Близько 600 мільйонів років тому крихітна прісноводна водорість з невідомої нам причини вийшла на сушу. З того часу розпочався довгий еволюційний шлях, який змінив обличчя нашої планети.
Сьогодні вчені намагаються зібрати до купи скам'янілості та геномні дані, які демонструють логіку поступової адаптації перших живих організмів до незвичного їм земного середовища. Водорість спочатку набула спеціалізовані тканини, потім коріння, стеблі й, врешті решт, охайнузувалась листям.
На Землі виникла флора: 198000 видів рослин, з яких каталогізовано 215614.
А за весь період еволюції існувало... не зважаючи на існування проєкту Earth BioGenome, ми навіть приблизно не опишемо кількість можливих видів, починаючи з едіакарського періоду.
"Це була одна з найважливіших подій в історії Землі, - каже еволюційний біолог Панкай Кумар. - Вона не тільки відкрила цілий новий світ для рослин, але й кардинально змінила геологію, клімат та екосистеми по всій планеті".
У міру того, як протягом сотень мільйонів років рослини поширювалися материками, їхній фотосинтез виробляв кисень і поглинав вуглекислий газ, змінюючи атмосферу Землі. Коріння руйнували гірські породи, створюючи перші ґрунти. Новоявлені ліси стабілізували ландшафт і сформували річкові екосистеми.
З часом розвинулись складні життєві цикли, а симбіоз з грибами допомогли справлятися з еволюційними стресами. Виникло майже 400 000 видів наземних рослин, які панують в наш час.
Еволюція адаптацій
Результати дослідження, опубліковані в журналі Evolutionary Biology, проливають світло на адаптації, яких зазнали перші рослини - висихання, сильна спека, ультрафіолетове випромінювання та дефіцит поживних речовин.
Одним з найважливіших нововведень була поява симбіотичних відносин з арбускулярними мікоризними грибами, що дозволило живим організмам підтримувати власний життєвий цикл.
Іншою важливою адаптацією стала поява сигнальних шляхів - абсцизової кислоти (ABA). Вона регулює закриття продихів і стійкість до посухи.
Роль повногеномної дуплікації
Але біологічну революцію зробили повногеномна дуплікація (WGD) та дуплікації генів, що послугували каталізаторами генетичних інновацій у наземних рослинах.
Поліплоїдія, по суті, означає видоутворення. Наприклад, у квіткових рослин вона відіграє роль у 15% випадків.
До речі, родина складноцвітих (Asteraceae), яка налічує понад 25 000 видів, завдячує своєю швидкою диверсифікацією WGD спільних предків.
Від секвенування геному до розуміння біорізноманіття
Такі проекти, як ініціатива 10KP, вже дослідили генетичне різноманіття понад тисячі видів зелених рослин.
Ініціатива "Відкриті зелені геноми" також робить успіхи, створюючи високоякісні збірки геномів 35 спільних рослинних ліній.
Але, мабуть, найсміливішим починанням стане проєкт "Біогеном Землі", в рамках якого планується секвенувати геноми всіх еукаріотичних видів на планеті. Такі монументальні зусилля обіцяють докорінно змінити наше уявлення про еволюцію.
Ми поступово заповнюємо прогалини в теорії, відновлюючи ключову роль стародавньої ДНК та складаючи пазл з чисельних послідовностей. Все завдяки розвитку геноміки як базової біологічної дисципліни.
