Что миллиард лет сосуществования может рассказать нам об эволюции растений и грибов?
До 800 миллионов лет назад на земле не существовало ни растений, ни грибов , что является удивительным явлением, учитывая их нынешнее огромное биологическое разнообразие, доминирование в экосистемах и воздействие на окружающую среду.
Почетный профессор Технологии Вирджинии Хидир Хилу вместе с командой из 13 исследователей, обладающих дополнительными знаниями в области ботаники, микологии, палеонтологии и биоинформатики, объединили свои усилия для решения этого вопроса в крупномасштабном исследовании, опубликованном в Nature Communications .
«Движение растений и грибов на сушу необратимо изменило нашу планету и сформировало их собственное биологическое разнообразие, а также биологическое разнообразие», — сказал Хилу, почетный профессор факультета биологических наук в Колледже наук. «Наши исследования показывают, что успешное вторжение растений и грибов в землю было результатом коэволюционного взаимодействия между этими двумя странами, которые увеличили их биоразнообразие. Эти результаты являются своевременными, учитывая текущие проблемы изменения климата и заметные вымирания, с которыми сталкиваются растения и животные, и влияние на нашей планете «.
Авторы отметили, что хотя взаимодействия между грибами и растениями, включая паразитизм, взаимность (полезные для обоих организмов) и сапротрофию (получение питательных веществ из мертвых частей растения), использовались в качестве ключевых механизмов их успеха, никто не исследовал современные эволюционные события на протяжении всей своей истории.
В этой статье авторы методологически исследовали эволюцию растений и грибов в многоплановом подходе, используя молекулярные и биоинформационные методы. Сначала они установили надежные филогении или эволюционные истории для растений и грибов независимо с использованием данных о последовательностях генов, полученных в их лабораториях или полученных из хранилищ последовательностей геномов.
Затем они оценили эволюционные даты расхождения линий растений и грибов, используя как генные мутации, так и надежные записи окаменелостей. Затем они вычислили основные сдвиги в уровнях диверсификации основных линий в двух королевствах независимо друг от друга. После того, как эти исследования были завершены, полученные филогенетические отношения для растений и грибов были выровнены по одной и той же геологической шкале времени, что позволило исследователям точно определить происхождение различных ключевых событий, связанных с развитием растений и грибков, в частности симбиотических отношений и разложения растений. грибами. Они заметили резкие сдвиги в показателях диверсификации в двух королевствах, которые убедительно показали коэволюцию растений и грибов и взаимозависимость на протяжении всей их долгой истории.
Авторы сообщают, что грибковая колонизация суши была связана с двумя наземными зелеными водорослями, которые предшествовали происхождению наземных растений, и способствовали им. Это совпало с потерей, ок. 720 миллионов лет назад, грибкового жгутика, похожего на ресницы придатка, который помогает грибам плавать в воде.
И наоборот, спустя много миллионов лет, во время палеозойской эры, успешной колонизации земли линией, которая в конечном итоге привела к появлению всех наземных растений, живущих сегодня, вероятно, способствовали грибки, в частности, благодаря грибковому заселению клеток самых ранних наземных растений, способствуя взаимному развитию. что было ключом к успеху растений и грибов на суше.
Одним из важных биологических, экологических и экологических событий на Земле является происхождение и первоначальная диверсификация линии, содержащей все растения, которые несут семена. Семенные растения, которые включают хвойные и цветущие растения, появились в силурийский период около 436 миллионов лет назад. Примечательно, что одной из отличительных черт этой линии растений было наличие особого типа клеточного деления, которое породило древесину. Это привело к эволюции крупных 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 способностью переваривать структурный полимерный лигнин и целлюлозу клеточных стенок растений. Эта эволюционная новинка сыграла важную роль в переработке органических веществ, что привело к сохранению лесной системы. Происхождение и ранняя диверсификация линии семенных растений, в свою очередь, сопровождалась эволюцией самых больших классов грибов, Agaricomycetes.
Похоже, что происхождение эктомикоризных грибов (грибов, связанных внешне с корнями растений) произошло в результате ряда эволюционных инноваций в растениях, включая происхождение древесины, семян и корней. Эти последовательные эволюционные события сыграли решающую роль в содействии диверсификации, ведущей к существующим семенным растениям, включая конусоносные растения, такие как сосны, ели, девичьи волосы и саговники, а также цветущие растения и их распространение в более сухих условиях.
Последняя группа, помимо включения большинства живых видов растений и основных экосистем, таких как леса и луга, также охватывает поразительное разнообразие по форме и функциям и обеспечивает почти все наши пищевые растения. Эктомикоризные грибы образуют симбиотические отношения с растениями и могут создавать 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 отдельно; однако, это исследование ясно демонстрирует, что их соответствующие эволюционные истории глубоко взаимосвязаны и могут быть поняты только через одновременное изучение их филогении в течение надежного периода времени.
Ожидается, что то же самое будет справедливо в отношении эволюции животного мира , группы, сильно зависящей от фотоавтотрофных растений, а также от микроорганизмов в целом.
