаника – это просто. Увы, ботаника – это сложно! Студенты, изучающие анатомию растений, клянут судьбу, захлебываясь от латинских терминов и главное от разнообразия ныне существующих цветковых. А уж когда речь идет о эволюции, то перед сдачей экзаменов помню, я лично просила Николая Чудотворца покровителя странствующих и нашей семьи (мой папа – моряк) похлопотать за меня, чтобы мне не достался билет 13, в котором наша профессор из ехидства поместила три самых трудных вопроса. Она это нам сообщила в начале курса, добавив, что для тех, кто не пропустит ни одного занятия, этот билет будет изъят. Мощный ход! Автоматы появились только на третьем курсе и то, они были пробой пера нашего вуза. Прикиньте, в какой ярости мы о них узнавали, когда о них нам сообщали на консультации перед экзаменом. То есть пять дней мы зубрили и рисовали, чтобы как-то утрясти всё в головах, а тут на тебе. Короче, ботанику мы знаем до сих пор!
Что же тут страшного-то в 13 билете?
Вот я и решила рассказать. Дело в том, что цветок – это половой аппарат растений. Уж извини, Дзен. Цветковые растения произошли от голосеменных в результате мутационного изменения женских органов размножения, но самое прикольное, что в развитии этих органов стала использоваться «мужская» генетическая программа.
Вот здесь появляется загадочный термин фруктификация. То есть это ничто иное, как орган, обеспечивающий семенное воспроизведение растений. В качестве фундаментальных понятий (основных структурных единиц) для женских фруктификаций голосеменных принимаются семя, моносперм и полисперм.
Чувствуете скрежет зубной студентов?
Прочувствовали? Представляете как воют студенты первого курса, после школы, где их натаскивали на готовые ответы, а тут надо думать, сравнивать, анализировать. Жуть! Один студент мне признался, что перед сдачей Ботаники окрестился на всякий случай.
Вернемся к эволюции. У цветковых плодолистики свернуты и образуют, во-первых, рыльце, улавливающее пыльцу, во-вторых – замкнутую полость (завязь), в которой развиваются семязачатки.
Жуть! А если я еще расскажу, что исходный листочек, несущий семязачатки (мегаспорофилл, у цветковых ему соответствует плодолистик) свернут у голосеменных нижней стороной внутрь, а у цветковых – наоборот, верхней стороной внутрь? Соответственно и семязачатки сидят на разных сторонах листочка.
Как возникло такое разнообразие? Никакого постепенного накопления изменений по Дарвину даже представить невозможно! Правильно! Это мутация. Такие мутации называют маркромутации!
Это означает, что развитие фруктификаций у растений управляется небольшим числом генов-регуляторов. Да-да! Они похожи по работе на гомеозисные гены животных!
В 80-х годах XX века крупнейший российский палеоботаник С.В. Мейен предположил, что у каких-то беннеттитовых в результате макромутации генов регуляторов произошла перестройка программы развития фруктификации.
В результате ключевые элементы программы развития мужских элементов стробилы (микроспорофиллов, у цветковых это тычинки) стали реализовываться при развитии женских элементов.
Чуете? (История, как один мужик родил)
Это привело к появлению химерных образований – микроспорофиллов, несущих семязачатки вместо пыльников. Именно из таких «мутантных» микроспорофиллов и образовались плодолистики. У беннеттитовых микроспорофиллы несут пыльники на верхней стороне, в отличие от других голосеменных. Поэтому такая мутация сразу привела к появлению «правильных» прототипов для формирования плодолистиков, с семязачатками на нужной стороне, как у всех цветковых.
Гипотезу Мейена нельзя проверить классическими методами палеоботаники и морфологии (поскольку никаких переходных форм гипотеза Мейена не предполагает). Однако ее можно проверить методами сравнительно-генетического анализа.
Приступим! О! Мы теперь многое знаем!
У всех цветковых главным регулятором развития цветка является ген LFY. У голосеменных есть аналогичный ген (Leaf family), который работает на ранних стадиях развития мужских фруктификаций. У голосеменных есть еще один сходный ген (Needle family), отсутствующий у цветковых, который участвует в формировании женских фруктификаций.
Вот! В чем же макромутация?! При появлении цветковых «женский ген» был утрачен, а «мужской» стал руководить развитием всего цветка, с его мужскими и женскими частями.
На этом основании Фролик и Паркер в 2000 (где они были, когда мы учились?!) выдвинули «преимущественно мужскую теорию» происхождения цветка. Они предположили, что в результате утраты гена из семейства Needle у предков цветковых женские фруктификации перестали формироваться, а семязачатки стали развиваться на верхней стороне плоских микроспорофиллов.
Казалось бы, это в общем-то же самое, что предполагал С.В. Мейен. Однако различие есть! Вопрос, кто был предком цветковых. От кого они все-таки произошли – от беннеттитов с обоеполыми фруктификациями, или от других голосеменных с разнополыми!
Эволюционные реконструкции, основанные на морфологии, подтверждали родство покрытосеменных и беннеттитовых (а также родственных беннеттитам гнетовых, которые дожили до наших дней). Однако реконструкции, основанные на молекулярных данных, показали иное. Они показали, что все дожившие до современности голосеменные представляют собой монофилетичную группу, т.е. группу, происходящую от одного общего предка и включающую всех без исключения потомков этого предка.
Это значит, что последний общий предок всех современных голосеменных, в том числе гнетовых (а стало быть, и беннеттитов тоже) не был предком покрытосеменных.
Таким образом, предка цветковых нужно искать среди других вымерших голосеменных, более древних, чем беннеттитовые.
Увы! Здесь опять начинаются споры, потому что голосеменные растения плохо подходят для молекулярно-филогенетического анализа, поскольку большинство семейств голосеменных давно вымерло.
Значит идеи Мейена о происхождении цветковых от беннеттитовых сохраняется, как рабочая гипотеза.
Вот, рассказала вам о происхождении такого замечательного органа, как цветок. Вряд ли теперь кого-то, кто работает над таким, можно с ухмылкой назвать «ботаником». Нет и нет! Это Индианы Джонсы от филогенетики растений!
Мои любимые сокурсники. Вспомните, как мы рыдали не понимая, как возможно из голосеменных постепенное возникновение цветковых?! Вот так! Мутационно, и мутация оказалась очень перспективной и удобной для организма.
