Jak rostliny vystoupily z vody na souš

MAGAZÍN - Příroda autor: Jan Toman

Nová studie biologů poskytuje překvapivý pohled na rostlinnou evoluci.

Úchvatný svět rostlin pod hladinou

Úchvatný svět rostlin pod hladinou,zdroj: Profimedia.cz

Před půlmiliardou let vypadala naše planeta úplně jinak. Život se koncentroval v oceánu, zatímco většina suchozemských prostředí připomínala vyprahlou poušť.

Pouze občas a v malé míře bychom mohli narazit na první nesmělé průkopníky suchozemského života ve formě mikrobů, hub a řas. O pouhých šedesát milionů let později – méně, než nás dělí od posledních dinosaurů – však v okolí řek už bujely porosty cévnatých rostlin doprovázené pestrou faunou bezobratlých organismů.

Co se v mezidobí stalo tak důležitého? A jak se vlastně rostliny "vyšvihly" od slizovitých povlaků až k stometrovým kmenům?

V hlavní roli geny

Překvapivou odpověď na tyto otázky nedávno poskytl mezinárodní tým molekulárních biologů. Hlavní roli podle nich sehrály geny, které se do předka dnešních rostlin dostaly z bakterií.

Všechny dnešní suchozemské rostliny, mechorosty nevyjímaje, sdílejí společného předka. Dlouhou dobu se mělo za to, že tento předek náležel do příbuzenstva složitých mnohobuněčných zelených řas, jako jsou například parožnatky.

profimedia-0327039367přeslice

Deštný prales v Tasmánii připomínající obřími kapradinami třetihory,zdroj:Profimedia.cz

Parožnatky vytvářejí z různých typů buněk až metrové stélky. Z hlavní stélky navíc odvětvují postranní větve a celý organismus je k podkladu ukotven kořenovitými orgány.

Zkrátka, parožnatky na první pohled připomínají jakési vodní prototypy suchozemských rostlin.

Objevy z poslední doby ale vykreslují úplně jiný obrázek rostlinné evoluce. Podle nich nejsou nejbližšími příbuznými suchozemských rostlin parožnatky ani žádné jiné komplexní mnohobuněčné řasy, ale daleko jednodušší spájivky.

Spájivky rovněž spadají mezi zelené řasy, v některých případech ale ani nevytvářejí mnohobuněčná těla. Mnohobuněčné spájivky potom dosahují pouze drobných rozměrů a vypadají jako jednoduchá nevětvená vlákna bez dalších orgánů nebo nápadných strukturních podobností se suchozemskými rostlinami.

Inovace až na pevnině

Hypotéza, že rostliny vytvořily většinu svých evolučních inovací ve vodě a až poté přešly na souš, zdá se, padá. Předkové suchozemských rostlin očividně museli nejprve kolonizovat suchozemská prostředí a až posléze si vyvinout všechny náležitosti mnohobuněčných rostlin, jako jsou kořeny, listy, nebo různé styly větvení.

img733x414-5

Spájivky – zeleně zbarvené řasy. Rozmnožují se pohlavně. Dělí se na řády jařmatkovité a krásivky. Zástupci jařmatkovitých mají vláknité nevětvené stélky pokryté slizem. Buňka krásivek je složena ze dvou spojených částí,zdroj:Biology letters

Nasvědčuje tomu i fakt, že geny důležité pro přechod na souš sdílí většina zelených řas bez ohledu na jejich složitost či způsob života.

Předpoklad o brzkém výstupu rostlin na souš podporují i spájivky. Někteří jejich zástupci totiž žijí na suché zemi. Tito zástupci se navíc ze společného evolučního stromu spájivek oddělili nápadně brzo.

Není tedy možné, že suchou zemi obýval už společný předek spájivek a suchozemských rostlin, zatímco dnešní vodní spájivky jsou jen pozdními navrátilci zpět do tekutého prostředí?

Pokud by tomu tak bylo, výzkum spájivek by nám mohl odpovědět na důležité otázky týkající se přechodu rostlin na suchou zem.

Důležitý krok na této cestě podnikl tým čínských a evropských vědců, který nedávno přečetl genomy náležející suchozemským spájivkám druhů Spirogloea muscicola a Mesotaenium endlicherianum. Výsledky jsou více než zajímavé.

Dlouhá cesta na souš

Vědci potvrdili, že suchozemské spájivky se odvětvily velmi brzo a že spájivky jako celek představují sesterskou linii suchozemských rostlin. Mnoho nových genů, které sdílejí spájivky se suchozemskými rostlinami, navíc souvisí se životem na souši. Nejčastěji se jedná o geny, které regulují odpověď na stres ze strany prostředí – ať už neživého, jako například sucha, nebo živého, jako například býložravců.

Sdílené geny často hrají roli v růstu a vývoji rostlin, buněčné signalizaci, budování a přestavbě buněčných stěn, nebo vytváření stavebních látek.

image_7810-Zygnematophyceae

Jak rostliny osidlovaly souš - od zelených řas (chlorofyt) k vaskulárním (cévnatým) rostlinám,zdroj:Cheng et al

Podstatná část z těchto genů se navíc podle všeho nevyvinula u řas, ale dostala se do jejich genomu horizontálním genovém transferem z půdních bakterií. Jinými slovy, geny, které jsou dnes důležité pro fungování suchozemských rostlin, původně vyvinuly bakterie.

Vlivem blízkého soužití, působením virů, nebo přičiněním jiných parazitů se ale svezly do genomu řas. To se týká zejména genů, které dnes spoluřídí růst a vývoj rostlin, nebo jejich reakci na stresory prostředí.

Bez zajímavosti není ani fakt, že proti většině řas spájivky postrádají několik imunitních genů. Těžko z toho zatím vyvozovat něco definitivního, můžeme ale spekulovat, jestli právě tato absence nemohla vést k větší pravděpodobnosti navazování symbiotických vztahů s jinými organismy.

Intimní soužití s houbami přitom bylo jedním z hlavních kroků ke vzniku úspěšných suchozemských rostlin.

Shrnuto

Oproti naivním učebnicovým představám tedy přechod rostlin na souš trval delší dobu a jeho začátek můžeme datovat daleko před vnik kořenů či stonků.

Řasy pronikající na souš miliony let hromadily geny, které jim v novém prostředí mohly pomoci. Až relativně pozdě nastoupila jedna linie cestu k velkým a složitě členěným tělům, na jejímž koci jsou rostliny, jak je známe dnes.

Zdroj: Cheng S, Xian W, Fu Y, ... & Wittek S (2019): Genomes of Subaerial Zygnematophyceae Provide Insights into Land Plant Evolution. Cell, 179.

 

Tagy: bakterie rostliny rasy věda a poznání sliz genetický výzkum