Больше века во всех учебниках по ботанике и палеонтологии морские водоросли назывались предками наземных растений, которые внезапно "выпрыгнули" из воды на сушу и буйно там зазеленели. Новая гипотеза датских ученых переворачивает эту схему с ног на голову, предполагая, что водоросли довольно долго эволюционировали на суше, прежде чем смогли породить высшие растения.

 Автором концепции водного происхождения наземных растений считается британский ботаник Фредерик Бауэр (Frederick Orpen Bower). Вероятно, потому, что в изданной в 1908 году книге The Origin of a Land Flora он писал об "изобретении" ранними наземными растениями альтернативного жизненного цикла, в котором спорофит становится платформой для разнообразных эволюционных и экологических адаптаций. С тех пор водное происхождение наземной флоры прочно угнездилось в учебниках и научной литературе.

Первые сомнения появились у палеонтологов в 1980-х годах, но тогда ученым было недостаточно аргументов – окаменелости растений тех далеких времен представлены главным образом спорами, по которым довольно сложно судить о строении самих растений. Однако теперь Джеспер Харольт (Jesper Harholt) из датской Carlsberg Laboratory, Эйвинд Моструп (Ojvind Moestrup) и Питер Ульвсков (Peter Ulvskov) из университета Копенгагена нашли новые доказательства, поддерживающие позицию скептиков.

Все началось с того, что Харольт и Ульсков изучали эволюцию клеточной стенки растений, считающуюся одним из ключевых приспособлений к жизни на суше. Именно твердые и прочные клеточные стенки создают силовой каркас, поддерживающий растение в вертикальном положении и позволяющий ему использовать все преимущества трехмерной геометрии.

"Мы поняли, что некоторые водоросли обладают столь же сложными клеточными стенками, что и наземные растения. Это показалось нам довольно необычным для древних водорослей, которые якобы росли в воде, – рассказал Харольт. – Тогда мы начали искать другие факты, которые поддерживали бы идею о том, что водоросли сперва освоили сушу, и лишь затем превратились в наземные растения".

К своей работе они привлекли известного эксперта по водорослям Мострупа, после чего обнаружили у водорослей структуры (или точнее – их отсутствие), которые трудно объяснить жизнью в воде. В частности, некоторые зеленые водоросли начисто утратили жгутик – орган, обеспечивавший их подвижность в жидких средах. А практически все водоросли, приходящиеся ближайшими родственниками наземным растениям, потеряли еще и глазок, помогавший определять наиболее хорошо освещенные участки.

Более того, опубликованный в 2014 году анализ генотипа растения Klebsormidium показал, что эта зеленая водоросль обладает генами наземной флоры, ответственными за переносимость яркого света и засушливых условий среды. При этом гены однозначно указывают, что эти качества были получены по наследству, а не выработаны конвергентно.

"Благодаря всем этим генетическим и морфологическим данным становится очень трудно объяснить с эволюционной точки зрения, как водоросли прошли весь путь к наземным растениям, все время оставаясь в воде? – отметил Ульвсков. – Мы должны перевернуть старую гипотезу вверх ногами, и сегодня у нас есть все необходимые для этого доказательства".

Правда, новая гипотеза пока весьма уязвима для критики. Согласно тому же генетическому анализу, для формирования надежно функционирующей в сухопутных условиях клеточной стенки растению нужно порядка 250 новых генов. Как оказавшиеся в достаточно экстремальных условиях организмы за не слишком долгий срок смогли ими обзавестись? Датские исследователи полагают, что процесс происходил на прибрежных песчаных пляжах, где рыхлый субстрат после регулярных дождей служил источником необходимой нежным водорослям влажности.

"Странным для меня является то, что если эти зеленые водоросли были фактически наземные на протяжении длительного времени, как получилось, что их так мало вокруг нас? – называет следующее слабое место гипотезы Моструп. – Может быть, их постоянно вытесняют одноклеточные конкуренты, или, возможно, в один прекрасный день мы все же найдем больше зеленых водорослей этой эволюционной линии".

Источник: PaleoNews

Объединение цианобактерий с хозяйской клеткой, которое привело к образованию хлоропластов, происходило при участии третьего участника — паразитической бактерии, осуществлявшей перенос генов между симбионтами.

Водоросль-глаукофит Cyanophora paradoxa (фото cuplantdiversity)Считается, что растения и водоросли произошли в результате объединения каких-то древних эукариотических клеток и цианобактерий. Цианобактерии обладали способностью к фотосинтезу и служили пищей другим древнейшим одноклеточным. В какой-то момент хищники перестали съедать пойманные цианобактерии, оставляя их жить внутри себя. Постепенно отношения «хищник — жертва» превратились в отношения между симбионтами, и в конце концов цианобактерии превратились в хлоропласты — фотосинтезирующие органы, которые есть у всех современных растений и водорослей.

Исследователи из Университета Ратджерса (США) полагают, что объединение цианобактерий и древних эукариот не обошлось без участия третьей стороны — некоей паразитической бактерии, подобной современным хламидиям. В статье, опубликованной в журнале Science, авторы сообщают о результатах анализа генома глаукофитов — небольшой группы зелёных водорослей, состоящей всего из 13 видов. Эти водоросли числятся среди «живых ископаемых»: считается, что они обладают наименее «одомашненной» версией цианобактерий. Для их пластид придумали даже специальное название — цианеллы.

Глаукофиты демонстрируют нам, как происходило объединение цианобактерий и их хозяев. У глаукофитов есть белки, необходимые для синтеза крахмала, переноса хлоропластных белков и других биохимических процессов, общих для растений и водорослей. Но при этом у них нет собственных генов, которые нужны для транспорта синтезированных питательных веществ из цианобактерий-пластид. Авторы статьи утверждают, что им удалось найти генетические следы третьего симбионта — паразитической бактерии, чьи гены оказались необходимы для осуществления связи между хозяйской клеткой и цианобактерией.

Обмен генами между тремя участниками позволил создать хлоропласт, которым водоросли и растения пользуются и поныне. Скорее всего, некоторые гены цианобактерий, которые до сих пор сохраняются у цианелл глаукофитов, впоследствии перешли в клеточное ядро при посредничестве бактерии-паразита. Растения должны были принять в свои гены «сожителей», чтобы научиться управлять формирующимся органом. Гипотеза о том, что современные растения представляют собой химеры из нескольких предков, уже выдвигалась в 1960-х годах, но получить аргументы в её пользу смогли только сейчас. Что до причин, которые заставили древних одноклеточных эукариот предложить бактериям симбиоз, то о них остаётся только гадать. Возможно, как полагают учёные, 1,6 млрд лет назад резко сократилось количество пищи, и голодающим одноклеточным хищникам пришлось подумать о смене стратегии выживания.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА