Растения пережили удар астероида, убившего динозавров, благодаря удвоению геномов — исследование
Растения пережили удар астероида, уничтожившего динозавров, за счет удвоения собственных геномов — к такому выводу пришла международная группа биологов, опубликовавшая работу в журнале Cell. Анализ 470 видов цветковых растений показал, что всплески полиплоидизации (удвоения полного набора хромосом) приходятся именно на периоды глобальных климатических катастроф и массовых вымираний.
Авторы исследования из Гентского университета и других научных центров под руководством Хенгчи Чена и Ива Ван де Пеера датировали 132 древних события удвоения генома у цветковых растений за последние 120 млн лет. Эти события распределены неслучайно — они образуют отчетливые волны, которые совпадают со среднемиоценовым похолоданием (около 14 млн лет назад), эоцен-олигоценовым переходом (около 35 млн лет назад), палеоцен-эоценовым термическим максимумом (около 55 млн лет назад), мел-палеогеновым вымиранием (66 млн лет назад) и несколькими периодами кислородного голодания океана более ранних эпох.
Полиплоидия — явление, при котором организм получает дополнительные копии всех своих хромосом, оно давно известно биологам как один из главных механизмов видообразования у растений. Около трети всех современных видов растений возникли именно так. Однако ученые не могли объяснить парадокс: новых полиплоидов появляется очень много, а вот древних, переживших миллионы лет, удивительно мало. До сих пор считалось, что полиплоидия чаще всего ведет в эволюционный тупик, поскольку удвоенные геномы создают проблемы с делением клеток, ростом и совместимостью с обычными родственными видами.
Новое исследование показывает, что в эпохи стабилизации полиплоиды действительно проигрывают конкуренцию обычным растениям и постепенно исчезают. Но в моменты резких изменений среды все меняется. Удвоенные геномы дают растениям увеличенный размер клеток, повышенную устойчивость к засухе и засолению, а также избыточный генетический материал, из которого эволюция может «лепить» новые функции. В условиях экологического хаоса, когда обычные конкуренты массово вымирают, полиплоиды получают шанс закрепиться надолго. Ранее ученые уже выясняли, как растения переживают катастрофы, — например, плауны спаслись от пермско-триасового вымирания 252 млн лет назад благодаря особому ночному фотосинтезу.
Самая мощная волна удвоений геномов произошла около 73 млн лет назад, незадолго до падения астероида. Авторы предполагают, что именно эти ранние полиплоиды получили преимущество, позволившее их потомкам пережить последовавшую серию катастроф — извержения Деканских траппов, потепление в конце мелового периода и удар астероида у побережья нынешней Мексики, который уничтожил нептицеподобных динозавров. Сам мел-палеогеновый рубеж в новом исследовании оказался не самым драматичным событием для растений, как считалось раньше, — пик вымираний цветковых на этой границе оказался самым слабым из пяти вымираний, выявленных в палеонтологической летописи.
Ученые отмечают, что их вывод имеет прямое отношение к современности. Антропоцен — эпоха, в которую человек радикально меняет климат и экосистемы планеты, — по своим параметрам сопоставим с прошлыми периодами «великих потрясений». Это значит, что прямо сейчас, скорее всего, формируется очередная волна полиплоидизации, плоды которой проявятся через миллионы лет. Какие именно растения станут «надеждой» новой эпохи и какие удвоенные геномы окажутся в выигрыше, пока неизвестно — но эволюция, по всей видимости, уже запустила этот механизм, пишут исследователи.