Složitý vývoj rostlin

Nová metoda kvantifikace evoluce rostlin ukazuje, že po nástupu raných semenných rostlin se složitost vývoje rostlin zastavila dokonce až na 250 milionů let. Tato „přestávka“ ve vývoji trvala až do diverzifikace kvetoucích rostlin před zhruba 100 miliony lety.

Studie vedená Stanfordem ukázala, že spíše než aby se pozemské rostliny vyvíjely postupně po stovky milionů let, prošly velkou diverzifikací ve dvou dramatických fázích, které byly od sebe vzdáleny 250 milionů let. První fáze vývoje se datuje do období historie rostlin, což vedlo k vývoji semen, a druhá fáze vývoje se uskutečnila během diverzifikace kvetoucích rostlin.

Stanfordský výzkum využívá novou, ale jednoduchou metriku ke klasifikaci složitosti rostlin na základě uspořádání a počtu základních částí v jejich reprodukčních strukturách. Zatímco vědci dlouho předpokládali, že se rostliny s vývojem semen staly složitějšími, nová zjištění, publikovaná 17. září v časopise Science , nabízejí pohled na načasování a velikost těchto změn.

„Nejpřekvapivější věcí je tento druh stagnace, tento vývojový peak ve složitosti po počátečním vývoji semen a poté celková změna, ke které došlo, když se kvetoucí rostliny začaly diverzifikovat,“ řekl vedoucí autor studie Andrew Leslie, odborný asistent geologických věd na Stanfordu. School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth). Následně dodal, že „Reprodukční struktury vypadají ve všech těchto rostlinách odlišně, ale všechny během této stagnace mají přibližně stejný počet částí.“

Neobvyklé srovnání

Květiny jsou rozmanitější než všechny ostatní skupiny rostlin, vytvářejí barvy, vůně a tvary. Tyto vlastnosti květin mají svoji funkci, jak k výživě zvířata tak i k  potěše našich smyslů. Jsou velmi složité, například okvětní lístky, prašníky a pestíky se prolínají v přesných uspořádáních, aby přilákali tzv. opylovače a přiměli je šířit pyl z jedné květiny na druhou.

Tato složitost vědcům ztěžuje srovnání kvetoucích rostlin s rostlinami s jednoduššími reprodukčními systémy, jako jsou kapradiny nebo některé jehličnany. V důsledku toho se botanici dlouhodobě zaměřují na charakteristiky v rámci rodinných skupin a obvykle studují evoluci v nekvetoucích rostlinách odděleně od jejich složitějších kvetoucích příbuzných.

Leslie a jeho spoluautoři překonali tyto rozdíly navržením systému, který klasifikuje počet různých druhů částí v reprodukčních strukturách pouze na základě pozorování. Každý druh byl hodnocen podle toho, kolik typů částí má a do jaké míry vykazoval shlukování těchto částí. Kategorizovali asi 1300 druhů suchozemských rostlin zhruba před 420 miliony let až do současnosti.

„Toto vypráví docela jednoduchý příběh o reprodukční evoluci rostlin z hlediska formy a funkce. Čím více funkcí rostliny mají a čím jsou konkrétnější, tím více částí mají,“ řekl Leslie. „Je to užitečný způsob uvažování o rozsáhlých změnách zahrnujících celou historii závodu.“

Od keřů po květy

Když se na počátku devonu, tedy asi před 420 miliony až 360 miliony let poprvé diverzifikovaly suchozemské rostliny, byla Země teplejším světem bez stromů nebo suchozemských obratlovců. Pavoukovci jako štíři a roztoči se potulovali po zemi mezi krátkými, nerovnoměrnými rostlinami a nejvyšším suchozemským organismem byla zhruba dvacet stop vysoká houba připomínající kmen stromu. Po devonu došlo v živočišné říši k obrovským změnám. Suchozemští živočichové se vyvinuli tak, aby měli velké velikosti těl a pestřejší stravu dále se diverzifikoval hmyz, s vývojem se objevili dinosauři, ale rostliny nezaznamenaly zásadní změnu reprodukční složitosti, dokud se nevyvinuly květiny.

„Opylování hmyzem a rozptýlení semen pomocí zvířat se mohlo objevit již před 300 miliony let, ale až v posledních 100 milionech let tyto opravdu složité interakce s opylovači způsobují tuto super vysokou složitost kvetoucích rostlin,“ řekl Leslie a následně dodal „Bylo to tak dlouhé období, kdy rostliny mohly interagovat s hmyzem tak, jak to nyní dělají kvetoucí rostliny, ale neměly stejnou složitost.“

V pozdní křídě, v období asi před 100 až 66 miliony let, se Země více podobala planetě, kterou dnes známe, pro představu si ji můžeme představit trochu jako Yosemitský národní park bez kvetoucích stromů a keřů. Druhá fáze složitosti byla dramatičtější než ta první, což podle Leslieho zdůraznilo jedinečnou povahu kvetoucích rostlin. Toto období dalo vznik rostlinám, jako je mučenka, která může mít 20 různých typů částí, což je více než dvojnásobek počtu než je u nekvetoucích rostlin.

Vědci klasifikovali na 472 živých druhů. Část výzkumu byla prováděna přímo v areálu Stanfordu a v jeho okolí. Analýza zahrnovala výzkumu vaskulární suchozemské rostliny. To znamená vše kromě mechů a několika raných rostlin, kterým chybí podpůrná tkáň pro vedení vody a minerálů. Podle Leslie tato klasifikace jednoduše odráží funkční rozmanitost rostlin, tedy si v zásadě rozdělují práci, aby byly efektivnější ve svých potřebách.

„Jedna věc, kterou v tomto článku tvrdíme, je, že tato klasifikace jednoduše odráží jejich funkční rozmanitost,“ řekl Leslie. „V zásadě si rozdělili práci, aby byli efektivnější v tom, co potřebují.“ Spoluautory zmiňované studie je Carl Simpson z Přírodovědeckého muzea University of Colorado a Luke Mander z The Open University.