De nieuwe stamboom van plantenrijkdommen
Project verklaart bloemen, identificeert een groene ‘Eva’

Door Rick Weiss
Washington Post Staff Writer
Donderdag 5 augustus 1999;

Wetenschappers hebben gisteren de meest complete analyse tot nu toe vrijgegeven van hoe de 1 miljoen plantensoorten van de wereld aan elkaar verwant zijn. Daarmee zijn lang bestaande theorieën over hoe de eerste eencellige algen in grootte en complexiteit toenamen tot de opzichtige bomen en bloemen die vandaag de dag op het hoogtepunt van de plantenevolutie staan, omvergeworpen.

Misschien wel het meest verrassend is dat de vijf jaar durende inspanning om de hele stamboom van alle planten in kaart te brengen – waarbij meer dan 200 wetenschappers in 12 landen betrokken waren – heeft vastgesteld dat een zeldzame en voorheen onopgemerkte tropische bloem de meest nabije levende verwant is van de eerste bloeiende plant op aarde.

De onverwachte ontdekking gooit beide leidende theorieën over hoe de eerste bloem eruitzag overhoop, en lost blijkbaar op wat Charles Darwin het “afschuwelijke mysterie” noemde van hoe planten de sprong maakten van primitieve groene eentonigheid naar volledige florale uitbundigheid. Die wereldwijde make-over voedde een explosie in diversiteit onder insecten en andere dieren, evenals planten.

De nieuwe analyse, gepresenteerd op het 16e Internationale Botanische Congres in St. Louis, komt ook tot de schokkende conclusie dat er ten minste drie afzonderlijke plantenrijken zijn in plaats van één, zoals de meeste middelbare scholieren vandaag worden onderwezen.

Het stelt vast dat planten het land zijn binnengedrongen, niet rechtstreeks vanuit de zee, zoals veel wetenschappers hadden gedacht, maar vanuit zoet water, waar zij miljoenen jaren doorbrachten om zich voor te bereiden op de ontberingen van het aardse bestaan.

En het concludeert dat de vele families van groene planten die vandaag de dag op het land leven, niet afstammen van afzonderlijke evolutionaire nieuwkomers, maar van één enkele groene “Eva”, waarvan een bijna familielid vandaag de dag nog steeds in ongerepte meren leeft, net zoals het dat meer dan een miljard jaar geleden deed.

Het project bevestigt ook een contra-intuïtieve bevinding, voor het eerst zes jaar geleden voorgesteld, dat schimmels – inclusief gist en paddestoelen – nauwer verwant zijn aan mensen dan aan planten.

“Dit is de eerste uitgebreide, gecoördineerde, grootschalige poging om een van de belangrijkste takken van het leven te reconstrueren,” zei Brent Mishler, een professor in de integratieve biologie aan de Universiteit van Californië in Berkeley en een woordvoerder van het federaal gefinancierde “Deep Green” project.

Naast de intellectuele voldoening die voortkomt uit het begrijpen hoe de planten van de wereld verwant zijn, kunnen de nieuwe bevindingen praktische voordelen hebben, zei Peter Raven, directeur van de Missouri Botanical Garden, die gastheer is van de weeklange bijeenkomst van 4.000 botanici.

Het is bijvoorbeeld zinvol voor botanici die op zoek zijn naar nieuwe medicinale verbindingen om zich te concentreren op planten die nauw verwant zijn aan die waarvan al bekend is dat ze therapeutische eigenschappen hebben, zei Raven. Maar die benadering wordt belemmerd door het ontbreken van een nauwkeurige stamboom.

Omgekeerd willen natuurbeschermers, die zich zorgen maken over het versneld uitsterven van planten, zaden en andere genetische bronnen van een breed scala aan planten bewaren. Maar om te beslissen waar ze hun inspanningen op moeten concentreren, moeten ze weten welke planten de meest uiteenlopende takken van de botanische stamboom vertegenwoordigen.

Onkruidbestrijdingsdeskundigen zouden in staat kunnen zijn om effectievere aanvallen uit te voeren tegen nieuw binnengedrongen soorten als ze wisten aan welke soorten de nieuwe plagen verwant zijn en welke soorten onkruidverdelgers werken op die naaste verwanten.

“Het is het vermogen om te vergelijken dat betekenis geeft aan alles in de biologie,” zei Raven.

Het nieuwe werk werd mogelijk gemaakt door recente vooruitgang in de cladistiek, een gebied waarin wetenschappers de meest evolutionair relevante eigenschappen tussen verschillende organismen vergelijken in plaats van de meest voor de hand liggende, zoals ouderwetse taxonomen deden. Door belangrijke kenmerken, zoals watergeleidende weefsels of bloemvorm bij verschillende soorten, levend en fossiel, te vergelijken, kunnen wetenschappers bepalen wanneer en waar nieuwe “takken” uit de steeds diverser wordende stamboom zijn uitgebarsten.

Even belangrijk zijn de vorderingen op het gebied van de genomica geweest, een gebied dat veranderingen in genopstellingen door de millennia heen volgt, waardoor moleculaire biologen de voetstappen van de evolutie kunnen traceren.

Mishler waarschuwde dat biologen die gespecialiseerd zijn in evolutionaire classificatie berucht zijn voor hun argumentatie en dat het nieuwe beeld van de evolutie van planten zeker zal veranderen naarmate nieuwe gegevens binnenkomen en andere theorieën worden aangevoerd. Maar in tegenstelling tot eerdere pogingen, zei hij, “wijzen deze nieuwe stambomen echt op verwantschap, niet alleen op oppervlakkige gelijkenis.”

Het nieuwe werk werpt vooral een dramatisch licht op het ontstaan van bloeiende planten (waarvan wordt aangenomen dat ze ongeveer 135 miljoen jaar geleden zijn ontstaan) uit hun niet-bloeiende voorgangers (die vandaag de dag nog bestaan als dennenbomen en verwante planten).

Tot nu toe dachten wetenschappers dat de eerste bloem sterk leek op de magnolia’s of waterlelies van vandaag, die beide veel van de gespecialiseerde onderdelen missen die in modernere bloemen te vinden zijn. Niemand had kunnen vermoeden dat het debat tussen deze twee kampen zou worden beslecht door de verschijning van een nog primitiever familielid, een kleine, crèmekleurige bloem genaamd Amborella, waarvan één enkele soort voorkomt op het eiland Nieuw Caledonië in de Stille Zuidzee.

Vier groepen wetenschappers hebben gisteren sterk bewijs geleverd dat Amborella — waarschijnlijk in het begin bestoven door prehistorische kevers — thuishoort op de laagste tak van de bloeiende planten stamboom, terwijl alle andere bloemen later in de geschiedenis en “hoger” in die boom zijn verschenen. Bloeiende planten hebben een voordeel ten opzichte van andere omdat hun zaden beschermd zijn in een vlezige vrucht.

Andere onderzoekers presenteerden gegevens waaruit blijkt dat groene planten (waaronder alle landplanten), rode planten en bruine planten (meestal algen en zeewieren), zijn geëvolueerd uit drie verschillende eencellige planten, en het dus verdienen om als afzonderlijke koninkrijken te worden beschouwd.

De schimmels, waaronder paddestoelen en gist, vormen ook een onafhankelijk koninkrijk. Maar onder het nieuwe systeem zijn sommige voormalige schimmels (zoals de zogenaamde slijmzwammen) verplaatst naar het bruine plantenrijk.

“De schimmels worden ingekrompen,” zei Mishler. “Ze zijn slanker en gemener.”

Onderzoekers op de bijeenkomst presenteerden ook gegevens die erop wijzen dat primitieve, eencellige groene planten naar zoet water verhuisden voordat ze het land bestormden. In vijvers werden zij meercellig, waardoor zij het voordeel kregen cellen te hebben die zich kunnen specialiseren in specifieke taken, waaronder het leren vasthouden van water, een cruciale overlevingstactiek voor leven op het land.

Er zijn wellicht vele aanvallen op het land gedaan, maar slechts één plantenlijn overleefde om zich te diversifiëren tot alle landplanten die we vandaag de dag kennen. Nieuwe gegevens wijzen erop dat de moeder van die lijn, de “Eva” van de groene planten, iets was dat sterk leek op de zogenaamde coleochaeten van vandaag, kleine groene planten ter grootte van een speldenknop en slechts één cel dik, die zoet water nodig hebben dat volledig vrij is van verontreinigende stoffen.

Een aantal praktische voordelen kan voortkomen uit een beter begrip van hoe planten de overgang naar het land maakten, zei Mishler. De eerste planten die op het vaste land klommen, de eenvoudige mossen, zijn buitengewoon goed bestand tegen uitdroging, zelfs beter dan hogere planten, die later in de evolutie een deel van dat vermogen verloren. Wetenschappers proberen nu genen in mossen te identificeren die in gewassen kunnen worden gekweekt om ze meer droogtebestendig te maken.