Plant Kingdoms’ New Family Tree
Project Explains Flowers, Identifies a Green 'Eve’

By Rick Weiss
Washington Post Staff Writer
Thursday, August 5, 1999; Strona A01

Naukowcy wczoraj wydali najbardziej kompletną analizę jeszcze jak świat 1 milion gatunków roślin są powiązane ze sobą, obalając długoletnie teorie o tym, jak pierwsze jednokomórkowe glony zaawansowane w wielkości i złożoności, aby stać się efektowne drzewa i kwiaty, które stoją dziś na szczycie ewolucji roślin.

Prawdopodobnie najbardziej zaskakujące, pięcioletni wysiłek mapowania całego drzewa genealogicznego dla wszystkich roślin – z udziałem ponad 200 naukowców w 12 krajach – ustalił, że rzadki i wcześniej nie zwiastowany tropikalny kwiat jest najbliższym żyjącym krewnym pierwszej kwitnącej rośliny na Ziemi.

Niespodziewane odkrycie podważa obie wiodące teorie na temat tego, jak wyglądał pierwszy kwiat i najwyraźniej rozwiązuje to, co Karol Darwin nazwał „obrzydliwą tajemnicą”, jak rośliny dokonały skoku od prymitywnej zielonej monotonii do pełnego kwiatowego uniesienia. Ta globalna zmiana napędzała eksplozję różnorodności wśród owadów i innych zwierząt, jak również roślin.

Nowa analiza, przedstawiona na 16 Międzynarodowym Kongresie Botanicznym w St. Louis, również dochodzi do szokującego wniosku, że istnieją co najmniej trzy oddzielne królestwa roślin, a nie jedno, jak większość uczniów szkół średnich jest nauczana dzisiaj.

Odkrywa, że rośliny najechały ziemię nie bezpośrednio z morza, jak wielu naukowców myślało, ale ze słodkiej wody, gdzie spędzili miliony lat przygotowując się do rygorów ziemskiej egzystencji.

I dochodzi do wniosku, że wiele rodzin zielonych roślin żyjących dziś na ziemi pochodzi nie z oddzielnych ewolucyjnych upstartów, ale z jednej zielonej „Ewy”, której bliski krewny nadal żyje dziś w dziewiczych jeziorach, jak to miało miejsce ponad miliard lat temu.

Projekt potwierdza również sprzeczne z intuicją odkrycie, zaproponowane po raz pierwszy sześć lat temu, że grzyby – w tym drożdże i grzyby – są bliżej spokrewnione z ludźmi niż z roślinami.

„Jest to pierwsza kompleksowa, skoordynowana, zakrojona na szeroką skalę próba rekonstrukcji jednej z głównych gałęzi życia”, powiedział Brent Mishler, profesor biologii integracyjnej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley i rzecznik finansowanego przez federację projektu „Deep Green”.

Poza intelektualną gratyfikacją, która wiąże się ze zrozumieniem, jak rośliny świata są powiązane, nowe ustalenia mogą mieć praktyczne korzyści, powiedział Peter Raven, dyrektor Missouri Botanical Garden, który jest gospodarzem tygodniowego spotkania 4000 botaników.

Na przykład, powiedział Raven, ma to sens dla botaników poszukujących nowych związków leczniczych, aby skupić się na roślinach blisko spokrewnionych z tymi, o których już wiadomo, że mają właściwości terapeutyczne. Ale to podejście zostało utrudnione przez brak dokładnego drzewa genealogicznego.

Odwrotnie, konserwatorzy martwiący się o przyspieszenie wymierania roślin chcą zachować nasiona i inne zasoby genetyczne z szerokiej gamy roślin. Ale aby zdecydować, gdzie skoncentrować swoje wysiłki, muszą wiedzieć, które rośliny reprezentują najbardziej rozbieżne gałęzie botanicznego drzewa genealogicznego.

Eksperci od zwalczania chwastów mogą być w stanie przeprowadzić bardziej skuteczne ataki przeciwko nowo inwazyjnym gatunkom, jeśli wiedzieliby, z którymi gatunkami nowe szkodniki były spokrewnione i jakie rodzaje środków chwastobójczych działają na tych bliskich krewnych.

„To zdolność do porównywania, która nadaje sens wszystkiemu w biologii”, powiedział Raven.

Nowa praca była możliwa dzięki ostatnim postępom w kladystyce, dziedzinie, w której naukowcy porównują najbardziej ewolucyjnie istotne cechy wśród różnych organizmów, a nie te najbardziej oczywiste, jak to robili staromodni taksonomowie. Porównując kluczowe cechy, takie jak tkanki przewodzące wodę lub kształt kwiatu u różnych gatunków, żywych i skamieniałych, naukowcy mogą określić, kiedy i gdzie nowe „gałęzie” wyłoniły się z ciągle różnicującego się drzewa genealogicznego.

Równie ważne były postępy w genomice, dziedzinie, która śledzi zmiany w układach genów na przestrzeni tysiącleci, pozwalając biologom molekularnym na śledzenie śladów ewolucji.

Mishler ostrzegł, że biolodzy, którzy specjalizują się w klasyfikacji ewolucyjnej są notorycznie kłótliwi i że nowy obraz ewolucji roślin przedstawiony jest na pewno się zmieni, jak świeże dane przybywają i inne teorie są proponowane. Ale w przeciwieństwie do poprzednich wysiłków, powiedział, „te nowe drzewa genealogiczne naprawdę wskazują na pokrewieństwo, a nie tylko płytkie podobieństwo.”

Nowa praca rzuca szczególnie dramatyczne światło na pojawienie się roślin kwitnących (uważa się, że powstały około 135 milionów lat temu) od ich niekwitnących poprzedników (które utrzymują się dzisiaj jako sosny i rośliny pokrewne).

Do tej pory naukowcy uważali, że pierwszy kwiat ściśle przypominał dzisiejsze magnolie lub lilie wodne, z których obie nie mają wielu wyspecjalizowanych części znalezionych w bardziej nowoczesnych kwiatach. Nikt nie podejrzewał, że debata między tymi dwoma obozami zostanie rozstrzygnięta przez pojawienie się jeszcze bardziej prymitywnego krewnego, małego, kremowego kwiatu o nazwie Amborella, którego jeden gatunek żyje na wyspie Nowy Kaledonia na Południowym Pacyfiku.

Cztery grupy naukowców przedstawiły wczoraj mocne dowody na to, że Amborella — prawdopodobnie zapylana początkowo przez prehistoryczne chrząszcze — należy do najniższej gałęzi drzewa genealogicznego roślin kwitnących, a wszystkie inne kwiaty pojawiły się później w historii i „wyżej” na tym drzewie. Rośliny kwitnące mają przewagę nad innymi, ponieważ ich nasiona są chronione wewnątrz mięsistego owocu.

Inni badacze przedstawili dane pokazujące, że rośliny zielone (w tym wszystkie rośliny lądowe), rośliny czerwone i rośliny brązowe (głównie glony i wodorosty), wyewoluowały z trzech różnych roślin jednokomórkowych, a więc zasługują na to, by uznać je za poszczególne królestwa.

Grzyby, w tym grzyby i drożdże, również stanowią niezależne królestwo. Ale w ramach nowego systemu, niektóre byłe grzyby (takie jak tak zwane pleśnie śluzowe) zostały przeniesione do brązowego królestwa roślin.

„Grzyby są przycinane w dół”, Mishler powiedział. „Są szczuplejsze i wredniejsze.”

Badacze na spotkaniu przedstawili również dane wskazujące, że prymitywne, jednokomórkowe rośliny zielone przeniosły się do słodkiej wody przed szturmem na ląd. W stawach stały się wielokomórkowe, zyskując przewagę posiadania komórek, które mogą specjalizować się w konkretnych zadaniach, w tym nauczyć się, jak zatrzymać wodę, kluczową taktykę przetrwania dla życia na lądzie.

Wielokrotne ataki na ląd mogły zostać dokonane, ale tylko jedna linia roślin przetrwała, aby zróżnicować się w każdą znaną dziś roślinę lądową. Nowe dane wskazują, że matka tej linii, „Ewa” roślin zielonych, było coś bardzo podobnego do dzisiejszego tzw coleochaetes, małe zielone rośliny o wielkości główki szpilki i tylko jedna komórka grubości, które wymagają świeżej wody, która jest całkowicie wolna od zanieczyszczeń.

Niektóre praktyczne korzyści mogą pochodzić z lepszego zrozumienia, jak rośliny dokonały przejścia do ziemi, Mishler powiedział. Pierwsze rośliny, aby wspiąć się na terra firma, proste mchy, są niezwykle odporne na suszenie, nawet bardziej niż są wyższe rośliny, które straciły część tej zdolności później w ewolucji. Naukowcy próbują teraz zidentyfikować geny w mchach, które mogą być hodowane w uprawach, aby uczynić je bardziej odporne na suszę.

.