Биолог раскрывает тайну происхождения тропических злаков

30–40 миллионов лет назад злаки пережили масштабную эволюционную перестройку. Некоторые растения разработали внутренний механизм для концентрации снижающегося уровня атмосферного CO2, что позволило эффективнее преобразовывать солнечный свет и питательные вещества в энергию.

Доминирование C4-злаков в жарком тропическом климате — общепризнанный факт. Они составляют до 20% растительного покрова планеты. Учёные связывали их расцвет в первую очередь с падением концентрации CO2, но также с тёплыми температурами. Однако новое исследование ставит эту связь под сомнение.

Эволюционный биолог Эрика Эдвардс из Университета Брауна и её коллега Стивен Смит установили, что главным триггером эволюции C4-злаков были осадки, а не температура. Их работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ключевые выводы исследования

  • Роль осадков: Учёные проанализировали базу данных из ~1.1 млн образцов злаков со всего мира, сопоставив их с картами температуры и осадков. Они построили детальное филогенетическое древо для ~1230 видов с секвенированными генами.
  • Анализ переходов: Исследовав 21 ключевой момент эволюционного расхождения C3 и C4 злаков, они обнаружили, что в 18 из 21 случая изменение климата касалось именно количества осадков.
  • Климатические ниши: C3-злаки в тропиках процветали при среднем количестве осадков ~1800 мм/год, а C4-злаки — при ~1200 мм/год. Это переходная зона между тропическими лесами и саваннами.
  • Происхождение в лесу: Авторы предполагают, что C4-злаки, вероятно, уже существовали в тропических лесах, а затем мигрировали в более сухие и солнечные местообитания на окраинах леса, где и завершилось формирование их фотосинтетического пути.

Значение для будущего и другие открытия

  • Влияние изменений климата: Будущее C4-злаков неочевидно. С одной стороны, они могут получить преимущество в регионах, где прогнозируется снижение осадков. С другой, их конкурентоспособность может снизиться из-за роста уровня CO2.
  • Эволюция холодоустойчивости: Исследование также объясняет доминирование линии C3-злаков Pooideae (рожь, ячмень, пшеница) в холодных северных регионах. Учёные подчёркивают, что важную роль в формировании глобального широтного градиента сыграла не только термофильность C4, но и эволюция холодоустойчивости у C3-злаков.