Badania prowadzone przez Stanford pokazują, że zamiast ewoluować stopniowo przez setki milionów lat, rośliny lądowe przeszły znaczną dywersyfikację w dwóch dramatycznych wybuchach, oddalonych od siebie o 250 milionów lat. Pierwsza pojawiła się na początku historii roślin, dając początek rozwojowi nasion, a druga miała miejsce podczas dywersyfikacji roślin kwitnących.
W badaniach wykorzystano nowatorską, ale prostą metrykę do klasyfikacji złożoności roślin na podstawie rozmieszczenia i liczby podstawowych części w ich strukturach reprodukcyjnych. Podczas gdy naukowcy od dawna zakładali, że rośliny stały się bardziej złożone wraz z pojawieniem się nasion i kwiatów, nowe odkrycia dają wgląd w czas i skalę tych zmian.
„Najbardziej zaskakującą rzeczą jest ten rodzaj zastoju, ten płaskowyż złożoności po początkowej ewolucji nasion, a następnie całkowita zmiana, która nastąpiła, gdy rośliny kwitnące zaczęły się różnicować” – powiedział główny autor badania Andrew Leslie, adiunkt nauk geologicznych na Uniwersytecie Stanforda. Szkoła Nauk o Ziemi, Energii i Środowisku (Stanford Earth). „Struktury rozrodcze wyglądają inaczej we wszystkich tych roślinach, ale wszystkie mają mniej więcej taką samą liczbę części podczas tego zastoju”.
Niezwykłe porównanie
Kwiaty są bardziej zróżnicowane niż każda inna grupa roślin, wytwarzając kolory, zapachy i kształty, które odżywiają zwierzęta i zachwycają zmysły. Są też zawiłe: płatki, pylniki i słupki przeplatają się w precyzyjnych układach, aby zwabić zapylaczy i skłonić je do rozprzestrzeniania pyłku z jednego kwiatu na drugi.
Ta złożoność utrudnia naukowcom porównywanie roślin kwitnących do roślin o prostszych systemach rozrodczych, takich jak paprocie czy niektóre drzewa iglaste. W rezultacie botanicy od dawna koncentrują się na cechach w obrębie grup rodzinnych i zazwyczaj badają ewolucję roślin niekwitnących oddzielnie od ich bardziej skomplikowanych, kwitnących krewnych.
Leslie i jego współautorzy przezwyciężyli te różnice, projektując system, który klasyfikuje liczbę różnych rodzajów części w strukturach reprodukcyjnych na podstawie samej obserwacji. Każdy gatunek został oceniony na podstawie tego, ile ma rodzajów części i w jakim stopniu wykazywał skupienie tych części. Sklasyfikowali około 1300 gatunków roślin lądowych od około 420 milionów lat temu do chwili obecnej.
„Opowiada to dość prostą historię o ewolucji reprodukcyjnej roślin pod względem formy i funkcji: im więcej funkcji mają rośliny i im są bardziej szczegółowe, tym więcej mają części” – powiedział Leslie. „To przydatny sposób myślenia o zmianach na szeroką skalę, obejmujących całą historię zakładu”.
Od krzewów po kwiaty
Kiedy rośliny lądowe po raz pierwszy zdywersyfikowały się we wczesnym dewonie około 420 milionów do 360 milionów lat temu, Ziemia była cieplejszym światem pozbawionym drzew i kręgowców lądowych. Pajęczaki, takie jak skorpiony i roztocza, wędrowały po ziemi wśród niskich, niejednolitych roślin, a najwyższym organizmem lądowym był 20-metrowy grzyb przypominający pień drzewa. Po dewonie zaszły ogromne zmiany w królestwie zwierząt: zwierzęta lądowe wyewoluowały, by mieć duże rozmiary ciała i bardziej urozmaiconą dietę, zróżnicowane owady, pojawiły się dinozaury – ale rośliny nie widziały większych zmian w złożoności reprodukcyjnej, dopóki nie rozwinęły kwiatów.
„Zapylenie owadów i rozprzestrzenianie się nasion zwierząt mogło pojawić się już 300 milionów lat temu, ale dopiero w ciągu ostatnich 100 milionów lat te naprawdę skomplikowane interakcje z zapylaczami napędzają tę bardzo wysoką złożoność roślin kwitnących” – powiedział Leslie. „Był to długi okres, w którym rośliny mogły wchodzić w interakcje z owadami w sposób, w jaki robią to teraz rośliny kwitnące, ale nie miały one takiego samego stopnia skomplikowania”.
W późnej kredzie, około 100 do 66 milionów lat temu, Ziemia bardziej przypominała planetę, którą znamy dzisiaj – trochę jak Park Narodowy Yosemite bez kwitnących drzew i krzewów. Według Leslie drugi wybuch złożoności był bardziej dramatyczny niż pierwszy, podkreślając wyjątkowy charakter roślin kwitnących. W tym okresie powstały rośliny takie jak passiflora, która może mieć 20 różnych rodzajów części, ponad dwukrotnie więcej niż w roślinach nie kwitnących.
Naukowcy sklasyfikowali 472 żyjące gatunki, z których część Leslie przeprowadził na terenie kampusu Stanforda i wokół niego, po prostu rozrywając lokalne rośliny i licząc ich organy rozrodcze. Analiza obejmuje naczyniowe rośliny lądowe – wszystko oprócz mchów i kilku wczesnych roślin, którym brakuje tkanki podporowej do przewodzenia wody i minerałów.
„Jedną rzeczą, którą argumentujemy w tym artykule, jest to, że ta klasyfikacja po prostu odzwierciedla ich funkcjonalną różnorodność” – powiedział Leslie. „Zasadniczo podzielili swoją pracę, aby być bardziej wydajnym w robieniu tego, co musieli zrobić”.
Współautorami badania są Carl Simpson z Muzeum Historii Naturalnej Uniwersytetu Kolorado i Luke Mander z The Open University.
