Kaip 500 milijonų metų augalai galėtų padėti išspręsti didžiulę klimato problemą

Kaip 500 milijonų metų augalai galėtų padėti išspręsti didžiulę klimato problemą

„Augalai, ar jie yra milžiniški arba mikroskopiniai, yra visos gyvybės pagrindas, įskaitant mus pačius. Tai buvo Davido Attenborough įvadas Žalioji planetanaujausia BBC gamtos istorijos serija.

Per pastaruosius 500 milijonų metų augalai įsiliejo į kiekvieną mūsų gyvenimo aspektą. Augalai šiandien palaiko visą kitą gyvybę Žemėje. Jie suteikia žmonėms kvėpuojamą deguonį, taip pat valo orą ir vėsina Žemės temperatūrą. Tačiau be vandens augalai neišgyventų. Apskaičiuota, kad iš pradžių buvo aptikta vandens aplinkoje apie 500 000 sausumos augalų rūšių, kurios atsirado iš vieno protėvio, plūduriuojančio per vandenį.

Naujausiame mūsų straipsnyje, paskelbtame m Naujasis fitologasmes genetiniu lygmeniu tiriame, kaip augalai išmoko naudoti vandenį ir juo manipuliuoti – nuo ​​pirmųjų mažų į samanas panašių augalų, kurie gyveno sausumoje Kambro laikotarpiu (maždaug prieš 500 mln. metų) iki milžiniškų medžių, sudarančių sudėtingą mišką. šių dienų ekosistemos.

Kaip išsivystė augalai

Palyginus daugiau nei 500 genomų (organizmo DNR), mūsų rezultatai rodo, kad skirtingos augalų anatomijos dalys, dalyvaujančios vandens pernešime – poros (stomata), kraujagyslių audinys, šaknys – buvo susietos su skirtingais genų evoliucijos metodais. Tai svarbu, nes pasakoja, kaip ir kodėl augalai vystėsi skirtingais savo istorijos momentais.

Per pastaruosius 500 milijonų metų augalų santykis su vandeniu labai pasikeitė. Sausumos augalų protėviai turėjo labai ribotą gebėjimą reguliuoti vandenį, tačiau sausumos augalų palikuonys prisitaikė gyventi sausesnėje aplinkoje.

Kai augalai pirmą kartą kolonizavo žemę, jiems reikėjo naujo būdo gauti maistines medžiagas ir vandenį nepaneriant į jį. Kitas iššūkis buvo padidinti dydį ir ūgį. Ilgainiui augalai išsivystė gyventi sausringoje aplinkoje, pavyzdžiui, dykumose. Šių genų evoliucija buvo labai svarbi, kad augalai galėtų išgyventi, tačiau kaip jie padėjo augalams iš pradžių prisitaikyti, o paskui klestėti sausumoje?

Stomata, mažiausios poros lapų ir stiebų paviršiuje, atsidaro, kad galėtų įsisavinti anglies dioksidą, ir užsidaro, kad sumažintų vandens praradimą. Mūsų tyrimas parodė, kad genai, susiję su stomatozės vystymusi, buvo pirmuosiuose sausumos augaluose. Tai rodo, kad pirmieji sausumos augalai turėjo genetinius įrankius, leidžiančius sukurti stomatą, pagrindinį prisitaikymą prie gyvenimo sausumoje.

Stomatų reakcijos greitis skiriasi priklausomai nuo rūšių. Pavyzdžiui, ramunės stomatai užsidaro greičiau nei paparčio. Mūsų tyrimas rodo, kad pirmųjų sausumos augalų stomatai užsidarė, tačiau šis gebėjimas laikui bėgant paspartėjo dėl genų dubliavimosi, kai rūšys dauginasi.

Dėl genų dubliavimo susidaro dvi geno kopijos, leidžiančios vienai iš jų atlikti pradinę funkciją, o kitai sukurti naują funkciją. Naudojant šiuos naujus genus, augalų, augančių iš sėklų (greičiau besidauginančių per sporas), stomatai galėjo greičiau užsidaryti ir atsidaryti, todėl jie galėjo geriau prisitaikyti prie aplinkos sąlygų.

Shutterstock

Seni genai ir nauji triukai

Kraujagyslinis audinys yra augalo vandentiekio sistema, leidžianti pernešti vandenį į vidų ir augti dydžiu bei ūgiu. Jei kada nors matėte kapoto medžio žiedus, tai yra kraujagyslių audinio augimo likučiai.

Mes nustatėme, kad užuot vystęsis naujais genais, kraujagyslių audinys atsirado genetinio manipuliavimo procese. Čia seni genai buvo panaudoti naujoms funkcijoms įgyti. Tai rodo, kad evoliucija ne visada vyksta naudojant naujus genus, tačiau seni genai gali išmokti naujų gudrybių.

Prieš persikeliant į žemę, augalai buvo aptikti gėlavandenėse ir jūrinėse buveinėse, pavyzdžiui, dumblių grupė Spirogyra. Jie plūduriavo ir sugėrė aplinkui esantį vandenį. Šaknų evoliucija leido augalams patekti į vandenį iš gilesnio dirvožemio sluoksnio ir suteikti tvirtinimo vietą.

Mes nustatėme, kad sausumoje gyvenančių augalų ir augalų su sėklomis protėviuose atsirado keli pagrindiniai nauji genai, atitinkantys šaknų plaukų ir šaknų vystymąsi. Tai rodo sudėtingos šaknų sistemos svarbą, leidžiančią senovės augalams pasiekti anksčiau neprieinamą vandenį.

Šių savybių raida kiekviename svarbiame augalų istorijos etape pabrėžia vandens, kaip augalų evoliucijos varomojo, svarbą. Mūsų analizė atskleidė genetinį planetos žalinimo pagrindą, pabrėždama skirtingus genų evoliucijos metodus įvairinantis augalų karalystę.

Sodinimas ateičiai

Šis darbas ne tik padeda mums suprasti praeitį, bet ir yra svarbus ateičiai. Suprasdami, kaip augalai vystėsi, galime pradėti suprasti jų augimą ribojančius veiksnius. Jei mokslininkai gali nustatyti šių pagrindinių genų funkciją, jie gali pradėti gerinti vandens naudojimą ir augalų rūšių atsparumą sausrai. Tai ypač svarbu maisto saugumui.

Augalai taip pat gali padėti išspręsti kai kuriuos aktualiausius žmonijai iškilusius klausimus, pavyzdžiui, sumažinti priklausomybę nuo cheminių trąšų, pagerinti mūsų maisto tvarumą ir sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą.

Nustačius augalų augimą kontroliuojančius mechanizmus, mokslininkai gali pradėti kurti atsparesnes, efektyvesnes pasėlių rūšis. Šiems augalams reikėtų mažiau vietos, vandens ir maistinių medžiagų, jie būtų tvaresni ir patikimesni. Gamtai nykstant, labai svarbu rasti būdų, kaip harmoningiau gyventi mūsų žaliojoje planetoje.

Šis straipsnis iš pradžių buvo paskelbtas Pokalbis Aleksandras Bowlesas Bristolio universitetas. Skaityti originalus straipsnis čia.

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.