Как семенные растения стали господствующими на Земле: роль субериновых ламелл в эволюции растений

Семена растений — это одно из величайших достижений эволюции, которое позволило им завоевать землю и стать доминирующей флорой нашего мира. Но как и почему семена растений появились и распространились? Что дало им преимущество перед другими растениями, такими как папоротники, которые были господствующими в прошлом? На эти вопросы попытались ответить китайские ученые в своем исследовании, опубликованном в журнале Nature Plants.

Исследователи из Центра совершенства в области молекулярных растительных наук Китайской академии наук и Хубэйского университета провели глубокое изучение представителей 18 различных эволюционных узлов, чтобы раскрыть тайну происхождения специализированных структур клеточной стенки в корнях растений — каспариевой полосы и субериновых ламелл. Каспариева полоса — это гидрофобная, лигниновая полоса, плотно прикрепленная к клеточной мембране эндодермы, ядра корня, которое контролирует транспорт воды и минералов. Субериновые ламеллы — это специализированные структуры клеточной стенки, которые охватывают всю поверхность клеток эндодермы. Обе эти структуры играют важную роль в регуляции водного и минерального баланса растений, но их функции существенно различаются.

Ученые обнаружили, что пояски Каспари появились очень рано в эволюции растений, еще до разделения на семенные и бесполые растения, и были сохранена во всех изученных группах. Однако субериновые ламеллы появились только в семенных растениях и были отсутствовали в бесполых растениях, таких как папоротники. Это указывает на то, что субериновые ламеллы являются эволюционным новшеством, которое дало семенным растениям конкурентное преимущество в условиях сухости и холода, которые наступили в конце карбонового периода, около 300 миллионов лет назад. В то время папоротники, которые не могли эффективно регулировать потерю воды через корни, начали угасать, а семенные растения, которые могли защищать свои корни от пересыхания и замерзания, стали процветать.

Это исследование не только раскрывает тайну происхождения поясков Каспари и субериновых ламелл, но и впервые дает свидетельства того, что появление субериновых ламелл способствовало подъему семенных растений с новой точки зрения. Это показывает, как важна адаптация клеточной стенки для выживания и эволюции растений в меняющихся окружающих условиях. Это исследование также открывает новые перспективы для изучения механизмов образования и функционирования субериновых ламелл, а также их потенциального применения в сельском хозяйстве и промышленности.