Нынешним многообразием наземных растений мы обязаны двум масштабным генетическим перестройкам, случившимся в далёком прошлом. В результате этих изменений растения получали дополнительные копии генома, что позволило достичь в эволюции большей специализации и привело к богатому разнообразию видов.
Фантастическое многообразие семенных растений — а именно они составляют подавляющее большинство наземных видов флоры — давно озадачивало учёных. Самая труднопостижимая черта этого изобилия заключается в том, что этих растений было много издавна, то есть буйство форм наблюдается уже в доисторических окаменелостях.
Группе исследователей из Пенсильванского университета (США) удалось обнаружить причины такого преуспевания растений. Они обработали более миллиона секвенированных растительных геномов, сравнивая более молодые виды с древними. Известно, что в прошлом растения несколько раз претерпевали значительные генетические метаморфозы, которые и обеспечивали взрыв видового разнообразия. Учёные во главе с Клодом де Памфили предположили, что эти изменения имели общие черты и происходили по одной схеме, а не были разрозненными, случайными генетическими событиями.
В результате группа обнаружила в истории развития растений два случая полиплоидии, крупнейших изменений в геноме. Полиплоидия заключается к кратном умножении генетического материала организма, то есть каждой хромосомы, каждого гена становится в два–три–четыре (и более) раз больше. Для позвоночных такая мутация обычно смертельна, а вот растениям всё ничего. Более того, они извлекают из полиплоидии определённую выгоду. В поколениях большинство генов-двойников теряется, но те, что остаются, могут брать на себя часть работы «исходников», и это приводит к большей специализации генов в геноме и повышению эффективности функционирования.
Случаи полиплоидии в эволюции растений были известны, но их относили к прошлому, отстоящему от нас на 125–150 млн лет. О более ранних перестройках генома только подозревали, не имея чётких доказательств. И вот доказательства появились. По данным исследователей, первый мутационный «взрыв» случился около 320 млн лет назад у тогдашнего общего предшественника голосеменных и покрытосеменных. Второй «взрыв» имел место между 192 и 210 млн лет назад, уже в группе покрытосеменных растений, что и дало им беспримерные возможности для видовой экспансии.
В своей работе учёные следили не за всей массой генов всех доступных геномов растений, а за несколькими ключевыми «игроками». Большинство из них контролирует процесс индивидуального развития организма из зародыша во взрослое состояние. Именно за счёт умножения и дифференцировки таких генов растениям удалось пережить массовые вымирания живых организмов, вроде того, которое выкосило динозавров около 65 млн лет назад.
По словам учёных, подавляющее большинство современных видов растений обязано своим существованием именно двум большим генетическим «взрывам», умножавшим растительный геном в далёком прошлом.
