Расположение листьев управляет эволюцией сосудистой системы папоротников

Когда листья смещаются на спинную сторону стебля папоротника, в сосудистой структуре стебля возникает узор, напоминающий смайлик, как видно на этом образце табачного папоротника. Автор: Университет Теннесси

Исследование доцента Джейкоба С. Суиссы из Университета Теннесси в Ноксвилле раскрывает сложность эволюции папоротников. Учёный обнаружил, что изменения в расположении сосудистых пучков в стебле не являются прямой адаптацией к окружающей среде, а связаны с расположением листьев на стебле.

«С увеличением количества листьев мы наблюдаем прямое пропорциональное увеличение количества сосудистых пучков, а при изменении расположения листьев вдоль стебля меняется и расположение сосудистых пучков в стебле», — пояснил Суисса.

В течение 150 лет исследователи фокусировались на том, как сосудистые пучки адаптируются к окружающей среде. Новое исследование Суиссы, опубликованное в журнале Current Biology, предполагает, что именно листья управляют эволюцией сосудистых узоров внутри стебля.

Работая в Коста-Рике, Суисса заметил, что у табачного папоротника листья всегда образуются на верхней стороне стебля, а сосудистый узор в стебле выглядит причудливо, напоминая смайлик. Это наблюдение побудило его проверить, связано ли расположение листьев вокруг стебля с количеством и расположением сосудистых пучков внутри него.

Вернувшись в Ноксвилл, Суисса проанализировал с помощью микро-КТ 27 родов папоротников, представляющих 30% всего видового разнообразия этих растений. Он обнаружил поразительную корреляцию: количество рядов листьев вдоль стебля почти один в один соответствовало количеству сосудистых пучков внутри стебля. Более того, расположение листьев определяло пространственное расположение пучков.

Если листья были расположены по спирали, сосудистые пучки также располагались радиально. Если листья смещались на спинную сторону стебля, возникал узор в виде смайлика. Таким образом, причудливый узор сосудистой системы табачного папоротника был обусловлен исключительно расположением листьев на верхней стороне стебля.

Новое исследование предполагает, что расположение сосудистых пучков в стебле не является индивидуальным признаком, который может эволюционировать независимо. Скорее, сосудистая система в стебле неразрывно связана и явно определяется количеством и размещением листьев вдоль стебля.

«Часто мы думаем, что исследования требуют высокотехнологичного оборудования и интенсивных экспериментов в лаборатории, но наблюдения за естественной историей могут дать весьма значимые сведения», — отметил Суисса.

В настоящее время учёный работает с своей лабораторией над изучением того, как сосудистая система папоротников эволюционировала на протяжении их почти 400-миллионной истории.