Розмір геному папоротей чістоустов не змінювався 180 мільйонів років • Олена Наймарк • Новини науки на "Елементи" • Еволюція, Палеонтологія, Генетика

Розмір геному папоротей чістоустов не змінювався 180 мільйонів років

Osmunda asiatica (Osmundastrum), Азіатська або корична осмунда (чістоуст), – один з примітивних папоротей, що представляє підставу філогенетичного древа справжніх папоротей. Фото з сайту cumauriceriver.org

Шведські вчені вивчили в деталях скам'янілі папороті унікальною збереження. Ці копалини належать до одного з нині живих пологів. Також завдяки тому, що в скам'янілих рештках чудово видно клітини з ядрами і хромосомами, вдалося оцінити обсяг генома древніх представників даного роду. Він виявився приблизно тим же, що і у сучасних родичів. Це означає, що ці папороті за 180 мільйонів років зберегли і специфічні зовнішні ознаки, і обсяг генетичного матеріалу, що не розгубивши і не помноживши його. Цей приклад крайнього еволюційного консерватизму дасть можливість зрозуміти, чому деякі організми уповільнюють свій еволюційний біг, перетворюючись в живих копалин.

Геологи з Лундського університету (Швеція) та Шведського музею природної історії в Стокгольмі представили вражаючі дані про будову клітин копалин папоротей віком 182 млн років (відкладення нижньої юри). Їм вдалося розглянути не тільки будову тканин копалин папоротей, але і те, що знаходиться всередині клітин.

Унікальні подробиці будови збереглися завдяки надзвичайно швидкої фоссилизации. Залишки рослин опинилися поховані в дуже пористом вулканічному грунті. Крізь пори в грунті вільно проходили гідротермальні розчини, насичені кальцієм. Тому клітинні і тканинні структури замести солями кальцію, не встигнувши (або навіть не почавши) деградувати. Такий висновок був зроблений, тому що вміщає порода має зовсім інший склад. Вона складається з нормальних мінералів вулканічного походження – алюмосилікатів з високим вмістом заліза і магнію. Ясно, що мінералізація рослинних залишків йшла не за рахунок повільного вилуговування катіонів та аніонів з материнської породи, а за рахунок уже наявних насичених сольових розчинів. Палеонтологам пощастило!

Так як залишки папоротей мали прекрасно помітну клітинну і тканинну морфологію, то знахідки вдалося визначити навіть до роду. Вони належать до роду Osmundastrum: Це сучасний рід (або підрід, його називають "чістоуст"), що лежить в основі філогенетичного дерева справжніх папоротей (Osmundaceae). Ось яка в цих чістоустов стійка морфологія – 180 мільйонів років не вистачило, щоб її змінити.

Вулканічні породи свити Djupadal (юрського віку) приховані лісовою рослинністю. На вигляд нічим не примітні, але містять багатий комплекс викопної флори. Фото з сайту atthetornquist.se

Але це ще не все: в цих зразках в клітинах видно і ядра з ядерця, і цитоплазма з включеннями і органеллами, і клітинні і ядерні мембрани. Деякі клітини "спіймані" під час клітинного поділу: помітні щільні хромосоми, в інших клітинах розчинилися ядерні мембрани (профази) і хромосоми вишикувалися вздовж клітинного екватора (метафаза), або ж розходяться хромосоми застигли на півдорозі до клітинних полюсів (анафаза). Також виявилися і клітини, які перебували в процесі апоптозу: про це судили по своєрідній формі клітинних ядер. Перед нами буквально «живе» викопне!

Зліва: поперечний зріз папоротевого кореневища осмунди азіатської; праворуч: поперечний зріз викопного юрського папороті (довжина масштабної планки 500 мкм). Фотографії з сайту plantsystematics.org і з обговорюваної статті в Science

Настільки чудова збереження дозволила зробити висновок про генетичне вмісті клітинних ядер. На жаль, поки що неможливо дістатися до ДНК цих папоротей, але можна оцінити розмір їх геному. Відома залежність між розміром ядра і кількістю ДНК.Тому за розміром ядра можна оцінити розмір генома.

Залежність обсягу ядра від кількості ДНК в клітинах меристеми пагонів. Графік зі статті I. Šimova, T. Herben, 2012. Geometrical constraints in the scaling relationships between genome size, cell size and cell cycle length in herbaceous plants

Вчені акуратно переміряла все клітинні інтерфазних ядра меристеми, які знайшлися в зразку (їх діаметр, периметр, площа), і зіставили з відповідними параметрами сучасного чістоуста. Вони виявилися напрочуд близькі.

Зразки сучасного (зліва вгорі) І копалини (зліва внизу) Представників чістоуста: у них не тільки схожа морфологія, але і кількісні параметри клітинних ядер: периметр ядра (в центрі) І площа зрізу ядра (справа). Малюнок з обговорюваної статті в Science

Це означає, що і розмір генома був у них приблизно той же, що і у їх сучасних родичів. За 180 мільйонів років не тільки морфологія не змінилася, але і об'єм генетичного матеріалу залишився колишнім.

Папороті чістоусти виявилися екстраординарними еволюційними тихоходами. Чи можна стверджувати на підставі цього прикладу, що еволюції немає? Не можна, звичайно, але зате цей приклад дає чудову можливість зрозуміти, що ж являють собою живі копалини – стійкі еволюційні релікти.

джерело: B. Bomfleur, S. McLoughlin, V. Vajda.Fossilized Nuclei and Chromosomes Reveal 180 Million Years of Genomic Stasis in Royal Ferns // Science. 2014. V. 343, P. 1376-1377.

Олена Наймарк


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: