Rośliny rosną w wielu kierunkach. Dzięki temu podbiły ląd

Niedawne odkrycie pewnego białka może tłumaczyć, jak rośliny zdobyły zdolność wielokierunkowego wzrostu na lądzie.
Badania wskazują, że białko RAK1 w mchu jest połączeniem dwóch znanych białek i umożliwia komórkom rozwój w różnych kierunkach.
Odkrycia sugerują, że trójwymiarowy wzrost u roślin jest wynikiem nie tylko regulacji genów, ale także precyzyjnej kontroli metabolizmu podczas podziału komórek macierzystych.
Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie

Nie byłoby drzew, kwiatów ani innych złożonych roślin, a zatem nie byłoby zwierząt ani ludzi. Nowe badania Uniwersytetu Kopenhaskiego sugerują, że pewne białko zawarte w mchu mogło mieć kluczowe znaczenie dla kluczowego etapu ewolucji roślin, które nauczyły się rosnąć w wielu kierunkach.

Co takiego ma w sobie mech?

Około 470 mln lat temu komórki roślinne rozwinęły zdolność podziału i wzrostu – w górę i na boki. Do tego czasu, jako organizmy wodne, rozwijały się jedynie w dwuwymiarowej, płaskiej formie, co ograniczało ich złożoność ewolucyjną.

Białko, które właśnie zidentyfikowano też prawdopodobnie powstało w wyniku ewolucji, łącząc dwa wcześniej istniejące białka w jedno. Naukowcy nie wiedzą jeszcze dokładnie, kiedy nastąpiło to połączenie, ale mogło ono odegrać rolę we wczesnym przejściu roślin do życia na lądzie.

„Zidentyfikowaliśmy białko, którego nigdy wcześniej nie zaobserwowano i które ma bardzo szczególne właściwości. Pomaga nam ono lepiej zrozumieć funkcjonowanie roślin lądowych” – wyjaśnia jeden z autorów badania, Eleazar Rodriguez.

Mechanizmy mają 470 mln lat

Jeśli spojrzymy na dzisiejsze drzewo, zauważymy, że jego wzrost zależy od fundamentalnych mechanizmów biologicznych, które pojawiły się na wczesnym etapie ewolucji roślin. Należą do nich m.in. sposób, w jaki komórki dzielą się w różnych kierunkach, sposób, w jaki pozyskują energię do wzrostu, oraz to, w jaki białka są regulowane w komórce. To właśnie te mechanizmy, których istnienie naukowcy wyjaśniają na nowo, mają około 470 milionów lat.

Wzrost roślin to proces zwiększania ich rozmiarów oraz masy, wynikający z podziałów komórkowych i ich powiększania siętetsuya123RF/PICSEL

Bez możliwości wzrostu w trzech wymiarach krajobraz wyglądałby zupełnie inaczej. Nie widzielibyśmy drzew i krzewów rosnących tak, jak dzisiaj. Życie na lądzie prawdopodobnie pozostałoby znacznie bardziej ograniczone – wynika z nowych analiz.

Kluczowe w nowych badaniach okazało się białko o nazwie RAK1, które wykryto u jednego z gatunków mchu. Mchy nie wykształcają prawdziwych liści, łodyg czy korzeni, zamiast nich posiadają listki (mikrofile), łodyżki oraz chwytniki.

Białko RAK1 to jest połączeniem dwóch znanych już rodzajów białek. Obecność RAK1 wywiera specyficzny wpływ na mech: wpływa na metabolizm energetyczny komórek, umożliwiając mu wielokierunkowe podziały oraz tworzenie łodyżek i innych części. Gdy naukowcy porównali dwie wersje tego samego mchu okazało się, że w jednej z nich gen RAK1 był obecny, w drugiej zaś został usunięty.

Gęsta, jasnozielona mechata struktura pokrywająca fragment drewna, z widocznymi cienkimi łodyżkami unoszącymi się ponad powierzchnię mchu, w tle rozmyte naturalne otoczenie.

Mech jest jedną z najwcześniejszych roślin lądowych, które zaczęły rosnąć na ZiemiLUKASZ SZCZEPANSKI/REPORTER123RF/PICSEL

Kluczowy i doskonały mech

Mech jest jedną z najwcześniejszych roślin lądowych, które zaczęły rosnąć na Ziemi. Mchy są organizmami pionierskimi. Potrafią kolonizować niegościnne, ubogie siedliska (skały, piaski). Dzięki zatrzymywaniu pyłów i rozkładowi mchów powstaje próchnica, a w konsekwencji możliwy staje się rozwój roślin bardziej wymagających. Jako gatunki pionierskie odgrywają istotną rolę w ochronie przed erozją i stabilizacji hałd, wydm i wszelkich skarp budowli ziemnych.

Do tej pory wyjaśnienie, w jaki sposób mech rozwinął zdolność wzrostu w trzech wymiarach, koncentrowało się na regulacji genów, a konkretnie na tym, że niektóre geny są „włączane” i „wyłączane” we właściwym momencie.

Naukowcy z Uniwersytetu Kopenhaskiego uważają, że ewolucja nie zawsze tworzy coś zupełnie nowego – czasami po prostu łączy istniejące elementy na nowe sposoby.

„Nasze odkrycia wskazują, że przejście roślin od płaskiego do trójwymiarowego wzrostu zależy nie tylko od regulacji genów, ale także od precyzyjnej kontroli metabolicznej podczas podziału komórek macierzystych i formowania pąków” – mówi Rodriguez.

Podobnie jak ludzkie komórki macierzyste, komórki macierzyste mchów zależą od ściśle kontrolowanego metabolizmu podczas wzrostu i podziału.