Ученые выяснили, когда растения начали “чувствовать” гравитацию

0
12

Первая флора Земли отрастила корни и начала ощущать притяжение планеты примерно 500 миллионов лет назад, в конце кембрия, однако по-настоящему эта способность развилась у них лишь в начале каменноугольного периода. К такому выводу пришли ботаники, опубликовавшие статью в журнале Nature Communications.

"Природа намного умнее нас и она может научить нас многому. Теперь мы начали понимать, что именно нужно растениям для того, чтобы закрепиться в почве и достичь нутриентов и воды в ее глубинных слоях. Это может помочь нам выяснить, как создать сорта злаков, способных расти в очень засушливой местности", — рассказывает Ю-чжу Чжан (Yuzhou Zhang) из Института науки и технологий Австрии в Клостернойбурге.

Как сегодня считают ученые, первые деревья появились в середине девонского периода, примерно 400 миллионов лет назад. Их появление резко изменило облик всей планеты – сухопутные растения сделали ее “зеленой”, а также породили множество новых видов животных, в том числе сухопутных насекомых, и грибков, питающихся исключительно растительной биомассой.

То, как выглядели эти первые деревья, пока остается загадкой для палеонтологов – известно лишь небольшое число “окаменелых лесов”, особого типа отложений этого времени, в которых сохранились полноценные стволы и корневые системы этих деревьев, оказавшиеся под землей благодаря извержениям пепла или лавы.

Палеонтологи неожиданно обнаружили в Китае великолепно сохранившиеся останки неожиданно “современной” бабочки юрского периода, чьи крылья были украшены своеобразными “глазами”.

Их изучение показывает, что флора того времени были очень причудливыми объектами – роль листьев у них исполняла особая фотосинтезирующая кора, а по внешнему виду они были похожи на карликовые деревья из современной тундры.

Относительно недавно ученые начали сомневаться в этой идее. К примеру, три года назад геологи нашли свидетельства того, что первые грибы появились на суше уже 440-460 миллионов лет назад, и они вряд ли могли бы существовать на суше сами по себе, без помощи растений или других источников органики, которой они должны были питаться.

Год назад генетики и палеонтологи показали, что растения и мхи должны были выйти на сушу гораздо раньше, в конце кембрийского или ордовикского периода, объединив данные раскопок и результаты сравнения геномов мхов, папоротников и прочих “древних” растений.

Подобные открытия, как отмечает Чжан, заставляют ученых задуматься о том, как возникли первые сухопутные растения и как именно они приобрели важнейшую черту всех современных представителей флоры – способность “ощущать” притяжение планеты и отращивать корни.

Ученые выяснили, когда растения начали "чувствовать" гравитацию

Корни папоротника (слева) и цветочного растения (справа)

Ответ на этот вопрос получить очень не просто, так как в прошлом ученые детально изучали устройство “датчиков гравитации” только у цветковых растений, а не их примитивных родичей и предшественников. Более того, многие биологи подозревают, что растения могут иметь не один, а несколько подобных регуляторов роста корней, большая часть которых остается неизвестной для нас.

Австрийские исследователи и их коллеги из Китая заполнили этот пробел и раскрыли историю эволюции этой ключевой особенности растений, сравнив то, как ощущают гравитацию мхи, папоротники, плауны, водоросли, а также цветковые и голосеменные растения.

Для этого ученые прорастили семена и споры всех этих представителей флоры, дождались появления у них корня, повернули их на 90 градусов и начали смотреть за тем, в какую сторону он будет расти. Параллельно ученые изучали то, как были устроены клетки их корней и как они реагировали на внезапную перемену вектора гравитации.

Как оказалось, все сухопутные растения, кроме мхов, умели ощущать гравитацию, однако скорость их реакции на подобные сдвиги сильно различалась. Корни цветковых и голосеменных растений начинали поворачивать вниз уже через 4-6 часов после начала эксперимента, тогда как папоротники и мхи меняли вектор роста лишь через несколько дней.

Причина этого скрывалась в различиях в устройстве клеток корней всех этих растений. Во всех них присутствовали особые структуры, так называемые амилопласты. Они представляют собой скопления крахмала, чья плотность несколько выше, чем у окружающей их цитоплазмы клеток.

Благодаря этому, при наличии гравитации они будут “тонуть” и падать вниз, что помогает флоре чувствовать притяжение Земли и корректировать направление роста корней, используя особые гормоны-ауксины.

Чжан и его коллеги обнаружили, что амилопласты были распределены по корням разных растений неодинаковым образом. Они присутствовали только в клетках на кончике корня цветочных и голосеменных представителей флоры, тогда как у папоротников и плаунов эти органеллы были случайным образом разбросаны по всему организму.

Аналогичные расхождения были характерны для того, какие клетки производили ауксины и как они распространялись по корням.

Соответственно, наличие амилопластов почти у всех представителей сухопутной флоры говорит о том, что они научились “чувствовать” гравитацию и отращивать корни практически сразу после выхода на сушу. Это произошло, как предполагают авторы статьи, около 500 миллионов лет назад.

С другой стороны, различия в поведении и распределении этих органелл говорят о том, что полноценная корневая система и способность ощущать вектор притяжения появились у представителей флоры значительно позже, примерно 370 миллионов лет назад. В этот момент появились предки цветочных и голосеменных растений, следы чьего успеха можно увидеть в любом угольном месторождении.

Что именно заставило их приобрести подобную способность, пока не понятно. Как надеются ученые, дальнейшие раскопки и изучение геномов современных растений позволит им найти ответ на этот вопрос.

Источник

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.