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何年もの間、チャールズ・ダーウィンは花に悩まされていました。 1859年に、自然主義者は彼の最も有名な作品を発表しました、 種の起源について 、一般的に進化生物学の基礎として見なされている本。しかし20年経った今でも彼は1つ大きなことに悩まされていました。 1879年の植物学者Joseph Dalton Hookerへの手紙の中で、ダーウィンはこの問題を「忌まわしい謎」と呼びました。しかしダーウィンは、被子植物として知られる花の咲く植物が優勢に急上昇した理由を説明できませんでした。原始被子植物 - マツやヤシの木を含むグループ。
化石記録は、白亜紀の間に約1億年前に、非常に多様な被子植物が現場にやって来て、地球上の優勢なタイプの植物として裸子植物に取って代わったことを示しています。現代のラベンダー、小麦、バラ、モクレン、ヒナギクなどの先祖であるこの突然の植物の豊富さは、選択的な圧力の結果として新しい種がゆっくりと発生するというダーウィンの理論に反していました。現在の仮説は、ほとんどの被子植物が、それらを受粉する昆虫や他の動物と一緒に進化したことを示唆しています。それなしでは、植物が種子を持った果実を生産することは不可能です。しかし、これらの仮説は古代の被子植物における壮大なブームを説明していません。
木曜日にジャーナルに掲載された論文の中で PLOSバイオロジー 何人かの科学者達は、なぜ被子植物が裸子植物に急激に取って代わったのかという謎の答えを提案しました。サンフランシスコ州立大学の生態学と進化の助教授であるKevin SimoninとAdam Roddyは、それがすべて細胞の効率に帰着するという証拠を提示しています。被子植物の成功の秘訣は、約1億4000万年前に始まった植物の細胞の急速な縮小であると彼らは言う。この小型化により、効率が劇的に向上しました。被子植物がそれほどずっと効率的になったならば、陸上生態系に対する彼らの支配は時間の問題にすぎなかった。
研究チームは、被子植物と裸子植物のゲノムの相対的なサイズを調べ、それらの数を植物の二酸化炭素捕捉能力と送液効率と比較することによって、この結論に達しました。細胞サイズはさまざまな要因により大きく異なる可能性がありますが、ゲノムサイズは細胞サイズの強力な予測因子です。したがって、彼らは、より小さなゲノムはより小さな細胞を意味し、したがってより多くの細胞を同量の植物組織に詰め込むことができ、それにより植物がより多くの二酸化炭素と水を取り込むことが可能になります。 。
光合成は、この絵の大部分を占めています。私たち全員が知っているように、植物は水と二酸化炭素を炭水化物に変えるために太陽光が必要だからです。以前の研究では、被子植物のより高い光合成能力は、それらが彼らの裸子植物のいとこよりもはるかに速く成長するのを助けたことを確立しました、しかしこの新しい研究は私たちに示しています どうやって 被子植物はこの高レベルの効率を達成した。
受粉者との共進化が被子植物の進化の特定のメカニズムに大きな役割を果たしたとしても、SimoninとRoddyはこれらの植物すべてに共通するもの、それらの生物物理学的アーキテクチャにとって基本的なものがあると語った。おそらくこの研究はダーウィンの心を安らぎに変えるだろう。しかし、もっと可能性が高いのですが、彼は新しい質問をするだけです。
抽象： 白亜紀中の開花植物の突然の起源と急速な多様化は長い間「忌まわしい謎」と考えられてきました。それらの高い多様性の原因は主に花粉媒介者と草食動物との共進化によるものです。裸子植物は、多くの仮説の主題となっています。これらの間で共通しているのは、被子植物単独で、より高い割合の蒸散、光合成、および成長を可能にする、より小さくより多数の気孔およびより高度に分岐した静脈ネットワークを有する葉を発達させたことである。しかし、被子植物がどのようにしてより小さくより豊富な気孔とより多くの静脈を葉に詰めるかは不明であるが、細胞サイズに対する単純な生物物理学的制約に関連している - 我々は示す - 。白亜紀初期には被子植物系譜のみが急速なゲノム縮小を受け、それにより葉にもっと多くの葉脈と気孔を詰めるために必要な細胞サイズの縮小が促進され、実際の一次生産性がその最大可能性に近づいた。このようにして、被子植物の競争力が高まるのは、ゲノムの小型化が少なからず原因となっています。