Η αδελφοποίηση των γονιδιωμάτων τους μπορεί να βοήθησε τα φυτά να επιβιώσουν από μια μαζική εξαφάνιση

Επιπλέον αντίγραφα γενετικών οδηγιών έχουν βοηθήσει τα ανθοφόρα φυτά να επιβιώσουν από μαζικές εξαφανίσεις, συμπεριλαμβανομένου του κατακλυσμού που έπληξε τους δεινόσαυρους.

Νέα ευρήματα υποδεικνύουν ότι τα αγγειόσπερμα – ανθοφόρα φυτά όπως οι μαργαρίτες, τα χόρτα και τα οπωροφόρα δέντρα – μπορεί να έχουν επιβιώσει από μεγάλες περιβαλλοντικές και οικολογικές αναταραχές στην προϊστορία της Γης λόγω των τυχαία διπλών γονιδιωμάτων τους. Κανονικά, τέτοια γονιδιώματα είναι ένα περιττό βάρος της εξέλιξης, αλλά σε περιόδους σκότους όπως τα αγγειόσπερμα βοήθησαν να ανθίσουν στην κυρίαρχη ζωή που βλέπουμε σήμερα.

Συνήθως, οι οργανισμοί που εκφράζονται σεξουαλικά έχουν δύο αντίγραφα των χρωμοσωμάτων τους, ένα από κάθε γονέα. Όμως τα φυτά – και ιδιαίτερα τα αγγειόσπερμα – έχουν συχνά περισσότερα από δύο, μια κατάσταση που ονομάζεται πολυπλοειδία, που προκύπτει από την έλλειψη του μισού γονιδιώματος στα αναπαραγωγικά κύτταρα. Φυτά όπως οι πατάτες και ορισμένες ποικιλίες σιταριού έχουν τέσσερα από τα χρωμοσώματά τους. Άλλοι έχουν οκτώ ή περισσότερους κωδικούς.

Το ένα τρίτο των αγγειόσπερμων σήμερα είναι πολυπλοειδή, λέει Χενγκτσι Τσεν στο Πανεπιστήμιο του Gottingen στη Γερμανία. Ωστόσο, προηγούμενες αναλύσεις της βαθιάς ιστορίας της εξέλιξης των πολυπλοειδών έχουν προτείνει ότι οι αρχαίοι διπλασιασμοί ήταν αρκετά σπάνιοι.

«Οι περισσότεροι πολυπλοειδείς οργανισμοί έχουν εξαφανιστεί σε μια μακρά περίοδο εξέλιξης», λέει ο Chen.

Αυτός και οι συνάδελφοί του ήθελαν να μάθουν γιατί πολλοί διπλασιασμοί γονιδιώματος συνέβησαν σε αγγειόσπερμα πριν από εκατομμύρια χρόνια και γιατί άλλοι ρίζωσαν. Ανέλυσαν τα γονιδιώματα 470 ειδών αγγειόσπερμων για το εξελικτικό δέντρο. Κατά τη διάρκεια περίπου 150 εκατομμυρίων ετών εξέλιξης, η ομάδα εντόπισε και τεκμηρίωσε 132 περιπτώσεις όπου κάποτε τα γονιδιώματα είχαν διπλασιαστεί.

Αυτές οι επικαλύψεις συγκεντρώθηκαν σε εννέα προϊστορικές περιόδους μεταξύ 108 και 14 εκατομμυρίων ετών πριν. Σχεδόν όλα συνέπεσαν με σημαντικά περιβαλλοντικά ή γεωλογικά γεγονότα, όπως η κλιματική αλλαγή, η αλλαγή των επιπέδων οξυγόνου ή η μαζική εξαφάνιση – ο αστεροειδής στο τέλος της Κρητιδικής περιόδου που σκότωσε τους πρώιμους δεινόσαυρους. Σε περιόδους παγκόσμιου χάους, τα πολυπλοειδή φυτά φαινόταν να ανθίζουν.

Τις περισσότερες φορές, η πολυπλοειδία μπορεί να είναι ένα σημαντικό μειονέκτημα, καθιστώντας δύσκολη ή αδύνατη την επιτυχή σύζευξη με μη πολυπλοειδείς συγγενείς. Ωστόσο, οι περίοδοι διαταραχής μπορούν να δημιουργήσουν τη βάση για να διαταραχθούν τα πολυπλοειδή φυτά από πολλούς παράγοντες που συγκλίνουν ταυτόχρονα.

Για παράδειγμα, η υπερβολική ζέστη ή το κρύο μπορεί να αυξήσει τις πιθανότητες λανθασμένης ανάφλεξης στην αναπαραγωγή, λέει ο Chen, ενθαρρύνοντας τον ρυθμό των πολυπλοειδών να αυξηθεί αρχικά. Τα πολυπλοειδή μπορούν επίσης να έχουν ενισχύσει την ανθεκτικότητα στους παράγοντες στρες της ξηρασίας και της έκθεσης στο αλάτι και τα επιπλέον γονίδιά τους μπορούν να αναπτύξουν νέες λειτουργίες σε έναν ταχέως μεταβαλλόμενο κόσμο. Επιπλέον, τα μεταβαλλόμενα οικοσυστήματα παρουσιάζουν νέες ευκαιρίες καθώς οι ανταγωνιστές εξαφανίζονται.

«Το μικρότερο, πολυπλοειδές άτομο που κρύβεται στη γωνία του πληθυσμού έχει κατά κάποιο τρόπο πρόσβαση σε περισσότερους πόρους και μπορεί επίσης να έχει αυτή την ευκαιρία για άγχος», λέει ο Chen, οδηγώντας σε μεγαλύτερη επιβίωση.

Τα υπερ-ευέλικτα, περιττά γονιδιώματα των αγγειόσπερμων μπορεί να είναι το κλειδί της επιτυχίας στην ομάδα, λέει.

Πάμελα Σόλτις στο Μουσείο Φυσικής Ιστορίας της Φλόριντα στο Gainesville είναι περίεργος για το πώς μια ευρύτερη ποικιλία ειδών αγγειόσπερμων θα επηρεάσει τα ευρύτερα αποτελέσματα δειγματοληψίας. «Αν και αυτή η ανάλυση είναι τεράστια σε σύγκριση με προηγούμενες εργασίες, 470 είδη εξακολουθούν να είναι μόνο ένα μικρό μέρος των ειδών αγγειόσπερμων», είπε.

Το σύνολο είναι κοντά στις 400.000, αλλά νέα γονιδιώματα γίνονται διαθέσιμα «με πολύ γρήγορο ρυθμό», λέει ο Soltis.