Цветы могут быть более древними, чем динозавры

Фото из открытых источников

Цветы могут выглядеть нежными, но цветковые растения, которые ученые называют покрытосеменными, являются одними из самых успешных эволюционных организмов на планете. Насчитывая более 350 000 известных видов, они доминируют в экологической системе, формируют пищевые сети и играют жизненно важную роль в производстве кислорода. Кроме того, многие из них являются ценными товарными культурами.

Задумывались ли вы когда-нибудь, когда впервые появились цветы и что происходило на протяжении миллионов лет эволюции при выращивании этих прекрасных видов? Недавние исследования привносят новое понимание в эту давнюю дискуссию среди ученых.

Говоря об окаменелостях, обычно подразумевают динозавры и аммониты — существа с костями или твердыми панцирями, которые сохранились в породе, несмотря на огромные геологические изменения. Но цветы с хрупкими лепестками и крошечной пыльцой также можно сохранить, запечатав в янтаре, кристаллизовав или обуглив.

Как правило, наиболее убедительные ископаемые свидетельства относятся к раннему меловому периоду (около 132 миллионов лет назад). Однако самые ранние свидетельства существования цветочного бутона имеют юрское происхождение (около 164 миллионов лет назад). Он называется Florigerminis jurassica и был найден в Китае. Но не все ученые согласны с тем, что это покрытосеменные растения, из-за разных определений органов цветка.

Цветы можно сохранить в поразительных деталях. Капающий древесный сок и смола окаменели лепестки и пыльцу ископаемого цветка в хвойном лесу Балтии около 34–38 миллионов лет назад. Это самый крупный известный ископаемый цветок, сохранившийся из янтаря, размером около 3 см в поперечнике и примерно в три раза больше, чем большинство цветочных окаменелостей, демонстрирующий красивые детали этого древнего цветка.

Время эволюции цветов до сих пор является предметом споров между учеными, но большинство ученых принадлежат к одному из двух лагерей: юрскому или меловому периоду.

Анализ с использованием молекулярных данных (ДНК или белковых последовательностей) предполагает, что цветы могли быть намного старше, чем показывают летописи окаменелостей — юрского периода (145 миллионов лет назад) или даже триасового происхождения (201 миллион лет назад).

Организмы из разных основных клад (групп организмов, произошедших от общего предка) могут сходиться по мере эволюции. Но учёные не всегда сходятся во мнении относительно того, какие организмы к какой эволюционной линии принадлежат. Итак, нам нужно объединить всю имеющуюся у нас информацию, чтобы получить более детальное понимание эволюции цветов.

Ученым важно знать, когда и как впервые появились цветковые растения и когда они отделились от других растений. Это поможет нам понять, как покрытосеменные адаптируются к различным средам обитания, их взаимодействие с другими организмами и их реакцию на крупные геологические события, такие как изменение климата и массовое вымирание.

Одним из методов, которые ученые используют для определения времени эволюционных событий, являются «молекулярные часы». Эта концепция возникла из понимания того, что генетические мутации имеют тенденцию накапливаться с постоянной скоростью как во времени, так и в зависимости от вида. Скорость мутаций можно сравнить с постоянным тиканием часов.

Вариации в последовательностях генов между разными видами могут помочь ученым определить, когда они отошли от общего предка. Чтобы построить молекулярные часы, исследователи анализируют сегменты генов, которые сохранялись на протяжении всей эволюции вида.

Например, исследователи могут оценить, когда современные покрытосеменные растения и их ближайшие родственники, такие как голосеменные, разошлись, сравнивая их ДНК. Хвойные деревья являются примером голосеменных. Ученые также могут оценить, насколько далеки родственные связи между двумя видами покрытосеменных, сравнивая их ДНК.

Физические характеристики также могут многое рассказать нам о ранней эволюции цветов. Ученые исследуют ископаемые растения и наблюдают постепенные изменения в таких структурах, как листья, цветы и семена, с течением времени. Сравнение их анатомии позволяет исследователям выявить сходства и различия между вымершими и ныне живущими видами или видами, принадлежащими к разным кладам.

Однако этот подход имеет ограничения. Биологические черты, которые кажутся схожими, могут быть результатом конвергентной эволюции, что указывает на изменения характеристик для адаптации к окружающей среде, а не на генетическое сходство.

Например, плавники китов и рыб эволюционировали независимо для плавания. Эти плавники могут сделать их похожими, но они даже не относятся к одному и тому же эволюционному классу: киты — млекопитающие, а рыбы — нет. Точно так же крылья птиц, летучих мышей и некоторых насекомых, таких как бабочки, развили способность летать, но у них есть огромные различия в анатомии и генах.

Существует также математический подход к оценке возраста покрытосеменных растений, например, с использованием метода Байесовского броуновского моста (BBB). Эта статистическая модель представляет собой научную формулу, которая использует распределение окаменелостей во времени для оценки возраста группы.

Используя метод BBB, международная исследовательская группа обнаружила, что происхождение покрытосеменных растений подтверждает гипотезу домелового периода. Это означает, что цветы, возможно, развивались вместе с динозаврами и пережили их.

Это открытие также подтверждает гипотезу Чарльза Дарвина о цветах — о том, что они быстро изменились в меловой период. Проект показал, что траектория эволюции покрытосеменных имела заметное увеличение накопления линий (то есть в ветвях семьи наблюдалось заметное увеличение количества новых семейств) между 125 и 72 миллионами лет назад.

Понимание происхождения покрытосеменных растений дает ученым ценную информацию о сложной паутине жизни на нашей планете. Это также может направлять усилия в области сельского хозяйства и охраны окружающей среды. Итак, в следующий раз, когда вы будете восхищаться ярким цветком или наслаждаться сочным фруктом, помните, что история покрытосеменных растений — это история устойчивости, адаптации и красоты, большая часть которых еще ждет своего открытия.