מדענים לבסוף לפתור צ 'ארלס דרווין של "תעלומה מתועב"

במשך שנים רבות רדף צ'רלס דארווין מפרחים. בשנת 1859 פרסם חוקר הטבע את יצירתו המפורסמת ביותר, על מקור המינים, הספר שנחשב בדרך כלל כבסיס לביולוגיה אבולוציונית. אבל 20 שנה מאוחר יותר, הוא עדיין היה מוטרד על ידי דבר אחד גדול: מאיפה לעזאזל כל הפרחים בא? במכתב לבוטניקאי ג'וזף דלטון הוקר ב- 1879, קרא דארווין לבעיה זו "מסתורין מתועב." אולי זה נשמע מטופש, אבל דארווין באמת לא הצליח להסביר כיצד צמחים פורחים - הידועים כ"אנגיפרם" - עלו לשליטה כה מהירה על פני יותר אנגיספרם פרימיטיביים - קבוצה הכוללת אורנים וכפות הידיים.

הרישומים המאובנים מראים לנו שלפני כ -100 מיליון שנים, במהלך תקופת הקרטיקון, נכנס למגוון עצום של מלחי אנגיפרם והחליף את התעמלות כסוג הדומיננטי של הצמח על פני כדור הארץ. השפע הפתאומי הזה של צמחים - אבותיו של לבנדר מודרני, חיטה, ורדים, מגנוליות, חינניות וכדומה - מנוגד לתיאוריה של דרווין שמין חדש מתפתח באיטיות רבה על פני הזמן כתוצאה מלחצים סלקטיביים. השערות עכשוויות מרמזות על כך שרוב האנגיספירמים התפתחו לצד החרקים או בעלי חיים אחרים המאביקים אותם, שבלעדיהם אין זה אפשרי עבור הצמחים לייצר פירות נושאות זרעים. אבל היפותזות אלה אינן מסבירות את הבום האפי במלאכים עתיקים.

במאמר שפורסם ביום חמישי בכתב העת פלוס ביולוגיה, כמה מדענים הציעו תשובה למסתורין המתועב של הסיבה לכך שאנגיפרמים החליפו את ההתעמלות בצורה כה פתאומית. קווין סיימונין, פרופסור לאקולוגיה ואבולוציה באוניברסיטת סן פרנסיסקו סטייט, ואדם רודי מציג ראיות לכך שהכל מגיע ליעילות התאים. הסוד להצלחה של אנגיספרם, הם אומרים, הוא צמצום מהיר של תאי הצמחים החל לפני כ -140 מיליון שנה. צמצום זה הגביר באופן דרמטי את יעילותם. ברגע שאנגיפרם הפך להיות יעיל הרבה יותר, שליטתם במערכות האקולוגיות הארציות היתה רק עניין של זמן.

צוות המחקר הגיע למסקנה זו על ידי בחינת גודלם היחסי של הגנום באנגיספרם ובגינוספירם, ולאחר מכן השוואה בין מספרים אלה לבין יכולת הפחמן הדו חמצני של הצמחים ויעילות העברת נוזלים. גודל התאים יכול להשתנות במידה רבה בשל גורמים שונים, אך גודל הגנום הוא מנבא חזק של גודל התא. לפיכך, הם סיכמו, גנום קטן יותר פירושו תא קטן יותר - ולכן תאים נוספים יכולים להיות ארוזים באותו נפח של רקמת הצמח, ומאפשר צמח לקחת יותר פחמן דו חמצני ומים, ובכך לייצר יותר פחמימות המניבות אנרגיה צמיחה הצמיחה.

פוטוסינתזה היא חלק גדול מהתמונה הזאת, שכן גם, כפי שכולנו יודעים, הצמחים זקוקים לאור השמש כדי להפוך מים ופחמן דו חמצני לפחמימות. מחקרים קודמים הוכיחו כי היכולות הפוטוסינתטיות הגבוהות יותר של אנגיספרם עזרו להם לגדול הרבה יותר מהר מאשר בני הדודים שלהם, אבל המחקר החדש מראה לנו איך angiosperms להשיג רמה גבוהה של יעילות.

לכן, למרות שאבולוציה עם מאביקים מילאה גליל ענק במנגנונים הספציפיים של אבולוציית הזרע, סימונין ורודי אומרים שיש משהו משותף לכל הצמחים האלה, דבר מהותי בארכיטקטורה הביופיסית שלהם, שאיפשר להם להשתלט על העולם. אולי המחקר הזה ירגיע את דעתו של דארווין. אבל סביר יותר, הוא פשוט יש לי שאלות חדשות.

תקציר: המקור הפתאומי והפיזור המהיר של הצמחים הפורחים בתקופת הקרטיקון נחשבים זה מכבר ל"תעלומה מתועבת ". בעוד שהסיבה לגיוון הרב שלהם מיוחסת במידה רבה לאבולוציה עם מאביקים ואוכלי עשב, היכולת שלהם לשרוף את השרכים הדומיננטיים בעבר gymnosperms כבר נושא את ההיפותזות רבות. המשותף בין אלה הוא כי angiosperms לבדה פיתחה עלים עם קטן יותר, יותר ויותר סטומטות יותר רשתות הסתעפות גבוהה יותר המאפשרים שיעורי גבוה יותר של נפיחות, פוטוסינתזה, וצמיחה. עם זאת, איך angiosperms לארוז את העלים שלהם עם קטן יותר, שופע יותר stomata ורידים נוספים אינו ידוע אבל קשור - אנו מראים - אילוצים ביופיסיקליים פשוטים על גודל התא. רק שושלת יוחסין של אנגיספרם עברה הצטמצמות של גנום מהיר במהלך תקופת הקרטיקון המוקדמת, דבר שהקל על ההפחתה בגודל התא הדרושים כדי לארוז עוד ורידים וסטומאטה לתוך העלים, ובכך קירבה את הפריון הראשוני בפועל לפוטנציאל המרבי שלו. לפיכך, היכולות התחרותיות המוגברות של האנגיוספרים נובעות בחלק לא קטן מהקטנת הגנום.