Сложность растений независимо возникала у разных водорослей

На снимке показаны разветвленные нити водоросли Coleochaete — интересной группы, у которой развились более сложные дискообразные структуры. Фото сделано с помощью светового микроскопа. Автор: Татьяна Даренко

Наземные растения — такие как мхи, папоротники и деревья — являются одними из самых сложных по строению фотосинтезирующих организмов на Земле. Однако их эволюционная история тесно связана с предками — более простыми зелеными водорослями, которые жили сотни миллионов лет назад. Среди этих водорослей выделяется группа Coleochaetophyceae, родственная наземным растениям. Эти пресноводные водоросли образуют разветвленные дискообразные структуры, напоминающие некоторые строительные блоки тела растений.

Интересно, что ближайшие живые родственники наземных растений — водоросли Zygnematophyceae — имеют гораздо более простое строение. Это говорит о том, что растительная сложность появлялась и исчезала многократно в ходе эволюции. Международная команда исследователей под руководством Гёттингенского университета использовала ДНК и данные ископаемых свидетельств, чтобы пролить новый свет на эту загадочную группу водорослей. Результаты были опубликованы в журнале Current Biology.

Изучив гены Coleochaetophyceae, многие из которых были выращены и получены из Коллекции культур водорослей Гёттингенского университета (SAG), и сравнив их с ископаемыми свидетельствами, ученые установили, что эта группа возникла более 600 миллионов лет назад — задолго до появления первых наземных растений.

Внутри группы существуют подгруппы, такие как род Coleochaete, который сам по себе насчитывает более 400 миллионов лет. Однако более сложные дискообразные формы, такие как Coleochaete scutata, появились лишь около 65 миллионов лет назад — относительно недавно в эволюционном масштабе.

«Это говорит нам о том, что для понимания эволюции сложных признаков, таких как план строения тела, необходимо изучать широкое разнообразие древних линий», — объясняет профессор Ян де Врис из Института микробиологии и генетики Гёттингенского университета.

«Тот факт, что ближайшие живые родственники — Zygnematophyceae — гораздо проще, означает, что сложность тела не была единичным эволюционным приобретением: она возникала снова и снова в разное время у разных линий».

Анализируя последовательности, исследователи обнаружили, что Coleochaetophyceae разделяют многие гены, регулирующие рост, с наземными растениями, включая гены, связанные с делением клеток и растительными гормонами, такими как цитокинин, который играет ключевую роль в процессах деления клеток и роста побегов и корней.

Однако на сегодняшний день не обнаружено единого набора генов, который объяснял бы, почему одни виды растут в виде простых нитей, а другие образуют более сложные дискообразные структуры. Это говорит о том, что сложность зависит не только от наличия нужных генов, но и от того, когда и как эти гены активируются.

«Наши выводы подчеркивают, что растительная сложность — это древний потенциал, — добавляет первый автор исследования Маайке Биренброодспот из Института микробиологии и генетики Гёттингенского университета. — Это означает, что иногда гены уже присутствовали в ДНК, пока их функции не были перепрограммированы в ходе эволюции, например, у водорослей и наземных растений».

Дополнительная информация: Maaike J. Bierenbroodspot et al, Phylogenomics unveil a recent origin of morphological complexity in Coleochaetophyceae, Current Biology (2025). DOI: 10.1016/j.cub.2025.08.046

Источник: University of Göttingen