Znanstvenici konačno riješiti Charles Darwinovu "gadnu misteriju"

Charles Darwin je godinama progonjen cvijećem. Godine 1859. prirodoslovac je objavio svoje najpoznatije djelo, O podrijetlu vrsta, knjiga koja se općenito smatra temeljom evolucijske biologije. Ali 20 godina kasnije, još ga je mučila jedna velika stvar: odakle je, dovraga, sve cvijeće došlo? U pismu botaničaru Josephu Daltonu Hookeru 1879. godine, Darwin je taj problem nazvao "odvratnom misterijom". Možda zvuči glupo, ali Darwin stvarno nije mogao objasniti kako su cvjetnice - poznate kao angiospermi - tako brzo porasle na dominaciju. primitivni angiospermi - skupina koja uključuje borove i dlanove.

Fosilni zapisi nam pokazuju da je prije 100 milijuna godina, u razdoblju krede, na scenu došlo mnoštvo raznih angiospermi i zamijenilo gimnoznarave kao dominantni tip biljke na Zemlji. Ovo naglo bogatstvo biljaka - predaka moderne lavande, pšenice, ruža, magnolija, tratinčica i tako dalje - bilo je u suprotnosti s Darwinovom teorijom da se nove vrste pojavljuju vrlo sporo tijekom vremena kao rezultat selektivnih pritisaka. Sadašnje hipoteze sugeriraju da je većina angiosperma evoluirala zajedno s insektima ili drugim životinjama koje ih oprašuju, bez kojih biljke ne mogu proizvoditi plodove koji nose sjeme. Ali ove hipoteze ne objašnjavaju epski bum u drevnim kritosjemačima.

U radu objavljenom u četvrtak u časopisu PLOS Biologija, nekoliko znanstvenika predložilo je odgovor na gnusnu tajnu o tome zašto su angiospermi tako naglo zamijenili gimnazobe. Kevin Simonin, docent za ekologiju i evoluciju na Državnom sveučilištu u San Franciscu, i Adam Roddy dokazuju da se sve svodi na učinkovitost stanica. Tajna uspjeha angiosperma, kažu, je brzo smanjivanje broja stanica biljaka prije otprilike 140 milijuna godina. Ovo smanjenje je dramatično povećalo njihovu učinkovitost. Jednom kada su angiospermi postali toliko učinkovitiji, njihova dominacija nad kopnenim ekosustavima bila je samo pitanje vremena.

Istraživački je tim došao do ovog zaključka ispitujući relativnu veličinu genoma u angiospermama i gnosnospermama, zatim uspoređujući te brojeve s kapacitetom hvatanja ugljičnog dioksida i učinkovitošću prijenosa tekućine. Veličine stanica mogu se puno razlikovati zbog različitih čimbenika, ali veličina genoma je jak prediktor veličine stanica. Stoga, zaključili su, manji genom znači manju stanicu - i stoga više stanica može biti upakirano u isti volumen biljnog tkiva, što omogućuje biljci da uzmu više ugljičnog dioksida i vode, čime se dobiva više ugljikohidrata koji daju energiju i potiču rast,

Fotosinteza je također veliki dio ove slike, budući da, kao što svi znamo, biljkama treba sunčeva svjetlost da pretvore vodu i ugljični dioksid u ugljikohidrate. Prethodna istraživanja pokazala su da im je veća sposobnost fotosintetskih angiosperma da im pomogne da rastu mnogo brže od njihovih rodoslovnih rođaka, ali ova nova studija pokazuje nam kako angiospermi postigli su visoku razinu učinkovitosti.

Dakle, iako je koevolucija s oprašivačima odigrala veliku ulogu u specifičnim mehanizmima evolucije angiosperma, Simonin i Roddy kažu da postoji nešto zajedničko za sve te biljke, nešto temeljno za njihovu biofizičku arhitekturu, koje im je omogućilo da preuzmu svijet. Možda bi ovo istraživanje olakšalo Darwinov um. Vjerojatnije je da će imati nova pitanja.

Sažetak: Naglo porijeklo i brza diverzifikacija cvjetnica tijekom krede dugo se smatralo "odvratnom misterijom". Iako je uzrok njihove velike raznolikosti uglavnom pripisana koevoluciji s oprašivačima i biljojedima, njihovoj sposobnosti da nadmašuju dosad dominantne paprati i golosjemenjače bile su predmet mnogih hipoteza. Uobičajeno među njima je da su samo angiospermi razvile lišće s manjim, brojnijim pučinama i visoko razgranatim venacijskim mrežama koje omogućuju veće stope transpiracije, fotosinteze i rasta. Ipak, kako su angiospermi spakirali svoje lišće s manjim, obilnim pukom i većim venama je nepoznato, ali povezano - pokazali smo - s jednostavnim biofizičkim ograničenjima veličine stanica. Samo loze angiosperma podvrgnute su brzom smanjenju genoma tijekom rane krede, što je olakšalo smanjenje veličine stanica koje su potrebne za spajanje vena i puči u njihova lišća, čime se stvarna primarna produktivnost približava maksimalnom potencijalu. Dakle, povećane konkurentske sposobnosti angiosperma nisu u malom dijelu posljedica smanjenja genoma.