30.06.2020
Биологи из МГУ им. М.В. Ломоносова и НИУ ВШЭ выявили закономерности, по которым закладываются органы цветка кубышки жёлтой (Nuphar lutea). Выяснилось, что все элементы её цветка располагаются кругами (мутовками), а не сидят последовательно по спирали, как у некоторых других базальных покрытосеменных растений. Предки кубышки одними из первых отделились от общего ствола эволюционного древа покрытосеменных, поэтому на основе данных о ней можно строить предположения о строении самых первых цветков. Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Cell and Developmental Biology.
Подробнее об исследовании читайте на портале IQ.HSE.
Цветок — одно из главных эволюционных приобретений покрытосеменных растений. Он позволяет привлечь разнообразных опылителей, защитить семена внутри плода и даёт некоторые новые способы распространения, которых не было у более древних голосеменных. Благодаря этим преимуществам цветковые растения расселились по всей планете и стали самой многочисленной группой наземных растений.
Неизвестно, каким образом возникли цветки и как изначально они выглядели. Приблизительно восстановить облик древнейших цветков можно с помощью растений, сохранивших максимальное сходство с первыми покрытосеменными. Логично искать их среди базальных групп — тех, чьи предки раньше других отделились от общего ствола цветковых. У таких организмов строение цветка будет с высокой вероятностью похоже на изначальное.
Из современных цветковых довольно близки к основанию ствола покрытосеменных кувшинковые. В Евразии широко распространена кубышка жёлтая (Nuphar lutea), порой она встречается и в Северной Америке, поэтому могла бы стать удобным модельным объектом. Но детально развитие её цветка современными методами до сих пор никто не описывал.
Сотрудники МГУ им. М.В. Ломоносова и НИУ ВШЭ собрали несколько десятков корневищ кубышки жёлтой с листьями и цветками. Часть из них разрезали на фрагменты, из которых приготовили препараты для световой и сканирующей электронной микроскопии.
Исследователи в первую очередь обращали внимание на верхушки побегов, где закладываются новые листья и цветки. Для изучения отбирались молодые цветки на разных стадиях развития. Чтобы определить их строение ученые измеряли углы между одноименными элементами цветка.
Очень часто у растений элементы побега — листья, цветки, боковые почки и образующиеся из них побеги — расположены по спирали. Подобное расположение органов ранее предполагалось и для цветков, чье строение близко к исходному для покрытосеменных типу, в том числе и для представителей рода Кубышка. Однако выяснилось, что у кубышки в пределах одного цветка углы между его чашелистиками не соответствовали тем, которые должны быть в случае образования спирали (85 и 55 градусов, а не 137,5). Было похоже, что чашелистики и лепестки образуют круги и располагаются на одном уровне, хотя в пределах круга они не обязательно закладываются все одновременно.
У кубышки пять чашелистиков. Если бы все они были в одной мутовке, угол между соседними чашелистиками составлял бы 72 градуса. На самом деле они располагались под такими углами, что де-факто находились в двух кругах: три элемента в наружном, и два во внутреннем. Число лепестков колебалось обычно от 14 до 15, но и они формировали единственный круг, а не спираль. И даже многочисленные тычинки стремились выстроиться по окружности, образуя несколько колец.
Чтобы от предположений, как выглядели первые цветки, была практическая польза, нужно найти хорошую модель для их проверки. Кувшинковые давно претендовали на роль подобной модели, однако предварительно требовалось выяснить некоторые важные деталей строения и развития их цветков. Авторы новой работы детально описали разные стадии развития цветка типичного вида кувшинковых. При этом они использовали объективный параметр — углы между органами. Для евразийских видов кувшинковых это делается впервые.
Пресс-служба НИУ ВШЭ
Нет комментариев