Выяснено происхождение самого большого цветка
|
Раффлезия (Rafflesia) — паразитическое растение с самыми крупными в мире цветами, но полностью лишенное листьев, стебля и корней. Происхождение и родственные связи раффлезии долго оставались загадочными. Генетический анализ показал, что раффлезия относится к семейству молочайных (Euphorbiaceae), хотя ничто в строении паразита не говорило о таком родстве. На ранних этапах эволюции раффлезии произошло рекордно быстрое увеличение цветка, который у ее предков был примерно в 80 раз мельче.
Раффлезиевые включают три близких рода (Rafflesia, Rhizanthes и Sapria). Все они встречаются только в джунглях Юго-Восточной Азии и паразитируют на лианах рода Tetrastigma. Раффлезиевые известны благодаря своим огромным (до метра в диаметре и до 7 кг весом) цветам, которые по виду и запаху напоминают гниющее мясо и опыляются мухами. Цветы — чуть ли не единственное, что осталось у раффлезии и ее родственников от «нормальных» покрытосеменных растений. Приспособившись к паразитическому образу жизни в тканях лиан, раффлезиевые утратили корни, листья и стебель, а также способность к фотосинтезу. Собственно «тело» паразита представляет собой комки и ветвящиеся тяжи клеток, напоминающие грибные гифы и пронизывающие ткани растения-хозяина.
|
Эти особенности раффлезии поставили ботаников в сложное положение: в их распоряжении практически не оказалось морфологических признаков, на основе которых удивительный цветок можно было бы отнести к той или иной группе двудольных растений. Единственный сохранившийся орган — цветок — у раффлезии настолько сильно гипертрофирован, видоизменен и специализирован (приспособлен к весьма специфическому способу опыления), что на его основе уверенно определить место раффлезии в системе растительного мира оказалось невозможно.
Единственное, что может помочь в подобной ситуации, — это применение методов молекулярной филогенетики, то есть реконструкция эволюционной истории на основе сравнения нуклеотидных последовательностей ДНК. Однако и на этом пути исследователи столкнулись с рядом трудностей. Выяснилось, что между раффлезией и ее хозяевами происходил горизонтальный обмен генами (см.: У растений обнаружен межвидовой обмен генами, «Элементы», 22.12.2005; Горизонтальный перенос генов приводит к новому режиму эволюции, «Элементы», 05.02.2007; Горизонтальный перенос генов и его роль в эволюции). Поэтому анализ отдельных генов давал противоречивые результаты. До сих пор сравнительно-генетические исследования уверенно свидетельствовали лишь о том, что раффлезия относится к порядку Malpighiales, но это огромная группа двудольных, включающая множество мало похожих друг на друга семейств.
Чтобы уточнить таксономическое положение раффлезии, группа американских ботаников и молекулярных биологов провела более широкомасштабное исследование, в котором использовались последовательности пяти митохондриальных и одного пластидного гена 111 видов растений, представляющих все семейства порядка Malpighiales; для 40 видов были получены также последовательности двух ядерных генов (все нуклеотидные последовательности — свыше 400 страниц печатного текста — приведены в Дополнительных материалах к статье, Pdf, 3,12 Мб).
Филогенетическая реконструкция, построенная на основе этих данных, показала, что раффлезиевые входят в состав семейства молочайных (Euphorbiacea). Авторы подчеркивают, что ни одна из черт строения раффлезиевых не указывала на такое родство. Более того, почти у всех молочайных цветы очень мелкие. Полученные результаты заставляют признать, что на ранних этапах эволюции раффлезиевых увеличение цветка шло поистине рекордными темпами. По оценке авторов, диаметр цветка вырос в 80 раз за промежуток времени, не превышающий 46 млн лет.
Можно предположить, что генетическое сходство раффлезии с молочаями объясняется тем, что предки раффлезии когда-то паразитировали на молочайных и заимствовали у них некоторые гены. По мнению авторов, это маловероятно, поскольку во всех подтвержденных случаях переноса генов от хозяина (лианы Tetrastigma) к раффлезиевым у последних, наряду с приобретенной новой копией гена, сохраняется и «своя», старая копия. Ничего подобного не наблюдается в случае с теми восемью генами, которые использовались в данном исследовании.
Статья американских ботаников служит яркой иллюстрацией того, как молекулярная филогенетика в последние десятилетия неуклонно вытесняет и замещает классические методы биологической систематики, основанные на морфологических признаках.
Источник: Charles C. Davis, Maribeth Latvis, Daniel L. Nickrent, Kenneth J. Wurdack, David A. Baum. Floral Gigantism in Rafflesiaceae // Science. 2007. V. 315. P. 1812.
Александр Марков
