Растения стали сложными за два всплеска - с перерывом в 250 млн лет

Исследование, проведенное под руководством ученых Стэнфордского университета, показывает, что вместо того, чтобы эволюционировать постепенно в течение сотен миллионов лет, наземные растения претерпели серьезную диверсификацию за два драматических всплеска, отстоящих друг от друга на 250 миллионов лет. Первый произошел в начале истории растений, положив начало развитию семян, а второй - во время диверсификации цветковых растений.

В исследовании используется новая, но простая метрика для классификации сложности растений на основе расположения и количества основных частей в их репродуктивных структурах. Хотя ученые долгое время предполагали, что растения стали более сложными с появлением семян и цветов, новые результаты, опубликованные сегодня в журнале Science, дают представление о времени и величине этих изменений.

«Самым удивительным является такой застой, это плато сложности после первоначальной эволюции семян, а затем полное изменение, которое произошло, когда цветущие растения начали диверсифицироваться», - сказал ведущий автор исследования Эндрю Лесли, доцент геологических наук в Стэнфордском университете. Репродуктивные структуры у всех этих растений выглядят по-разному, но все они имеют примерно одинаковое количество частей во время этого застоя.

Цветы более разнообразны, чем любая другая группа растений, а также более сложные. И эта сложность мешает ученым сравнивать цветковые растения с растениями с более простыми репродуктивными системами, такими как папоротники или некоторые хвойные деревья. В результате ботаники давно сосредоточились на характеристиках внутри семейных групп и обычно изучают эволюцию нецветущих растений отдельно от их более сложных цветковых родственников.

Лесли и его соавторы преодолели эти различия, разработав систему, которая классифицирует количество различных видов частей в репродуктивных структурах только на основе наблюдений. Каждый вид оценивался в зависимости от того, сколько типов частей у него есть, и степени, в которой он демонстрирует кластеризацию этих частей. Они классифицировали около 1300 видов наземных растений примерно с 420 миллионов лет назад до настоящего времени.

«Это довольно простая история репродуктивной эволюции растений с точки зрения формы и функций: чем больше функций имеют растения и чем они более специфичны, тем больше у них частей. Это полезный способ размышления о широкомасштабных изменениях, охватывающих всю историю завода» - сказал Лесли.

Когда наземные растения впервые разнообразились в раннем девоне, примерно 420–360 миллионов лет назад, Земля была более теплым миром, лишенным деревьев и наземных позвоночных животных. Паукообразные бродили по земле среди невысоких пятнистых растений, а самым высоким наземным организмом был 6-метровый гриб, напоминающий ствол дерева. После девона в животном мире произошли огромные изменения: появились разнообразные насекомые, наземные животные стали крупнее, появились динозавры, но растения не заметили серьезных изменений в репродуктивной сложности до тех пор, пока у них не появились цветы.

Опыление насекомыми и распространение семян животных, возможно, появились уже 300 миллионов лет назад, но только в последние 100 миллионов лет эти действительно сложные взаимодействия с опылителями привели к сверхвысокой сложности цветковых растений, поясняют ученые. Был такой долгий период времени, когда растения могли взаимодействовать с насекомыми так же, как сейчас цветущие растения, но не с такой же степенью сложности.

В позднем меловом периоде, примерно от 100 до 66 миллионов лет назад, Земля уже больше была похожа на ту планету, которая есть сейчас. По словам Лесли, второй всплеск сложности был более драматичным, чем первый, подчеркивая уникальную природу цветущих растений. В этот период появились такие растения, как пассифлора, у которого может быть 20 различных типов частей, что более чем в два раза превышает их количество у нецветущих растений.

Исследователи классифицировали 472 вида растений, причем в этот анализ включены сосудистые наземные растения - все, кроме мхов и нескольких ранних растений, у которых отсутствует поддерживающая ткань для проведения воды и минералов. Ученые поясняют, что эта классификация отражает их функциональное разнообразие.