Учени откриха скрита защита в растенията

Някои растения имат необичайна генетична характеристика, която може да им е помогнала да оцелеят при климатичните катастрофи в продължение на милиони години. Статия в NPR за растителната полиплоидия предполага, че допълнителните набори от хромозоми може да действат като еволюционен „резервен план“.

Това откритие е необичайно, защото повечето животни имат два набора от хромозоми, докато много растения могат да имат три, четири, шест или дори осем. Това е важно за науката, тъй като тази особеност би могла да обясни защо цъфтящите растения многократно са оцелявали след глобални кризи и как биха могли да реагират на съвременното затопляне.

Какво представлява това явление?

Полиплоидията е състояние, при което клетките на организма имат повече от два комплекта хромозоми, както е при хората. С прости думи, растението получава не една „инструкция за самоизграждане“, а няколко копия на цялата инструкция.

За животните подобна промяна често е проблем. Но растенията са се доказали като много по-гъвкави. Те могат да претърпят дублиране на генома и понякога дори да се възползват от това: по-големи плодове, по-добра устойчивост на студ, суша или други стресови ситуации.

Ето защо много култивирани растения са полиплоидни. Ягодите, например, могат да имат осем комплекта хромозоми, докато пшеницата може да има шест. Такова „генетично излишество“ не гарантира оцеляване, но дава на еволюцията повече материал за експериментиране.

Какви са детайлите?

Ново проучване, публикувано в списание Cell, показва, че дубликатите на целия геном при цъфтящите растения не са били произволно разпръснати през историята. Вместо това, те често са съвпадали с периодите на големи екологични натоварвания.

Екип, ръководен от Хенчи Чен и биолога Ив Ван де Пиър от университета в Гент, е изградил голям геномен набор от данни за 470 покритосеменни растения и е датирал 132 древни събития на дублиране на целия геном.

Най-интересното тук е, че тези събития са образували няколко вълни. Те съвпадат с периоди като измирането през периода Креда-Палеоген преди 66 милиона години, термалния максимум през Палеоцена-Еоцена, прехода през Еоцен-Олигоцен, климатичните смущения през Средния Миоцен и океанските аноксични събития.

Какво показват новите наблюдения?

Основният извод от изследването е прост и същевременно поразителен: растенията с дублирани геноми може би са имали по-голям шанс за оцеляване по време на екологичен хаос. Когато климатът се промени драстично, обичайната генетична схема може да се окаже доста твърда, а допълнителните копия на гените осигуряват пространство за нови решения.

Все едно работите върху важен файл. Ако има само едно копие, всяка грешка може да бъде фатална. Ако има няколко копия, едно може да бъде променено, друго може да бъде запазено, а третото може случайно да стане основа за нещо ново.

Ето как протича еволюцията след дублиране на генома. Едното копие на гена може да продължи да изпълнява старата си функция, докато другото постепенно се променя. Във времена на стабилност това може да бъде допълнително бреме, но във времена на бедствие подобна излишества понякога могат да бъдат предимство.

Изследователите не твърдят, че полиплоидията автоматично спасява всички растения. Тя може да създаде проблеми с размножаването и развитието. Но в дългата история на цъфтящите растения подобни „генетични дубликати“ многократно са се появявали наред с кризи.

Защо това е важно за науката?

Откритието е важно за разбирането как животът оцелява при резки промени на планетата. Когато Земята е претърпяла затопляне, охлаждане, удар на астероид или липса на кислород в океаните, някои растения може да са получили еволюционно предимство именно благодарение на допълнителните копия на гени.

Това има практически последици за съвременния свят. Тъй като климатът се променя бързо, селското стопанство се нуждае от култури, които могат да издържат на жега, суша, нови болести и нестабилни сезони. Полиплоидията може да е един от ключовете за селекцията на такива растения.

Но има едно важно предупреждение. Допълнителните хромозоми не са магически щит срещу климатичната криза. Те само увеличават шанса за адаптация при определени условия. Ако затоплянето настъпи твърде бързо, дори генетично гъвкавите растения може да нямат време да се адаптират.

Подобен проблем се наблюдава и в съвременните гори. Някои дървета са се научили да охлаждат листата си в горещи условия, но не всички видове имат такива наследствени стратегии. Това означава, че бъдещето на екосистемите зависи не само от климата, но и от скрития генетичен потенциал на видовете.