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

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

Forskare släppte igår den hittills mest kompletta analysen av hur världens 1 miljon växtarter är relaterade till varandra, vilket omkullkastar gamla teorier om hur de första encelliga algerna utvecklades i storlek och komplexitet för att bli de prunkande träd och blommor som idag står på toppen av växtevolutionen.

Det kanske mest överraskande är att det femåriga arbetet med att kartlägga hela släktträdet för alla växter – med deltagande av mer än 200 forskare i 12 länder – har visat att en sällsynt och tidigare okänd tropisk blomma är den närmaste levande släktingen till jordens första blommande växt.

Den oväntade upptäckten kullkastar båda de ledande teorierna om hur den första blomman såg ut och löser uppenbarligen det som Charles Darwin kallade det ”avskyvärda mysteriet” om hur växterna tog språnget från primitivt grönt enformigt till fullt blomstrande liv. Denna globala förändring gav upphov till en explosion av mångfald bland insekter och andra djur samt växter.

Den nya analysen, som presenterades vid den 16:e internationella botaniska kongressen i St. Louis, kommer också till den uppseendeväckande slutsatsen att det finns minst tre separata växtriken, och inte bara en, som de flesta gymnasieelever får lära sig i dag.

Den visar att växterna invaderade land inte direkt från havet, som många forskare hade trott, utan från sötvatten, där de tillbringade miljontals år med att förbereda sig för den hårda tillvaron på jorden.

Och den drar slutsatsen att de många familjerna av gröna växter som lever på land i dag inte härstammar från separata evolutionära uppkomlingar, utan från en enda grön ”Eva”, av vilken en nära släkting fortfarande lever i dag i orörda sjöar, precis som den gjorde för över en miljard år sedan.

Projektet bekräftar också ett kontraintuitivt resultat, som först föreslogs för sex år sedan, att svampar – inklusive jäst och svampar – är närmare besläktade med människor än med växter.

”Detta är det första omfattande, samordnade, storskaliga försöket att rekonstruera en av livets viktigaste grenar”, säger Brent Mishler, professor i integrativ biologi vid University of California i Berkeley och talesman för det federalt finansierade projektet ”Deep Green”.

Bortsett från den intellektuella tillfredsställelse som det innebär att förstå hur världens växter är besläktade kan de nya rönen ha praktiska fördelar, säger Peter Raven, chef för Missouri Botanical Garden, som är värd för det veckolånga mötet med 4 000 botaniker.

Till exempel, säger Raven, är det vettigt för botaniker som letar efter nya medicinska föreningar att fokusera på växter som är nära besläktade med de växter som redan är kända för att ha terapeutiska egenskaper. Men det tillvägagångssättet har hindrats av bristen på ett exakt släktträd.

Omvänt vill naturvårdare som är oroliga för det accelererande utdöendet av växter bevara frön och andra genetiska resurser från ett brett spektrum av växter. Men för att kunna bestämma var de ska koncentrera sina ansträngningar måste de veta vilka växter som representerar de mest olikartade grenarna av det botaniska släktträdet.

Ogräsbekämpningsexperter skulle kanske kunna sätta in effektivare attacker mot nyinvaderande arter om de visste vilka arter de nya skadedjuren är besläktade med och vilka typer av ogräsbekämpningsmedel som fungerar på dessa nära släktingar.

”Det är förmågan att jämföra som ger mening åt allt inom biologin”, säger Raven.

Det nya arbetet möjliggjordes av de senaste framstegen inom kladistik, ett område där forskare jämför de mest evolutionärt relevanta egenskaperna bland olika organismer i stället för de mest uppenbara, som gammaldags taxonomer gjorde. Genom att jämföra viktiga egenskaper, t.ex. vattenledande vävnader eller blomform hos olika levande och fossila arter, kan forskarna avgöra när och var nya ”grenar” bröt ut från det ständigt diversifierande släktträdet.

Till lika stor del har framstegen inom genomik varit viktiga, ett område där man spårar förändringar i genernas arrangemang under årtusenden, vilket gör det möjligt för molekylärbiologer att spåra evolutionens fotspår.

Mishler varnade för att biologer som specialiserar sig på evolutionär klassificering är notoriskt argumentativa och att den nya bild av växternas evolution som presenteras säkerligen kommer att förändras i takt med att nya data kommer in och andra teorier framförs. Men till skillnad från tidigare försök, sade han, ”visar dessa nya släktträd verkligen på släktskap, inte bara ytlig likhet.”

Det nya arbetet kastar särskilt dramatiskt ljus över uppkomsten av blommande växter (som tros ha uppstått för cirka 135 miljoner år sedan) från deras icke-blommande föregångare (som lever kvar i dag som tallar och besläktade växter).

Förut hade forskarna trott att den första blomman liknade antingen dagens magnolior eller näckrosor, som båda saknar många av de specialiserade delar som finns i mer moderna blommor. Ingen hade anat att debatten mellan dessa två läger skulle avgöras av uppkomsten av en ännu mer primitiv släkting, en liten, gräddfärgad blomma som kallas Amborella, av vilken en enda art lever på ön Nya Kaledonien i södra Stilla havet.

Fyra forskargrupper erbjöd igår starka bevis för att Amborella – som troligen först pollinerades av förhistoriska skalbaggar – hör hemma på den nedersta grenen av släktträdet med blomväxter, med alla andra blommor som dyker upp senare i historien och ”högre” upp på detta träd. Blommande växter har en fördel jämfört med andra eftersom deras frön är skyddade inuti en köttig frukt.

Andra forskare presenterade uppgifter som visar att gröna växter (inklusive alla landväxter), röda växter och bruna växter (mestadels alger och sjögräs), utvecklades från tre olika encelliga växter, och därför förtjänar att betraktas som enskilda riken.

Svamparna, inklusive svampar och jäst, utgör också ett oberoende rike. Men enligt det nya systemet har vissa tidigare svampar (t.ex. de så kallade slemmiga mögelsvamparna) flyttats till det bruna växtriket.

”Svamparna trimmas ner”, säger Mishler. ”De är magrare och elakare.”

Forskare vid mötet presenterade också data som tyder på att primitiva, encelliga gröna växter rörde sig till sötvatten innan de stormade land. I dammar blev de flercelliga och fick fördelen av att ha celler som kan specialisera sig på specifika uppgifter, inklusive att lära sig att hålla kvar vatten, en viktig överlevnadstaktik för livet på land.

Många angrepp på land kan ha gjorts, men endast en växtlinje överlevde för att diversifiera sig till alla landväxter som vi känner till idag. Nya data visar att modern till den linjen, de gröna växternas ”Eva”, var något som liknar dagens så kallade coleochaetes, små gröna växter ungefär lika stora som ett knappnålshuvud och bara en cell tjocka, som kräver färskvatten som är helt fritt från föroreningar.

En del praktiska fördelar kan komma från en bättre förståelse för hur växterna gjorde övergången till land, sade Mishler. De första växterna som klättrade upp på fast mark, de enkla mossorna, är ytterst motståndskraftiga mot uttorkning, till och med mer motståndskraftiga än högre växter, som förlorade en del av den förmågan senare i evolutionen. Forskarna försöker nu identifiera gener i mossor som skulle kunna odlas in i grödor för att göra dem mer motståndskraftiga mot torka.