Videnskabsfolk løser endelig Charles Darwins 'Afskyelige Mysterie'

I mange år blev Charles Darwin hjemsøgt af blomster. I 1859 offentliggjorde naturforskeren sit mest berømte arbejde, Om artens oprindelse, den bog, der generelt betragtes som grundlaget for evolutionær biologi. Men 20 år senere blev han stadig foruroliget af en stor ting: Hvor pokker kom alle blomster fra? I et brev til botanikeren Joseph Dalton Hooker i 1879 kaldte Darwin dette problem som et "afskyeligt mysterium." Det kunne måske lyve dumt, men Darwin kunne virkelig ikke forklare, hvordan blomstrende planter - kendt som angiospermer - var steget til dominans så hurtigt over de mere primitive angiospermer - en gruppe der omfatter fyrretræer og palmer.

Den fossile rekord viser os, at omkring 100 millioner år siden, i løbet af kridtperioden, kom et stort udvalg af angiospermer på scenen og erstattede gymnospermer som den dominerende type plante på Jorden. Denne pludselige overflod af planter - forfædrene af moderne lavendel, hvede, roser, magnolias, tusindfryd og så videre - strider imod Darwins teori om, at nye arter opstår meget langsomt over tid som et resultat af selektive pres. Nuværende hypoteser tyder på, at de fleste angiospermer udviklede sig sammen med insekterne eller andre dyr, der pollinerer dem, uden hvilke det ikke er muligt for planterne at producere frøbærende frugter. Men disse hypoteser forklarer ikke den episke boom i gamle angiospermer.

I et papir udgivet torsdag i tidsskriftet PLOS biologi, et par forskere foreslog et svar på det uhyggelige mysterium om hvorfor angiospermer erstattede gymnospermer så abrupt. Kevin Simonin, en assisterende professor i økologi og evolution ved San Francisco State University og Adam Roddy fremlægger bevis for, at det hele kommer ned på effektiviteten af ​​celler. Hemmeligheden med angiospermernes succes, siger de, er en hurtig nedskæring af plantens celler, der begynder for omkring 140 millioner år siden. Denne nedskæring øgede deres effektivitet dramatisk. Når angiospermer blev så meget mere effektive, var deres dominans over jordbaserede økosystemer kun et spørgsmål om tid.

Forskerholdet ankom til denne konklusion ved at undersøge den relative størrelse af genomerne i angiospermer og gymnospermer og derefter sammenligne disse tal med planternes kuldioxidindfangningskapacitet og flydende overføringseffektivitet. Cellestørrelser kan variere meget på grund af forskellige faktorer, men genomstørrelse er en stærk forudsigelse af cellestørrelse. Derfor konkluderede de, at et mindre genom betyder en mindre celle - og derfor kan flere celler pakkes ind i samme mængde væv, hvilket gør det muligt for en plante at optage mere kuldioxid og vand og derved producere flere kulhydrater, der giver energi og drev vækst.

Fotosyntese er også en stor del af dette billede, da vi som alle ved, har brug for sollys til at skifte vand og kuldioxid i kulhydrater. Tidligere undersøgelser har fastslået, at de højere fotosyntetiske evner hos angiospermer hjalp dem med at vokse meget hurtigere end deres gymnosperm-fætre, men denne nye undersøgelse viser os hvordan angiospermer opnåede dette høje effektivitetsniveau.

Så selvom coevolution med pollinatorer spillede en stor rolle i de specifikke mekanismer for angiosperm evolution, siger Simonin og Roddy, at der er noget fælles for alle disse planter, noget grundlæggende for deres biofysiske arkitektur, der gjorde dem i stand til at overtage verden. Måske vil denne forskning sætte Darwins sind til ro. Men mere sandsynligt ville han bare have nye spørgsmål.

Abstrakt: Den pludselige oprindelse og den hurtige diversificering af blomstrende planter under krigen er længe blevet betragtet som et "afskyeligt mysterium." Mens årsagen til deres store mangfoldighed i høj grad er henført til sammenfald med pollinatorer og plantelevende dyr, deres evne til at udkonkurrere de tidligere dominerende bregner og gymnospermer har været genstand for mange hypoteser. Fælles blandt disse er, at angiospermerne alene udviklede blade med mindre, mere talrige stomata og mere stærkt forgrenende venationsnetværk, der muliggør højere transpirationshastigheder, fotosyntese og vækst. Men hvordan angiospermer pakker deres blade med mindre, mere rigelige stomata, og flere vener er ukendte, men forbundet - vi viser - til simple biofysiske begrænsninger på cellestørrelse. Kun angiosperm lineages gennemgik hurtigt genom nedskæring i den tidlige kridtperiode, hvilket lette reduktionerne i cellestørrelse, der var nødvendige for at pakke flere årer og stomata ind i deres blade, hvilket effektivt bringer den faktiske primære produktivitet tættere på sit maksimale potentiale. Således er angiospermernes øgede konkurrenceevner på grund af, at der ikke er nogen mindre rolle for nedbringelse af genomet.