Как ранние растения научились жить на суше: преодоление эволюционного барьера

Переход растений из воды на сушу потребовал серьёзных адаптаций к новой «враждебной» среде. Этот процесс, в свою очередь, изменил глобальный климат и атмосферу, сделав их более пригодными для жизни. Новое исследование предлагает учитывать эволюционные данные в моделях глобального углеродного цикла.

Работа доктора Линды Грэм и её коллег из Университета Висконсина в Мэдисоне сосредоточена на этом переходе и адаптивных изменениях в усвоении углеродных соединений, таких как сахара. Исследование опубликовано в сентябрьском выпуске American Journal of Botany.

Все растения произошли от группы зелёных водорослей. Ближайшие современные родственники первых наземных растений — бриофиты (мхи и др.). Сравнив зелёные водоросли и бриофиты, учёные выяснили, какие эволюционные барьеры пришлось преодолеть растениям.

Ключевое открытие: миксотрофия у мхов

Исследователи количественно сравнили рост в ответ на внешние сахара у двух зелёных водорослей (Cylindrocystis brebissoni и Mougeotia sp.) и одного вида сфагнового мха (Sphagnum compactum).

Результаты:

• У сфагнового мха поглощение сахаров не ограничивалось продуктами фотосинтеза.
• Добавление сахаров в питательную среду увеличило биомассу мха почти в 40 раз.
• Эта способность использовать сахара не только от фотосинтеза, но и из окружающей среды называется миксотрофией. Ранее не считалось, что она играет значительную роль в росте мхов.
• Зелёные водоросли также реагировали на внешний сахар, но слабее, чем мох.

«Сфагновые мхи хранят большой процент глобального почвенного углерода, помогая стабилизировать химический состав атмосферы Земли и климат», — заявила Линда Грэм.

Значение для глобального углеродного цикла

Это открытие имеет далеко идущие последствия. Предыдущие работы, изучавшие реакцию мхов на доступность углерода, предполагали, что CO₂ был единственным источником углерода для сфагновых мхов и предковых растений.

Новые результаты показывают, что усилия по моделированию глобальных атмосферных и климатических изменений — как современных, так и происходивших миллионы лет назад во время колонизации суши — должны учитывать миксотрофное поведение рано ответвившихся растений.

Дальнейшие исследования

Учёные планируют продолжить кросс-полушарное сотрудничество (от Висконсина до Канады и Чили), чтобы сравнить биологию сфагновых мхов Северного и Южного полушарий. В частности, они хотели бы глубже изучить роль сахаров в установлении экологически важных микробных симбиозов, особенно азотфиксирующих цианобактерий, живущих со сфагновыми мхами.