Saintis Akhirnya Menyelesaikan 'Misteri Abominable' Charles Darwin

Selama bertahun-tahun, Charles Darwin dihantui oleh bunga. Pada tahun 1859, naturalis menerbitkan karya paling terkenal, Mengenai Asal-usul Spesies, buku yang umumnya dianggap sebagai asas biologi evolusi. Tetapi 20 tahun kemudian, dia masih diganggu oleh satu perkara yang besar: Di mana ada apa-apa bunga? Dalam surat kepada ahli botani Joseph Dalton Hooker pada tahun 1879, Darwin menyerukan masalah ini sebagai "misteri yang tidak masuk akal." Ia mungkin terdengar konyol, tetapi Darwin tidak dapat menjelaskan bagaimana tumbuhan berbunga - yang dikenali sebagai angiosperma - telah bangkit untuk menguasai dengan cepat lebih banyak angiosperms primitif - kumpulan yang termasuk pokok dan pokok palma.

Rekod fosil menunjukkan kepada kita bahawa kira-kira 100 juta tahun yang lalu, semasa tempoh Kretaceous, pelbagai angiosperma datang ke tempat kejadian dan menggantikan gimnosperma sebagai jenis tanaman yang dominan di Bumi. Banyak tumbuhan yang mendadak - nenek moyang lavender moden, gandum, mawar, magnolia, daisies, dan sebagainya - bertentangan dengan teori Darwin bahawa spesis baru timbul dengan perlahan dari masa ke masa akibat tekanan terpilih. Hipotesis semasa menunjukkan bahawa kebanyakan angiosperma berkembang bersama-sama dengan serangga atau haiwan lain yang menguapnya, tanpa itu tanaman tumbuhan tidak dapat menghasilkan buah-buahan. Tetapi hipotesis ini tidak menerangkan ledakan epik dalam angiosperms purba.

Dalam makalah yang disiarkan Khamis dalam jurnal PLOS Biology, beberapa saintis mencadangkan jawapan kepada misteri yang mengerikan mengapa angiosperms menggantikan gymnosperma begitu tiba-tiba. Kevin Simonin, seorang penolong profesor ekologi dan evolusi di San Francisco State University, dan Adam Roddy hadir bukti bahawa semuanya datang ke kecekapan sel. Rahsia kejayaan angiosperma, kata mereka, adalah pengurangan pesat sel-sel tumbuhan bermula sekitar 140 juta tahun yang lalu. Pengurangan ini secara dramatik meningkatkan kecekapan mereka. Sekali angiosperma menjadi lebih cekap, penguasaan ekosistem daratan mereka hanyalah masa.

Pasukan penyelidik tiba pada kesimpulan ini dengan memeriksa saiz genom relatif dalam angiosperms dan gymnosperms, kemudian membandingkan angka-angka dengan kapasiti menangkap karbon dioksida dan kecekapan pemindahan cecair. Saiz sel boleh berbeza-beza banyak disebabkan oleh pelbagai faktor, tetapi saiz genom adalah prediktor saiz sel yang kuat. Oleh itu, mereka menyimpulkan bahawa genom yang lebih kecil bermakna sel yang lebih kecil - dan oleh itu lebih banyak sel boleh dibungkus ke dalam jumlah tisu tumbuhan yang sama, membolehkan tumbuhan mengambil lebih banyak karbon dioksida dan air, sehingga menghasilkan lebih banyak karbohidrat yang menghasilkan tenaga dan pertumbuhan pemacu.

Fotosintesis adalah sebahagian besar dari gambar ini, kerana kita semua tahu, tumbuhan memerlukan cahaya matahari untuk menjadikan air dan karbon dioksida menjadi karbohidrat. Kajian terdahulu telah menegaskan bahawa keupayaan fotosintesis angiosperma yang lebih tinggi membantu mereka berkembang lebih cepat daripada sepupu gymnosperm mereka, tetapi kajian baru ini menunjukkan kepada kita bagaimana angiosperma mencapai tahap kecekapan yang tinggi ini.

Jadi, walaupun revolusi dengan pencemar memainkan roll besar dalam mekanisme spesifik evolusi angiosperma, Simonin dan Roddy mengatakan ada sesuatu yang lazim untuk semua tumbuhan ini, sesuatu yang penting dalam seni bina bio mereka, yang membolehkan mereka mengambil alih dunia. Mungkin kajian ini akan menjadikan minda Darwin dengan selesa. Tetapi lebih mungkin, dia hanya akan mempunyai soalan baru.

Abstrak: Asal yang mendadak dan kepelbagaian kepelbagaian tumbuhan berbunga semasa Cretaceous telah lama dianggap sebagai "misteri yang tidak masuk akal." Walaupun penyebab kepelbagaian mereka yang tinggi telah dikaitkan sebahagian besarnya untuk menyusun semula dengan penyuap dan herbivora, keupayaan mereka untuk melepaskan paku-pakis yang dominan sebelumnya dan gimnosperma telah menjadi subjek banyak hipotesis. Biasa di kalangan ini adalah bahawa angiosperma sahaja mengembangkan daun dengan lebih banyak, stomata lebih banyak dan rangkaian venation lebih kuat yang membolehkan kadar transpirasi, fotosintesis, dan pertumbuhan yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, bagaimana angiosperma mengemas daun mereka dengan stomata yang lebih banyak dan lebih banyak, dan lebih banyak urat tidak diketahui tetapi dikaitkan - kami menunjukkan - kepada kekangan biophysical yang mudah pada saiz sel. Hanya garis keturunan angiosperma yang mengalami pengurangan genom pesat semasa tempoh Kretase awal, yang memudahkan pengurangan saiz sel yang diperlukan untuk mengemas lebih banyak urat dan stomata ke dalam daun mereka, dengan berkesan membawa produktiviti utama yang sebenarnya lebih dekat dengan potensi maksimumnya. Oleh itu, kebolehan daya saing yang semakin tinggi angiosperma adalah disebabkan oleh sebahagian kecilnya pengurangan genom.