Что может рассказать нам миллиард лет сосуществования об эволюции растений и грибов?
Ни растения, ни грибы не существовали на земле до 800 миллионов лет назад, удивительное явление, учитывая их нынешнее огромное биоразнообразие, доминирующее положение в экосистеме и воздействие на окружающую среду.
Заслуженный профессор Технологического института Вирджинии Хидир Хилу вместе с командой из 13 исследователей, обладающих дополнительными знаниями в области ботаники, микологии, палеонтологии и биоинформатики, объединили усилия для решения этого вопроса в крупномасштабном исследовании, опубликованном в Nature Communications.
«Перемещение растений и грибов на сушу необратимо изменило нашу планету физически и сформировало их собственное биоразнообразие, а также биоразнообразие животного мира», - сказал Хилу, почетный профессор кафедры биологических наук в Колледже Наука. «Наше исследование показывает, что успешное вторжение растений и грибов на сушу было результатом коэволюционного взаимодействия между ними, которое увеличило их биоразнообразие. на нашей планете."
Авторы отметили, что, хотя взаимодействия между грибами и растениями, включая паразитизм, мутуализм (полезный для обоих организмов) и сапротрофию (получение питательных веществ из мертвых частей растений), использовались в качестве ключевых механизмов их успеха, никто исследовал одновременные эволюционные события на протяжении всей своей истории.
В этой статье авторы методологически исследовали эволюцию растений и грибов в комплексном подходе с использованием молекулярных и биоинформационных методов. Сначала они установили надежную филогению, или эволюционную историю, для растений и грибов независимо друг от друга, используя данные о последовательностях генов, полученные в их лабораториях или полученные из репозиториев последовательностей геномов.
Затем они оценили даты эволюционного расхождения линий растений и грибов, используя как генные мутации, так и надежные записи окаменелостей. Затем они независимо рассчитали основные сдвиги в темпах диверсификации основных родословных в двух королевствах. После того, как эти исследования были завершены, полученные филогенетические отношения для растений и грибов были выровнены в одной геологической шкале времени, что позволило исследователям точно определить происхождение различных ключевых событий совместной эволюции растений и грибов, в частности, симбиотических отношений и разложения растений. грибами. Они заметили резкие сдвиги в темпах диверсификации в двух царствах, которые убедительно показали совместную эволюцию и взаимозависимость растений и грибов на протяжении их долгой истории.
Авторы сообщили, что грибковая колонизация земли была связана и способствовала как минимум двум возникновениям наземных зеленых водорослей, которые предшествовали возникновению наземных растений. Это совпало с потерей ок. 720 миллионов лет назад, из жгутика грибов, плетеобразного придатка, который помогает грибам плавать в воде.
Наоборот, много миллионов лет спустя, в палеозойскую эру, успешной колонизации земли представителями рода, которые в конечном итоге дали начало всем наземным растениям, живущим сегодня, вероятно, способствовали грибы, в частности, за счет грибкового заселения клеток самой ранней земли. растений, способствуя взаимопониманию, которое было ключом к успеху растений и грибов на суше.
Одним из значительных биологических, экологических и экологических событий на Земле является происхождение и первоначальное разнообразие линии, содержащей все растения, которые приносят семена. Семенные растения, в том числе хвойные и цветковые, появились в силурийский период около 436 миллионов лет назад. Примечательно, что одной из отличительных черт этой линии растений было наличие особого типа клеточного деления, давшего начало дереву. Это привело к эволюции больших древесных деревьев, что, в свою очередь, привело к созданию первых внутренних лесов на основе богатой лигнином древесины в качестве основы.
Такой шаг не мог бы быть успешным без связанной эволюции с грибами и их способности переваривать структурный полимер лигнин и целлюлозу клеточных стенок растений. Эта эволюционная новинка сыграла важную роль в переработке органических веществ, что привело к сохранению лесной системы. За происхождением и ранней диверсификацией линии семенных растений, в свою очередь, последовала эволюция крупнейших классов грибов - агарикомицетов.
Происхождение эктомикоризных грибов (грибов, связанных снаружи с корнями растений), по-видимому, произошло в результате ряда эволюционных нововведений в растениях, включая происхождение древесины, семян и корней. Эти последовательные эволюционные события сыграли решающую роль в содействии диверсификации, ведущей к появлению существующих семенных растений, в том числе растений с шишками, таких как сосны, ели, адиантум и саговники, а также цветковых растений и их распространению в более засушливых средах.
Последняя группа, в дополнение к большинству живых видов растений и основных экосистем, таких как леса и пастбища, также включает в себя поразительное разнообразие форм и функций и обеспечивает почти все наши пищевые растения. Эктомикоризные грибы образуют симбиотические отношения с растениями и могут образовывать сети вокруг корней растений, помогая поглощать воду и питательные вещества, часто помогая растению-хозяину пережить неблагоприятные погодные условия.
Макроэволюция растений и грибов изучалась в основном раздельно; тем не менее, это исследование ясно демонстрирует, что их соответствующие эволюционные истории глубоко взаимосвязаны и могут быть поняты только посредством одновременного изучения их филогении в пределах надежных временных рамок.
Ожидается, что то же самое будет справедливо и для эволюции животного царства, группы, сильно зависящей от фотоавтотрофных растений, а также микроорганизмов в целом.