Тайны семени: ключи к эволюции первых цветов
Около 120–130 миллионов лет назад произошло одно из важнейших событий в истории Земли: появились первые цветковые растения, или покрытосеменные. Дарвин называл их возникновение «отвратительной тайной». Учёные до сих пор пытаются разгадать эту загадку происхождения, быстрой диверсификации и доминирования покрытосеменных.
Изучение развития семян и зародышей у ранних покрытосеменных может помочь понять, как они эволюционировали от нецветковых голосеменных. Недавнее исследование доктора Паулы Радалл и коллег, опубликованное в American Journal of Botany, исследует этот вопрос на примере рода Trithuria из семейства Hydatellaceae, считающегося одним из самых ранних семейств покрытосеменных.
Наблюдения и выводы
- Наблюдения за развитием зародыша и эндосперма (ткани, окружающей зародыш и обеспечивающей питание) у Trithuria указывают на наличие двойного оплодотворения — уникальной черты цветковых растений.
- Эндосперм делится на две области: микропилярную и халазальную.
- Клетки микропилярной области многократно делятся, формируя многоклеточный эндосперм.
- Халазальная область образует одноклеточный гаусторий — структуру, поглощающую питательные вещества, которая в итоге дегенерирует, оставляя в семени пустое пространство.
- Эта картина сходна с ситуацией у некоторых кувшинок и однодольных, но отличается от других ранних покрытосеменных, например, Amborella, у которых эндосперм формируется из халазальной области.
Поддержка гипотезы о происхождении эндосперма
Одна из современных гипотез предполагает, что эндосперм возник как «чудовищный проэмбрион», который не развивается в растение. Наблюдения Радалл и коллег поддерживают эту теорию.
«Сравнительные исследования раннего развития эндосперма у современных "базальных" покрытосеменных (включая Trithuria) склонны поддерживать эту теорию, — говорит Радалл, — потому что есть сходства в раннем развитии зародыша и эндосперма. В обоих случаях первое клеточное деление создаёт два различных домена, которые отличаются своим последующим развитием».
У зародыша деления халазальной клетки производят большую его часть, а микропилярная клетка развивается в стебелёк, прикрепляющий зародыш к семенной кожуре. В эндосперме Trithuria халазальный гаусторий, возможно, регулирует раннее развитие эндосперма в микропилярной области, а также облегчает перенос питательных веществ от перисперма (материнской питательной ткани) к зародышу.
Роль эндосперма у ранних покрытосеменных
Результаты исследования проливают свет на возможную роль эндосперма у ранних покрытосеменных.
«Эндосперм Trithuria, хотя и ограничен в размере и запасающей способности, относительно устойчив, — отмечает Радалл. — В сочетании с хорошо развитым периспермом у Trithuria это может указывать на то, что изначальной ролью эндосперма был перенос питательных веществ от перисперма к зародышу, а не функция запасающей ткани».