О чем речь?
В последний день лета в журнале Trends in Plant Science опубликовали результаты исследования, где ученые методом молекулярных часов определили, что цветущие растения (точнее, представители семейства крушиновых, Rhamnaceae) появились на планете больше 250 млн лет назад. А раньше ученые считали, что 150 млн лет назад.
Кажется, что это рядовое открытие: в мировой ботанике постоянно уточняют цифры о возрасте и происхождении видов. Но новости о возрасте цветущих растений могут изменить взгляд на биологическую историю планеты.
Ход исследования
В январе 2022 года в куске янтаря из Мьянмы исследователи нашли фрагменты побегов южноафриканского кустарника Phylica. Возраст этого образца больше 100 млн лет.
Байрон Ламон, заслуженный профессор экологии растений Кертинского университета (Австралия) вместе с Тяньхуа Хэ, молекулярным генетиком из Университета Мердока, использовали находку, чтобы отследить историю происхождения крушиновых методом молекулярных часов.
«Мы сопоставили ДНК образцов Phylica с динамическими изменениями ДНК растений этого вида за последние 120 млн лет и установили молекулярные часы для всего семейства», — так описывает Ламон суть работы.
Раньше считалось, что растения Rhamnaceae, к которым относится и этот образец, возникли на планете около 100 млн лет назад. Оказалось, что первые цветковые растения семейства крушиновых возникли на нашей планете больше 250 млн лет назад — это за 50 млн лет до начала эпохи динозавров.
О методе
Молекулярные часы — один из научных методов датирования филогенетических событий (например, расхождений видов). В его основе лежит гипотеза, согласно которой, эволюционно значимые мутации происходят с постоянной скоростью. Подтверждений этой гипотезе нет, но она дает возможность изучать биологические события, происходившие миллионы лет назад, и хотя бы приблизительно восстанавливать ход эволюции. Для восстановления гипотетической цепочки мутаций используют нуклеотидные последовательности ДНК и аминокислотные последовательности белков.
Метод известен с 1960-х годов, фактически — с открытия двойной спирали Уотсоном и Криком. Но он дает только приблизительные результаты, так как мутация живых организмов необязательно проходит равномерно.
В чем сенсация?
Из нашего времени сдвиг во времени такого события, как появление цветковых растений, может показаться несущественным: подумаешь, промахнулись на каких-то 100 млн лет. Но это действительно прорыв, так как появление цветковых растений, когда бы оно ни произошло, считается настоящей революцией в мире флоры и растительноядных существ.
На бытовом уровне — придется забыть (а лучше и перерисовать) все картинки из учебников и энциклопедий, где тираннозавры и диплодоки бродят среди гигантских хвощей и папоротников. Вероятно, их окружала другая флора, гораздо более разнообразная и как минимум — способная цвести.
В области развития научной мысли тоже можно отследить несколько следствий.
Во-первых, другое время возникновения покрытосеменных цветущих растений означает, что Земле на это потребовалось минимум на 100 млн лет меньше. Голосеменные первыми заселили сушу Земли и положили начало всей существующей наземной флоре. Но цветущие растения потеснили их намного раньше.
Во-вторых, намного раньше началась эпоха симбиоза между растениями и насекомыми, главными опылителями цветущих растений. Сам мир насекомых стал развиваться благодаря появлению цветов: у ползающих появился стимул взлететь в небо, это дало толчок для развития класса птиц. Пока в небе нет корма, зачем летать?
Именно цветущие растения на Земле положили начало освоению неба (до этого были эпохи освоения воды и суши). И это произошло за 50 млн лет до начала эпохи динозавров. Иными словами, первобытные ящеры эволюционировали уже в мир, где есть смысл не только ползать, но и летать.
В-третьих, современные цветы прошли гораздо более долгий путь эволюции. Известные нам цветущие растения — результат более длительной борьбы за выживание, более жесткого естественного отбора, чем предполагалось раньше. А если путь современных растений был на 100 млн лет дольше, сложно даже представить себе, сколько видов успело возникнуть и исчезнуть за этот период.
История вопроса
Изучением многомиллионной истории земной флоры человечество занимается всего 200 лет. Отец палеоботаники, французский ученый Адольф-Теодор Броньяр, в 1822 году написал революционную для всей мировой науки статью о классификации и распределении ископаемых растений. Спустя 6 лет он систематизировал все знания в крупной монографии, ставшей программной книгой для всех биологов XIX — середины XX века.
Почти со времен Броньяра известно, что деревья, дающие семена, намного старше цветов: они появились в период позднего палеозоя, то есть около 300 млн лет назад.
Позднепалеозойская эра охватывает период примерно от 419 до 252 млн лет назад и подразделяется на три геологических периода: девонский, каменноугольный и пермский. В начале девонского периода доминирующими представителями флоры Земли были папоротники, хвощи и другие голосемянные растения с очень простым и экстенсивным способом размножения: спорами. В конце периода часть растений эволюционировала до полового размножения через семена.
Образцы первобытных растений ученые находили в окаменелой смоле или торфяных залежах. Ход научной мысли зависел от качества найденных образцов. Три самых известных местонахождения ископаемых растений позднего палеозоя:
- Райни-Черт, Шотландия. Примитивные растения возрастом около 411 млн лет — с водопроводящими клетками и спорангиями, но без оформленных листьев.
- Район Вуда, северо-западная область Китая. Здесь нашли множество полностью сохранившихся растений, законсервированных в торфяниках, возрастом около 298 млн лет. Здесь также преимущественно находили папоротники.
- Хеймниц, Германия. Здесь нашли залежи ископаемых растений возрастом около 290 млн лет. Окаменелости говорят о том, что в пермский период произрастала густая влаголюбивая растительность. Но и здесь выраженных покрытосеменных не обнаружили.
Еще одно основание для исследования Ламона
Одной из важных предпосылок для открытия Байрона Ламона стала находка 2018 года в Цзянсу, Китай. Здесь группа исследователей нашла окаменелые фрагменты цветка. По оценке экспертов, возраст окаменелости — 174 млн лет. Ученые несколько лет хотели подтвердить предположение, что цветущие растения заселили Землю намного раньше, чем считалось.
А за год до этого, в феврале 2017 года, исследовательская группа из Австрии во главе с Юргом Шененбергером воссоздала облик одного из первых цветов на планете.
Ученые исследовали фенотипические особенности сотни современных цветов, установили их общие признаки и на основе этих данных вывели их прародителя. Больше всего искусственно воссозданный праотец напоминает лилию: у него пять пестиков, закрученных в завитки, десять тычинок, несколько лепестков и чашелистиков (у современных лилий, кстати, пестиков три, а тычинок шесть).
Потомки первых цветов на Земле
Представители крушиновых до сих пор растут бок о бок с нами. Они и правда немного странные: сразу видно, пришли из глубины веков.
Держидерево
Необычный кустарник: его плоды, одревесневшие костянки, похожи на коричневые зонтичные грибы. Другое его название — Христова колючка: по легенде, именно из этого дерева сплели терновый венец Христа. Растение целебное: отвар из его плодов обладает противовоспалительным и отхаркивающим действием. Держидерево можно встретить и на территории России, особенно в южной, юго-западной областях и на Кавказе.
Сагереция
Среди крушиновых очень мало комнатных растений: все-таки это скорее деревья и кустарники. Но сагереция чайная — исключение: ее можно часто встретить в форме бонсая. У этого растения прямой, искривляющийся ствол и узловатые побеги, создающие красивую асимметричную крону. Именно поэтому сагерецию и выбирают в качестве комнатного дерева.
А вот облепиха, так похожая на рисунки из книги Броньяра и находки из северного Китая, к древним крушиновым имеет мало отношения. Она относится к роду растений семейства лоховые (Elaeagnaceae). Но из-за сходства с древними окаменелыми останками самый распространенный вид этого плодоносящего дерева назвали облепиха крушиновидная.
Читать далее:
Космический самолет доставит грузы на МКС и приземлится в обычном «аэропорту»
Звезда приблизилась к черной дыре и ее разорвало: ученые наблюдали это с трех телескопов
Ученые нашли следы генетических мутаций в крови каждого человека, который побывал в космосе