Эпигенетические модификации ДНК не вносят никаких изменений в последовательность нуклеотидов, зато преобразуют, если можно так сказать, их внешний вид: например, к нуклеотиду цитозину прямо в ДНК можно прикрепить метильную группу, превратив его в метилцитозин. По сути, сам генетический код в этом месте не изменится, мутации как таковой не будет, но активность гена с метилированной регуляторной областью станет другой: метилирование подавляет работу гена. (Тут мы заметим, что эпигенетические способы регуляции генетической активности одним лишь метилированием ДНК не исчерпываются.)

Растения, в отличие от животных, не делают тайны из своего эпигенетического наследования. (Фото Donald M. Jones.) Эпигенетические модификации есть у многих живых организмов, но у животных, например, они обнуляются при передаче генетического материала потомкам — уже в половых клетках ДНК освобождается от модификаций. У растений же, напротив, эти модификации передаются из поколения в поколение, и в этом случае можно с полным основанием говорить об эпигенетическом наследственном коде. Но хотя про сохранность эпигенетического кода у растений известно довольно давно, учёные до сих пор выясняют, насколько влиятельны такие модификации, как много может зависеть от них в жизни растений.

Пытаясь разобраться с этим, Фрэнк Йоханнес (Frank Johannes) из Гронингенского университета (Нидерланды) и его коллеги из Национального института здравоохранения и медицинских исследований Франции (INSERM) получили несколько линий арабидопсиса (Arabidopsis): все линии были одинаковы генетически, различаясь лишь эпигенетическими маркерами, которые переходили из поколения в поколение. Именно благодаря тому, что растения были одинаковы генетически, но различались эпигенетически, удалось показать, что эпигенетический код влияет на такие важные характеристики, как время цветения и длина первичного корня.

Результаты исследования опубликованы в Science Express. 

В данном случае авторы работы наблюдали за растениями на протяжении семи поколений, однако известно, что эпигенетические маркеры у Arabidopsis могут проходить неизменными по меньшей мере через два десятка поколений. Ещё раз скажем, что учёным впервые удалось напрямую показать связь между эпигенетическим кодом и важнейшими признаками растений: наличие или отсутствие тех или иных модификаций сопоставляли как с внешним видом и поведением растений, так и с тем, какие области ДНК несли эти модификации. С одной стороны, эти сведения имеют важное практическое значение — к примеру, для тех, кто занимается селекцией новых сортов сельскохозяйственных растений. С другой — это заставляет задуматься над путями эволюции: ведь отбор может действовать не только на уровне генетических мутаций, но и на уровне эпигенетических модификаций. 

Что до животных и человека, то тут вопрос с эпигенетическим наследованием остаётся пока довольно туманным. Есть множество примеров того, что эпигенетическое наследование у животных существует (и что таким образом может передаваться, например, ожирение), но что это за механизмы и как они работают, мы пока не очень себе представляем.

Подробнее: КОМПЬЮЛЕНТА

Чукотский полуостров расположен далеко на севере, за полярным кругом. Трудно поверить, но когда-то и там росли пышные леса, в которых бродили самые настоящие динозавры. О палеонтологических богатствах Чукотки рассказал молодой ученый-палеоботаник Александр Грабовский.

Череп гадрозавра Edmontosaurus. Фото: academic.ru Геологическая летопись жизни растений на Чукотке берет начало в период поздней юры, говорит Грабовский. В те времена здесь было весьма тепло, иногда климат даже оказывался засушливым. В ископаемом состоянии ученым в основном попадаются остатки осевых частей растений – окаменевшие стволы и фрагменты древесины. Но наиболее интересный этап в развитии растительного мира Чукотки приходится на меловой период, когда здесь начинают появляться цветковые растения. Уже к концу мела они расселились по многим территориям, в том числе и по Северной Америке, куда попали через сухопутный мост, соединявший материки. Развитие этого моста сыграло огромную роль не только в расселении растений, но и в формировании растительных сообществ и экосистем.

Довольно интересным этапом развития растений была и граница мелового и палеогенового периодов. Ископаемые остатки растений этого времени находят, например, на хребте Рарыткин в Корякском нагорье. Около 65 миллионов лет назад в этих краях, среди болот и речных долин, шумели хвойно-широколиственные леса, состоящие из таксодиевых, кипарисовых, платанов, орешников, церциссов, виноградов, дубов и розоцветных.

Чукотская палеофлора. Фото: Александр ГрабовскийКонечно, меловые флоры Чукотки нельзя считать тропическими. Это, скорее, тепло-умеренные флоры арктических областей. Максимальная температура для их существования должна была составлять примерно 20 градусов тепла, а минимальная – от нуля до шести градусов мороза. В таких условиях произрастали, например, представители анадырской ископаемой флоры, местонахождения которой расположены в 40 км от г. Анадыря. Это уникальная реликтовая флора, именно здесь сохранились растения, бывшие очень редкими в позднем мелу – такие, как типичные Phoenicopsis, араукариевые и некоторые представители гинкговых. Наверное, это одна из самых интересных флор на Чукотке.

Вообще, надо отметить, что за последние 10 лет в наших краях было сделано очень много интереснейших палеонтологических открытий. Это и окаменевший лес из 200 деревьев, и новые реликтовые флоры, и открытие юры (келловей) в районе Ушканих гор, и первая на Чукотке находка мозазавра из сантон-туронских отложений.

Знамениты своим разнообразием палеогеновые флоры бухты Угольной. Последние исследования позволяют полагать, что древесные растения с большей территории Чукотки (восточная часть) исчезли около 2 млн лет назад. Тогда здесь росли ели, сосны, пихта, тсуга, гинкго, секвойя, а среди цветковых – береза, орешник, граб, дуб, вяз, орех, кария, кастения и др. Морские отложения также очень разнообразны – от ордовика до голоцена. Среди них, мне кажется, наиболее интересны аммониты и остатки иноцерамов.

Очень любопытные находки встречаются и в окрестностях реки Каканаут – здесь росли не только гигантские секвойи и платановые, но и жили арктические динозавры. Каканаутские динозавры наглядно демонстрируют разнообразие древних ящеров и показывают, что они могли жить и размножаться даже в приполярных условиях, где временами устанавливались отрицательные температуры. На Каканауте были найдены остатки тираннозаврид, тродонтид, дромеозаврид, неоцератопсид, гадрозаврид, анкилозаврид и другие ящеры.

В последнее время на Чукотке было проведено несколько экспедиций по изучению динозавров, так что их фауна уже более-менее известна. А вот мозазавров удалось найти только в 2011 году. Лишь в 2013 году было установлено, что фрагменты зубов и позвонков принадлежат именно этой группе рептилий. Мозазавры, скорее всего, не жили здесь постоянно и попали в местонахождение случайно. Хотя находки остатков плезиозавров и акул показывают, что условия для постоянного обитания здесь мозазавров могли существовать и тут.

К сожалению, динозавры еще одного местонахождения – Золотого хребта – на сегодняшний момент изучены очень плохо. Состояние их костных остатков оставляет желать лучшего, и только благодаря хорошо сохранившим зубам удалось определить гадрозавра. Скорее всего, в маастрихтских отложениях Золотого хребта представлены только эти представители динозавров. В 2011 году там было найдено порядка 40 фрагментов костей древних ящеров, в 2013 году последовала новая попытка исследования, но найти удалось лишь единственный фрагмент крупной бедренной кости.

К сожалению, все коренные выходы меловых пород здесь скрыты позднейшими отложениями, что серьезно затрудняет доступ к ним. Но даже уже проведенные исследования показывают, что эти скелеты неполные, разрозненные, и скорее всего, были перенесены водой в озёрную систему ещё в меловое время, где и захоронились.

Источник: PaleoNews

Почти у всех живых существ есть биологические часы, регулирующие работу организма в зависимости от времени суток, и растения тут не исключение. В конце концов, для кого ещё, как не для них, важно чувствовать, день на дворе или ночь, — ведь фотосинтез напрямую зависит от солнечного света.

Резухови́дка Та́ля (лат. Arabidópsis thaliána)Однако если у животных ведущую роль в организации циркадных ритмов играет мозг, то что управляет этими ритмами у растений, не имеющих нервной системы?

Алекс Уэбб (Alex Webb) из Кембриджа (Великобритания) вместе с коллегами поставил опыт, в котором лишал растения Arabidopsis thaliana углекислого газа, и в результате исследователи пришли к выводу, что суточный ритм растениям задают те самые сахара, что синтезируются в ходе фотосинтеза. Точнее — изменения в их концентрации.

В статье, опубликованной в Nature, исследователи пишут о гене PRR7, который активизировался к утру, но зависел при этом от концентрации сахаров. Мутанты по этому гену были нечувствительны к колебаниям сахарозы; в свою очередь, без доступа углекислого газа, то есть при подавлении фотосинтеза, внутренние часы растений расстраивались и начинали опаздывать на 2–3 часа. 

То есть колебания углеводов позволяли настроить метаболизм и физиологию растений перед рассветом, чтобы они могли встретить солнце готовыми к фотосинтезу.

Получается простой и эффективный способ управления циркадными ритмами, когда растение сверяется с временем суток с помощью продуктов фотосинтеза, который сам же от времени суток и зависит.

Подготовлено по материалам Кембриджского университета. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.

Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА

Botrytis cinerea, возбудитель серой гнили — на редкость универсальный плесневый грибок: он поражает боле 200 видов растений, среди которых почти все фрукты и овощи, которые мы едим. Его не останавливают даже низкие температуры: за неделю он может прорасти и в холодильнике, если продукты были им заражены. 

Серая гниль на винограде (фото Nigel Cattlin). Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) узнали, что даёт Botrytis cinerea такую универсальность в отношении хозяев. У растений, как известно, есть собственная защита, аналог иммунитета, и патогену, будь то бактерия, гриб или оомицет, нужно эту защиту как-то преодолеть. Обычно молекулярной «отмычкой» для паразита служат какие-то белки, подавляющие защиту растений

Однако серая гниль пошла по другому пути. Как пишут в журнале Science Арне Вейберг (Arne Weiberg) и её коллеги, Botrytis cinerea использует известнейший механизм РНК-интерференции, вводя в растительные клетки малые регуляторные РНК, которые подавляют синтез защитных белков растений.

Исследователи наблюдали этот процесс при заражении серой гнилью растений арабидопсиса (резуховидки Таля): РНК гриба подавляла работу машины РНК-интерференции, которая обычно и препятствует развитию инфекции. 

Мутанты арабидопсиса, нечувствительные к этой РНК, оставались здоровыми, как и мутант самого гриба, который не мог больше синтезировать собственную интерферирующую РНК и заражать растения. Всё то же самое происходило и при использовании вместо арабидопсиса растений томата. 

По словам авторов, это первая работа, описывающая основанный на малых интерферирующих РНК антииммунный механизм, который используется растительными патогенами. Кроме того, нужно добавить, что в этом случае РНК-интерференция происходит между грибами и растениями, относящимися к отдельным царствам эукариот. (Противовирусную РНК-интерференцию, часто встречающуюся у эукариот, тут в учёт не берут — очевидно, из-за особого положения вирусов в живой природе.)

Впрочем, возможно, серая гниль не уникальна, и другие растительные паразиты тоже могут использовать этот механизм усмирения растительного иммунитета. Практический вывод отсюда более чем ясен: чтобы окоротить серую гниль, нужно найти способ подавить синтез её антииммунных РНК.

Истчонки: КОМПЬЮЛЕНТА

Растения должны точно знать время, когда цвести: чуть раньше положенного или чуть позже — и можно потерять все цветы, остаться без семян, уступить конкурентам в эволюционной гонке. Чтобы вовремя зацвести, нужно учесть множество внутренних и внешних факторов, увязать гормональный статус с продолжительностью светового дня, температурой и пр. Стоит ли удивляться, что цветение у растений контролируется целой сетью генов? 

A. thaliana, не цветущий при низкой температуре (слева) и цветущий при высокой (справа) (фото авторов работы).Исследователи довольно долго изучали эту самую сеть, но молекулярные механизмы, отвечающие, в частности, за «температурные датчики», оставались во многом неясными. Ясность тут удалось внести группе учёных из Института биологии развития Общества Макса Планка (Германия), которые сосредоточились на двух температурных генах — FLM (Flowering Locus M) и SVP (Short Vegetative Phase). А модельным объектом послужил старый добрый Arabidopsis thaliana, сиречь резуховидка Таля.

Как пишут Маркус Шмид и его коллеги в Nature, мРНК, считываемая с гена FLM, претерпевает альтернативный сплайсинг, то есть при созревании новосинтезированной мРНК из неё в зависимости от ситуации вырезаются те или иные куски, а оставшиеся монтируются друг с другом, так что в результате с одного гена можно получить разные матрицы для синтеза белка. У FLM есть два основных варианта мРНК — FLM-β и FLM-δ, и их соотношение как раз зависит от температуры: при низкой преобладает одна мРНК FLM, при высокой — другая. Молекулярная подгонка осуществляется довольно быстро: при возрастании температуры с 16 до 27 °C растению достаточно суток, чтобы сменить соотношение видов мРНК. Но регуляцию цветения разные варианты FLM выполняет в союзе с белком SVP. Когда холодно, белок FLM-β связывается с SVP, и этот белок-белковый комплекс взаимодействует с регуляторными областями в ДНК, которые отвечают за цветение. Комплекс FLM-β с SVP подавляет активность этих зон, и растение на холоде не цветёт. Если же температура повышается, то вслед за ней растёт и уровень FLM-δ, который вытесняет «холодовый» вариант из комплекса с SVP. «Тепловой» комплекс FLM-δ и SVP с регуляторами цветения в ДНК связывается плохо, и эти регуляторы активируются и запускают формирование цветков. 

То есть термодатчиком тут служит один и тот же ген, который при разных температурах даёт два разных, конкурирующих друг с другом белка, а конкретным молекулярным инструментом выступает альтернативный сплайсинг.

Очевидно, существует и какой-то механизм или особенность гена FLM, от которых зависит переключение сплайсинга с одного варианта на другой. Не секрет, что один и тот же вид растения может цвести в тех или иных широтах в разное время. И, скорее всего, это связано с вариациями в гене FLM, который переключается на разные варианты при разных пороговых температурах.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Уникальной палеонтологической находкой поделились специалисты  Хакасского заповедника: в одном из районов республики они  обнаружили выход на поверхность пород с отпечатками  лепидодендронов – растений, покрывавших планету в девонский и  каменноугольный периоды истории Земли, задолго до появления  динозавров.

Каменноугольный месГорный массив Уйтаг в Аскизском районе Хакасии представляет собой  многослойные скальные породы, расположенные, как страницы  вертикально стоящей книги. Таким образом, окаменелости находятся  на поверхности и их можно разглядеть невооружённым глазом.   Возможно, такие же отпечатки растений, но скрытые под землёй,   могут находиться и на территории самого заповедника «Хакасский».   «Тем ценнее и интереснее находка», – считает младший научный  сотрудник заповедника Светлана Лебедева, участвовавшая в  экспедиции на Уйтаг.

«Экспонат», о котором идёт речь – это гигантский предок весьма  невзрачных ныне плаунов, растений с ползучими стеблями и  вертикальными побегами, произрастающих на влажной и заболоченной  почве лесов или тундры. В отличие от них, лепидодендрон имел  форму деревьев, высота которых составляла от 10 до 35 метров, а  диаметр ствола – до одного метра. Его ископаемые образцы плотно  усыпаны рубцами от опавших листьев, и имеют уникальную  поверхность, напоминающую кожу змеи или аллигатора.

Источник: Научная Россия

3. Разнообразие растений

Предполагают, что в целом на Земле существует более 350 тыс. видов растений. К настоящему времени учёным удалось описать около 500 000 видов (высших растений около 300 - 350 000 видов и около 150 000 видов низших растений), среди них более 300 000 цветковых, 25 000 мохообразных, 11 000 папоротников, 8000 зелёных водорослей (табл. 3.1).

4. Строение растений

Рис. 4.1. Строение растительной клетки.Для клеток растений (рис. 4.1) характерен   большой относительный размер (до нескольких сантиметров), наличие жёсткой клеточной   оболочки из целлюлозы (рис. 4.2),   присутствие хлоропластов и крупной центральной вакуоли, позволяющей   регулировать рис. 4.3).   Во время деления перегородка образуется за счёт слияния многочисленных пузырьков (фрагмопласт). Сперматозоиды растений дву- (у мохообразных и плауновидных)   или многожгутиковые (у остальных папоротникообразных, саговниковых и гинкговых),   причем ультраструктура жгутикового аппарата очень   похожа на таковую в жгутиковых клетках харовых   водорослей (отдел Зелёные   водоросли).

Рис. 4.2. Строение стенки клетки растений.Клетки растений объединяются в ткани. Ткани растений характеризуются практически полным отсутствием межклеточного вещества, большим количеством мёртвых клеток (некоторые ткани, такие как склеренхима и пробка, состоят почти исключительно из мёртвых клеток), а также тем, что, в отличие от животных, ткань растения может состоять из разных типов клеток (например, ксилема(рис. 4.4) состоит из водопроводящих элементов, волокон древесины и древесинной паренхимы).

Рис. 4.3. Строение клетки растения.Большинство растений характеризуется значительным расчленением тела. Существуют несколько типов организации тела растений: талломный, при котором отдельные органы не выделяются и тело представляет собой зелёную пластину (некоторые мохообразные, заростки папоротников), листостебельный, при котором тело представляет собой побег с листьями (корни отсутствуют; большинство мохообразных), и корнепобеговый, когда тело делится на корневую и побеговую систему. Побег большинства растений состоит из осевой части (стебля) и боковых фотосинтезирующих органов (листьев), которые могут возникать либо как выросты внешних тканей стебля (у мохообразных), либо как следствие слияния укороченных боковых ветвей (у папоротникообразных). Зачаток побега принято считать особым органом — почкой.

Рис. 4.4. Строение растений.

5. Размножение

Жизнедеятельность живого организма невозможна без размножения. Посредством размножения происходит увеличение числа особей в растительном мире. Существует три способа размножения растений — вегетативное, бесполое и половое.

При вегетативном способе размножения (рис. 5.1) новая особь растения образуется из части вегетативных органов растений, т. е. листа, стебля или корня.

Иногда новая особь возникает даже из отдельной клетки того или иного вегетативного органа растения.

При бесполом размножении растений образуются специальные клетки (споры), из которых непосредственно вырастают новые самостоятельно живущие особи, сходные с материнской.

    Половое размножение принципиально отличается от вегетативного и бесполого(рис.5.2). Половой процесс в растительном мире крайне разнообразен и часто очень сложен, но по существу сводится к слиянию двух половых клеток (гамет) — мужской и женской.

Рис. 5.1. Вегетативное размножение растений.Гаметы возникают в определенных клетках или органах растений. В некоторых случаях гаметы одинаковы по размерам и форме и обе обладают подвижностью благодаря наличию жгутиков (изогамия); иногда они несколько отличаются друг от друга по размерам (гетерогамия). Но чаще — при так называемой оогамии — размеры гамет резко различны: мужская гамета, называемая сперматозоидом, небольшая, подвижная, а женская — яйцеклетка — неподвижная и крупная. Процесс слияния гамет называется оплодотворением. Гаметы имеют в своем ядре по одному набору хромосом, а в образовавшейся после слияния гамет клетке, которая называется зиготой, число хромосом удваивается. Зигота прорастает и дает начало новой особи растения.

    Половой процесс осуществляется у растений в определенное время и на определенном этапе его развития, на протяжении которого растение может размножаться также и бесполым путем (с образованием спор), и вегетативно .

Рис. 5.2. Размножение растений.Половое размножение возникло в растительном мире в процессе эволюции. У бактерий и сине-зеленых водорослей его еще нет. У большинства водорослей и грибов, а также у всех высших наземных растений половой процесс отчетливо выражен.

Половое размножение очень важно для организма тем, что благодаря слиянию отцовской и материнской клеток создается новый организм. Он имеет большую изменчивость, лучше приспособлен к условиям окружающей среды.

6. Питание

    Поспособу получения и использования питательных материалов и энергии все организмы разделяются на две резко различные группы — автотрофы и гетеротрофы.

Рис. 6.1. Растение-паразит омела окрашенная Большинство существующих растений  – автотрофы, т.е. синтезируют органические вещества из неорганических, используя солнечную энергию. К ним относятся все растения, имеющие хлорофилл, усваивающие солнечный свет, а значит, способны к фотосинтезу. Этим растениям принадлежит огромная роль в накоплении первичного  органического вещества, используемого далее в пищу гетеротрофами (животными, человеком, бактериями). Не случайно земные растения относятся к продуктам экологических систем.
    К растениям – гетеротрофам относят  немногочисленные растения – паразиты живущие за счет организма – хозяина и растения - хищники питающиеся непостредственно насекомыми.

    Растения-паразиты полностью или частично живущие за счёт питательных веществ живых организмов. Цветковые растения - паразиты паразитируют главным образом на высших растениях, в том числе на культурных (подсолнечнике, томатах, сорго, табаке и др.), снижая их урожай. Факультативные растения-паразиты могут существовать как за счёт чужеядности (паразитизма), так и используя др. способы питания (например, фотоавтотрофный). Другие источники питания используют иногда и облигатные растения-паразиты (растения-полупаразиты являются одновременно и чужеядными и фототрофными организмами; петров крест — одновременно и растение-паразит и растение-хищник). Растения-паразиты или внедряют в ткани организма-хозяина только гаустории, служащие для извлечения пищи (эктопаразиты, например - омелла рис. 6.1, рис. 6.2, заразиха и повилика), либо полностью или главным образом развиваются в тканях растения-хозяина и выходят на поверхность его тела только для размножения (эндопаразиты — раффлезиевые и др.). 

Рис. 6.2. Гаустории омелы

Эволюция растений-паразитов шла от случайного паразитизма через факультативные его формы к облигатному паразитизму, что сопровождалось утратой способности к фотоавтотрофному или сапрофитному питанию и приобретением приспособлений к чужеядному питанию. Структуры, обеспечивающие автотрофное питание, постепенно утрачивались или преобразовались в органы чужеядного питания (например, верхушки корней цветковых растений — в гаустории). Под влиянием паразитизма у некоторых из них изменился и ход развития. Развитие высокоспециализированных цветковых растений-паразитов характеризуется метаморфозом — превращением их организации в процессе онтогенеза. В некоторых группах растений развились более сложные формы паразитизма (аллелопаразитизм); например, цветковые растения с эндотрофной микоризой характеризуются взаимным паразитизмом цветкового растения и гриба (орхидные, грушаиковые и др.). Встречаются случаи и эпипаразитизма («тройного» паразитизма): микотрофное цветковое растение получает пищу из окружающих хвойных растений через посредство общего для них микоризного гриба (подъельник).

Рис. 6.3. Растение-хищник - Росянка.Другой разновидностью гетеротрофных растений являются растения-хищники. Насекомоядные растения или хищные растения являются многолетними травянистыми растениями, улавливающие насекомых (изредка др. мелких животных) и использующие их как дополнительный источник питания (главным образом азотистого). Насекомоядные растения встречаются во всех частях света. Около 500 видов из 6 семейства, в том числе росянковых, пузырчатковых, непентесовых, саррацениевых и цефалотовых. На территогии бывшего СССР встречается около 18 видов из 4 родов, относящихся к 2 семействам: росянковых (росянка (рис. 6.3), альдрованда) и пузырчатковых (пузырчатка, жирянка). Насекомоядные растения обитают в воде пресных водоёмов, на заболоченных лугах и болотах, т. е. на субстратах, бедных соединениями азота. Неизбежное в таких условиях азотистое голодание, а также недостаток фосфора, калия и др. веществ растения-хищники восполняют за счёт насекомых, улавливаемых ими при помощи ловчих органов — метаморфизованных листьев. На поверхности таких листьев имеются желёзки, выделяющие пищеварительные ферменты типа пепсина и органические кислоты (муравьиную, бензойную и др.). Ферменты расщепляют белки тела животного до более простых, усваиваемых насекомоядным растением соединений. У наземных растений-хищников корневая система развита слабо, у водных она редуцирована, тем не менее, все они могут существовать за счёт веществ, получаемых из почвы или воды. Эксперименты показывают, что растения, живущие только за счет корневого питания, в отличие от своих собратьев, получающих животную пищу, заметно отстают в росте и находятся в крайне угнетенном состоянии. Однако дополнительное питание животной пищей ускоряет развитие насекомоядного растения, переход к цветению и плодоношению. У одних хищных растений (росянка, жирянка, росолист и др.) листья покрыты многочисленными головчатыми желёзками, выделяющими липкую прозрачную жидкость, привлекающую насекомых и приклеивающую их к листу. При попадании насекомого на ловушку у растения усиливается секреция желёзок; при этом железистые волоски изгибаются по направлению к телу насекомого (росянка) или заворачиваются края ловчего листа, на котором оно находится (жирянка). У др. растений ловчий аппарат представлен или пассивно улавливающими насекомых урнами (непентес, саррацения, дарлингтония и др.) или активно действующими ловушками (дионея, альдрованда, пузырчатка и др.).

 1 2

А.С.Антоненко

1. Введение

Рис. 1.1. Царство растений.Расте́ния (лат. Plantae или лат. Vegetabilia рис. 1.1) — одна из основных групп многоклеточных организмов, включающая в себя в том числе деревья, кустарники, травы, лианы, папоротники, мхи и водные растения. Вопрос, сколько в мире видов растений, в настоящее время не имеет точного или даже приблизительного ответа — учёные уже в течение 250 лет пытаются систематизировать все живые организмы, однако масса мелких и микроскопических форм живых существ до сих пор остаётся не открытой. Как выразился сотрудник Музея естественной истории в Нью-Йорке Джоэл Кракрафт (англ. Joel Cracraft), «мы выполнили великолепную работу по классификации организмов размером с муху и крупнее, однако более мелкие формы до сих пор остаются малоизученными». Известно, что на момент 2004 года учёными было зарегистрировано около 287 655 различных видов растений, среди них около 258 650 цветковых, 16 000 мхов, 11 000 папоротников и 8000 зелёных водорослей .

    Вопрос о том, что же называть растением, выглядит не столь однозначным, как это кажется на первый взгляд. Первым на этот вопрос попытался ответить древнегреческий философ и учёный Аристотель, поместив растения в промежуточное состояние между неодушевлёнными предметами и животными. Он определил растения как живые организмы, неспособные самостоятельно передвигаться (в противоположность животным). Позднее были открыты бактерии и археи, которые никак не подпадали под общепринятое понятие растений. Уже во второй половине XX века грибы и некоторые типы водорослей были выделены в отдельные категории, поскольку не имеют сосудистой и корневой системы, которая присутствует у других растений.

По современным представлениям растение должно подходить под следующие требования:

• Наличие плотной, не пропускающей твёрдые частицы, клеточной оболочки (как правило, состоящей из целлюлозы)

• автотрофное (обычно фототрофное) питание — получение органических веществ с помощью углекислого газа и энергии солнца (так называемый фотосинтез). Ранее к растениям также относили бактерии, сине-зелёные водоросли и грибы, однако в последнее время их обычно относят к другим группам организмов.

2. Появление и эволюция растений

Рис. 2.1. Протерозойская эра.Царство растений объединяет два подцарства: Низшие растения и Высшие растения (по другой систематике – три подцарства: Багрянки, Настоящие водоросли и Высшие растения). К низшим растениям относятся водоросли и лишайники, к высшим – высшие споровые (моховидные и папоротникообразные) и семенные (голосеменные и покрытосеменные).

    Начало развития растительного царства на Земле можно отнести к архейской эре (примерно 3500 млн лет назад), в которой появились синезеленые водоросли (их относят также к цианобактериям, т.к. в клетках этих водорослей еще не было оформленного ядра, т.е. они были прокариотами – доядерными организмами).

Рис. 2.2. Реконструкция - риниофиты (Rhyniophyta)Это были одноклеточные и многоклеточные прокариотические организмы, способные к фотосинтезу с выделением кислорода, что привело к обогащению атмосферы Земли кислородом, необходимым для всех аэробных организмов. В протерозойской эре (примерно 2600 млн лет назад рис.2.1) господствовали зеленые и красные водоросли. Водоросли – это низшие растения, тело которых не расчленено на отделы и не имеет специальных тканей (такое тело называют талломом). Водоросли продолжали господствовать и в палеозое (около 570 млн лет назад), однако в силурийском периоде палеозоя появляются древнейшие высшие растения – риниофиты (или псилофиты). Эти растения уже имели побеги, но у них еще не было листьев и корней. Размножались они спорами и вели наземный или полуводный образ жизни.

    Появление наземных, или высших, растений ознаменовало начало новой эры в жизни нашей планеты. Освоение растениями суши сопровождалось появлением новых, наземных, форм животных; сопряженная эволюция растений и животных привела к колоссальному разнообразию жизни на земле, изменила ее облик. Первые достоверные наземные растения, известные только по спорам, датируются началом силурийского периода (410-420 млн. лет назад) ими были так называемые риниофиты (рис. 2.2). Из верхнесилурийских и нижнедевонских отложений по сохранившимся макроостаткам или по отпечаткам органов описаны наземные растения. Эти первые известные нам высшие растения объединены в группу риниофитов . Несмотря на анатомическую и морфологическую простоту строения, это были уже типичные наземные растения. Об этом свидетельствует наличие кутинизированной эпидермы с устьицами, развитой водопроводящей системы, состоящей из трахеид , и наличие многоклеточных спорангиев с кутинизированными спорами. Следовательно, можно предположить, что процесс освоения суши растениями начался значительно раньше - в кембрии или в ордовике. 

Рис. 2.3. Болото силурийского периода. 1 - риния, 2- куксония, 3- зостерофиллиум, 4 - псилофитон, 5 - астероксилон, 6 - палеофон, 9 - птераспис, 10 - цефаласпид, 11 - телодонт.Предпосылок для появления наземных растений было, по-видимому, несколько. Во-первых, независимый ход эволюции растительного мира подготовил появление новых, более совершенных форм. Во-вторых, за счет фотосинтеза морских водорослей в атмосфере земли произошло увеличение количества кислорода; к началу силурийского периода оно достигло такой концентрации, при которой оказалась возможной жизнь на суше (рис. 2.3). В-третьих, в начале палеозойской эры на обширных территориях земли происходили крупнейшие горообразовательные процессы, в результате которых возникли Скандинавские горы, горы Тянь-Шань, Саяны. Это вызвало обмеление многих морей и постепенное появление суши на месте бывших мелких водоемов. Если раньше водоросли, населявшие литоральную зону, только в отдельные кратковременные периоды жизни оказывались вне воды, то по мере обмеления морей они переходили к более длительному пребыванию на суше. Это, очевидно, сопровождалось массовой гибелью водорослей; выживали лишь те немногие растения, которые смогли противостоять новым условиям жизни.

В ходе длительного эволюционного процесса возникали новые виды, постепенно формировавшие типичные наземные растения.

  К сожалению, промежуточные формы палеонтологическая летопись не сохранила. Новая воздушно-наземная среда обитания оказалась чрезвычайно противоречивой, принципиально отличной от первоначальной водной. Прежде всего она характеризовалась повышенной солнечной радиацией, дефицитом влаги и сложными контрастами двухфазной воздушно-наземной среды. Вполне вероятно допустить, что у некоторых переходных форм в процессе обмена веществ мог вырабатываться кутин, который откладывался, на поверхности растений. Это было первым этапом формирования эпидермы. Чрезмерное выделение кутина неминуемо приводило к гибели растений, так как сплошная пленка кутина препятствовала газообмену. Только те растения, у которых выделялось умеренное количество кутина, смогли сформировать сложную специализированную ткань - эпидерму с устьицами, способную и защищать растение от высыхания, и осуществлять газообмен. Таким образом, важнейшей тканью наземных растений, без которой невозможно освоение суши, следует считать эпидерму. Однако возникновение эпидермы лишало наземные растения возможности поглощать воду всей поверхностью, как это происходит у водорослей. 

Рис. 2.4. Представитель хетофордовых.У самых первых наземных растений, имевших еще небольшие размеры, поглощение воды осуществлялось с помощью ризоидов - одноклеточных или многоклеточных однорядных нитей. Однако по мере увеличения размеров тела происходил процесс формирования сложных специализированных органов - корней с корневыми волосками . По-видимому, образование корней, начавшееся с верхнедевонского периода, в разных систематических группах растений происходило разными путями. Активное поглощение воды ризоидами и корнями стимулировало возникновение и совершенствование водопроводящей ткани - ксилемы. У нижнедевонских растений ксилема состояла только из кольчатых и спиральных трахеид. Начиная с верхнего девона прослеживается тенденция к "оживлению" ксилемы за счет развития древесной паренхимы , которая способствовала более активному проведению воды. 

    Выход растений на сушу сопровождался улучшением их освещения, что активизировало процесс фотосинтеза. Это приводило к увеличению количества ассимилятов, а следовательно, к увеличению объема растений, что вызвало необходимость их морфологического расчленения. 

 Существует несколько взглядов на исходную форму первых наземных растений. Одни авторы считают первичной формой пластинчатую - талломную , другие - напротив, радиальную. Есть третья точка зрения, согласно которой первые наземные растения выводятся из гетеротрихальных зеленых водорослей типа хетофоровых (рис. 2.4). Их стелющиеся части тела дали начало талломным формам, а восходящие - радиальным, т.е. талломные и радиальные структуры возникали одновременно и развивались параллельными путями. Пластинчатые талломы оказались малоперспективными в биологическом отношении, так как они очень быстро опутали бы всю поверхность земли тонким слоем, вызвав обостренную конкуренцию за свет. Восходящие структуры, напротив, получили дальнейшее развитие и сформировали радиальные ветвящиеся осевые органы. Вертикальное положение тела растения оказалось возможным только при условии возникновения механических тканей . (Лигнификация клеток явилась, по- видимому, следствием избытка углеводов в ходе усиленного фотосинтеза).

Рис. 2.5. Нижнедевонский пейзаж.Независимо от формы тела во всех группах наземных растений очень рано (с середины девона ) начала проявляться тенденция к образованию плоских боковых фотосинтезирующих органов - листьев . Подобно корням листья возникали разными путями, т.е. в разных систематических группах они имеют разное происхождение. (Своеобразие происхождения листьев нашло отражение в терминологии; так, все листья мохообразных иногда называют филлидами , листья плауновидных - микрофиллами, или филлоидами , листья папоротникообразных - макрофиллами, или вайями. Однако эти термины не всегда раскрывают специфику листьев разных групп растений).

    Большая поверхность листьев в сочетании с наиболее совершенной, зернистой формой хлоропластов способствовала увеличению эффективности процессов фотосинтеза, т.е. накоплению органического вещества. Быстрое и равномерное распределение пластических веществ по всему телу растения оказалось возможным только при наличии совершенной проводящей ткани - флоэмы, которая обнаруживается уже у нижнедевонских риниофитов (рис. 2.5). 

Рис. 2.6. Мезозойская эра.Таким образом, у высших растений произошло формирование важнейших тканей - эпидермы , ксилемы , флоэмы , механической ткани и важнейших органов - листостебельного побега и корня . По-латыни побег - кормос (cormos) , поэтому многие авторы называют высшие растения кормофитами. Однако А.Л.Тахтаджян справедливо отрицает универсальность этого названия, так как среди высших растений есть талломные мохообразные , а первые наземные растения - риниофиты еще не имели сформированных побегов. 

 Появившись в нижнем палеозое, высшие споровые растения стали быстро распространяться по поверхности земли, осваивая новые территории. Этому в значительной степени способствовало отсутствие в тот период конкуренции. Палеозойская эра характеризовалась интенсивными видообразовательными процессами, что привело к расцвету папоротникообразных, членистых, плауновидных. В мезозойскую эру господство в растительном мире переходит к голосеменным растениям, а в сменившую ее кайнозойскую эру расцвета достигают покрытосеменные растения.

Рис. 2.7. Море и суша девонского периода.Итак, давайте тепрь подведем итоги. Рассмотрим в какой же из периодов какие возникали на нашей земле растения.

    В протерозойской эре (примерно 2600 млн лет назад) господствовали зеленые и красные водоросли (рис. 2.1).

    В силурийском периоде палеозоя (443 - 417 миллионов лет назад рис. 2.3) появляются древнейшие высшие растения – риниофиты рис. 2.2 (или псилофиты). Эти растения уже имели побеги, но у них еще не было листьев и корней. Размножались они спорами и вели наземный или полуводный образ жизни. 

Рис. 2.8. Флора и фауна карбона (каменноугольного периода).В девонском периоде палеозоя (416 - 360 млн. лет назад рис. 2.5, рис. 2.7) появляются моховидные и папоротникообразные (плауны, хвощи, папоротники), а господствуют на Земле риниофиты и водоросли. Моховидные и папоротникообразные – это Высшие споровые растения. У мхов появляются стебли и листья (выросты стебля), однако корней еще нет; функцию корней выполняют ризоиды – корнеобразные отростки от стебля. В цикле развития мхов преобладает гаплоидное поколение (гаметофит) – это само растение мха. Диплоидное поколение (спорофит) не способно к самостоятельному существованию и питается за счет гаметофита. У папоротникообразных появляются корни; в цикле их развития преобладает спорофит (само растение), а гаметофит представлен заростком – это маленькая сердцевидная пластинка у папоротников или клубенек у плаунов и хвощей. В древности это были огромные древовидные растения. Размножение у высших споровых невозможно без воды, т.к. оплодотворение яйцеклетки у них происходит в капельках воды, в которых подвижные мужские гаметы – сперматозоиды – движутся к яйцеклеткам. Именно поэтому вода для Высших споровых – ограничивающий фактор: если не будет капельной воды, размножение этих растений станет невозможным.

Рис. 2.9. Пермский период палеозоя.В карбоне (каменноугольном периоде 360 - 285 млн. лет назад) появляются семенные папоротники, от которых в дальнейшем, как полагают ученые, произошли голосеменные растения (рис. 2.8). Господствуют на планете гигантские древовидные папоротникообразные (именно они и дали залежи каменного угля рис. 2.10), а риниофиты в этом периоде полностью вымирают. 

Рис. 2.10. Одним из доминирующих деревьев карбона был лепидодендрон.В пермском периоде палеозоя (299 - 251 млн. лет назад рис. 2.9) появляются древние голосеменные растения. Господствуют в этом периоде семенные и травянистые папоротники, а древовидные папоротникообразные вымирают. Голосеменные растения относятся к семенным растениям. Размножаются они семенами, которые не защищены стенками плода (цветков и плодов у голосеменных растений нет). Появление этих растений было связано с поднятием суши и колебаниями температуры и влажности. Размножение этих растений уже не зависит от воды.

    В мезозое (примерно 240 млн лет рис. 2.6, рис.2.11, рис. 2.12) различают три периода – триасовый, юрский и меловой. В этот период появляются современные голосеменные (в триасе) и первые покрытосеменные (в юрском периоде). Господствующие растения – голосеменные. Древние голосеменные растения и папоротники в эту эру вымирают.

Рис. 2.11. Ветка при- примитивного хвой- ного растения мезозоя - кардаита.Появление покрытосеменных растений было связано с целым рядом ароморфозов. У этих растений появляется цветок – видоизмененный укороченный побег, приспособленный для образования спор и гамет. В цветке осуществляется опыление, оплодотворение, формируется зародыш и плод. Семена покрытосеменных растений защищены околоплодником – это способствует их сохранению и распространению. При половом размножении у этих растений происходит двойное оплодотворение: один спермий оплодотворяет яйцеклетку, а второй спермий – центральную клетку зародышевого мешка, в результате чего образуются зародыш и триплоидный эндосперм – питательная ткань зародыша. Оплодотворение происходит в зародышевом мешке, который развивается в семяпочке, защищенной стенками завязи.

Рис. 2.12. Мезозойский уроган.Среди покрытосеменных растений есть травы, кустарники, и деревья. Вегетативные органы (корень, стебель, лист) имеют множество видоизменений. Для покрытосеменных характерна высокая эволюционная пластичность. Их эволюция шла очень быстро. Большую роль в этом сыграли насекомые-опылители. Покрытосеменные – единственная группа растений, образующая сложные многоярусные сообщества. Это способствует более интенсивному использованию среды и успешному завоеванию новых территорий.

Рис. 2.13. Флора и фауна кайнозойской эры.В кайнозойской эре (ее возраст примерно 62–70 млн лет рис. 2.13) на Земле господствуют современные покрытосеменные и голосеменные растения, а Высшие споровые растения подвергаются биологическому регрессу. 

 1 2

А.С.Антоненко

На западе Индии ученые нашли уникальный янтарь. Он образован смолой деревьев семейства диптерокарповых. В янтаре ученые обнаружили множество насекомых, растений и грибов. Особые свойства янтаря позволили аккуратно выделить эти включения, совершенно не повредив их.

Месторождение янтаря подарило биологам 100 видов древних жителей Земли Международная группа исследователей под руководством профессора Йеса Руста (Jes Rust) из Университета Бонна обнаружила в камбейских сланцах в штате Гуджарат на западе Индии 150 кг янтаря. Этот камбейский янтарь, возраст которого составил, по подсчетам ученых, примерно 50 млн лет, оказался удивительно богат ископаемыми останками животных, растений и грибов. Проанализировав их видовой состав, палеобиологам удалось сделать несколько важных открытий относительно происхождения индийской флоры и фауны.

Путешествие Индийской плиты

Биота Индии всегда считалась уникальной. Ведь, как думали ученые, Индия долгое время находилась в изоляции — после того, как произошло ее отделение от Африки, и до момента присоединения к Азии. «У Индии богатая геологическая история. Индийская плита вместе с Мадагаскаром отделилась от Африки в середине юры примерно 160 млн лет назад, Индия же отделилась от Мадагаскара в середине мелового периода, примерно 90 млн лет назад. И тут же Индийская плита начала стремительное движение в сторону Азии (со скоростью 15−25 см в год). Момент столкновения двух плит, который привел к образованию крупнейшего горного массива Гималаев, произошел примерно 50 млн лет назад», — напоминает Руст.

Камбейский янтарь

Анализ химического состава янтаря позволил ученым выяснить, что он образован смолой деревьев семейства диптерокарповых (Dipterocarpaceae), которые, по словам авторов, доминировали 50 млн лет назад в лесах Индии, впрочем, так же, как и сейчас. Этот янтарь отличается невысокой степенью полимеризации, его поверхность часто может быть мягкой и даже липкой. Но что особенно важно, он растворим в хлороформе. Это свойство камбейского янтаря очень помогло исследователям. Опустив находку в растворитель, они смогли выделить все включения биоты, абсолютно не повредив их. «Насекомые прекрасно сохранились. Это все равно, что обнаружить целого динозавра, а не только отдельные его кости. Мы могли увидеть все детали. Это просто поразительно», — говорит Руст.

Всего из камбейского янтаря ученые достали 700 особей членистоногих, которых отнесли к 100 видам и 55 семействам. Прекрасная сохранность образцов позволила ученым провести их филогенетический анализ. Как утверждают авторы, все виды имеют близкое родство с азиатскими и даже европейскими представителями. По мнению профессора Руста, по мере того, как индийская плита двигалась к Азии, ее осколки формировали небольшие острова, через которые виды из Европы и Азии попадали на Индийскую плиту. «Мы считаем, что до того, как произошло столкновение Индии и Азии, образовался целый архипелаг. Наше исследование показывает, что именно тогда началось перемешивание европейской, азиаткой и индийской флоры и фауны», — подчеркнул Руст.

Статья профессора Руста и его коллег Biogeographic and evolutionary implications of a diverse paleobiota in amber from the early Eocene of India опубликована в последнем номере журнала PNAS.

Источник: infox.ru

Семенные растения сумели завоевать мир не только благодаря эффективному способу размножения, но и из-за нового способа регулировки водного баланса.

Между растениями и атмосферой происходит постоянный газообмен, вход и выход регулируют поры на поверхности листьев – устьица. Через них растение получает кислород для дыхания и углекислый газ для фотосинтеза, через них же происходит испарение воды – транспирация. Устьица открываются и закрываются под действием внешних и внутренних факторов.

Растение с устицамиУстьица устроены просто: две замыкающие клетки бобовидной формы, между которыми находится устьичная щель. К замыкающим клеткам примыкают соседние клетки эпидермиса – вспомогательные. У всех сосудистых (высших) растений работает базовый механизм регуляции работы устьиц, основанный на принципе гидравлики. Если содержание воды в замыкающих клетках увеличивается, они напрягаются – повышается тургор, и меняют форму, открывая устьичную щель. Через отверстие происходит испарение воды. Содержани воды снижается — клетки становятся вялыми, а щель замыкается.

Но как показали австралийские ученые из Университета Тасмании в Хобарде (University of Tasmania, Hobart), регуляция работы устьиц у семенных растений и их предшественников – папортников и плаунов принципиально различается.

Гормональная регуляция лучше гидравлической

У семенных растений помимо такого пассивного механизма регуляции имеется активный, за который отвечает фитогормон абсцизовая кислота, или абсцизин. Если количество воды в клеточных тканях снижается, уровень абсцизина увеличивается. А к нему чувствительны замыкающие клетки.

В эксперименте ученые поливали раствором абсцизина растения из разных групп. Когда концентрация фитогормона достигала определенной величины, у покрытосеменных и голосеменных (хвойных) растений закрывались устьица. Папортники и плауны так на абсцизин не реагировали. То есть, у них активного механизма, регулирующего работу устьиц. Закрыть устьица у них можно другим способом – отрезать лист; тогда соседние ткани резко теряли воду.

Фитогормон абсцизин и у папортников, и у плаунов есть – у них работают гены, обеспечивающие его синтез. И хотя концентрация гормона в их тканях намного меньше, чем в тканях семенных растений, он выполняет другие присущие ему функции, например, регулирует рост и развитие. Но семенные растения научились абсцизином регулировать работу устьиц, за счет чего приобрели более тонкий механизм контроля водного баланса, так как на гормон клетки отвечают намного быстрее, чем на изменения тургора.

Секрет завоевания мира

Устьица семенных растений, в отличие от папортников и плаунов, реагируют не только на то, как меняется содержание воды, но и на концентрацию CO₂ в воздухе подустьичной полости: при снижении – открываются, при повышении – закрываются. К снижению СО₂ приводит фотосинтез в замыкающих клетках под действием света, и открытие устьиц обеспечивает приток углекислого газа из воздуха. Это позволяет регулировать жизнедеятельность в зависимости от времени суток.

Биологи пришли к заключению, что активно регулировать работу устьиц предковые формы семенных растений начали около 360 млн лет назад, когда отделились от папортников и плаунов. Именно тонкие механизмы контроля водного баланса позволили семенным растениям широко распространиться по миру и приспособиться к любому климату, в том числе к засушливому.

Статья о причинах глобального успеха семенных растений опубликована в Science.

Источник: Infox.ru

Джонатан Гринберг из Калифорнийского университета в Дэвисе (США) и его коллеги бросили вызов широко распространённому представлению о том, что растения перебираются повыше в ответ на потепление климата.

ФлораИсследователи обнаружили, что с 1930 по 2000 год вместо того, чтобы стремиться к жизни при одной и той же температуре, многие калифорнийские виды, наоборот, спустились в среднем на 80 м. Они выбрали более тёплые условия в обмен на повышенную влажность. Если бы новый климат был более сухим, они не смогли бы позволить себе столь высокие температуры.

Многие специалисты предсказывают, что по мере глобального потепления флора будет забираться всё выше и выше, пока мигрировать будет уже некуда, только в мир иной. Эти прогнозы опирались на представление о том, что температурные условия — главный фактор распространения растительных видов. Как видим, влажность нельзя сбрасывать со счётов.

Во многих областях, расположенных выше 45° северной широты, количество осадков за последнее столетие выросло. Глобальные климатические модели предсказывают, что эта тенденция исчезать не собирается, так что бояться за растения пока не стоит.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Изучив два новых вида жуков с острова Новая Каледония, ученые сделали еще одно открытие — в их пищеварительном тракте они нашли новые виды растений.

Два новых вида жуков (Arsipoda geographica и Arsipoda rostrata) с острова Новая Каледония в Тихом океане Два новых вида жуков (Arsipoda geographica и Arsipoda rostrata) на острове Новая Каледония в Тихом океане обнаружила группа ученых под руководством доктора Хесуса Гомеса-Суриты (Jesús Gómez-Zurita) из Института эволюционной биологии (Барселона, Испания). Свое открытие биологи сделали при помощи анализа митохондриальных ДНК этих представителей отряда жесткокрылых.

Что едят жуки

Чтобы лучше понять экологию этих видов и выяснить рацион их питания, ученые провели анализ ДНК хлоропластов листьев растений, которые находились в их желудочно-кишечном тракте. Оказалось, что Arsipoda geographica питается тропическими растениями семейства мирсиновые (Myrsinaceae). А другой жук -- Arsipoda isola ест исключительно представителей семейства вересковые (Vaccinioideae).

Пышная растительность горного массива Col de Roussettes в Новой Каледонии. Место, где ботаникам предстоит открыть множество новых видов «Удивительно, но последовательность ДНК растений, которую мы определили в желудочно-кишечном тракте жуков, не совпадает ни с одним известным видом, растущим на Новой Каледонии и близлежащих островах. Это говорит о том, что мы очень мало знаем о разнообразии растений этого региона. Вероятно, там произрастает гораздо больше видов, чем предполагалось до сих пор», — говорит доктор Гомес-Сурита.

Впрочем, несмотря на относительную молодость острова и слабую изученность его флоры и фауны, его считают одним из основных центров биоразнообразия Земли.

Описание новых видов можно найти в статье Гомеса-Суриты и его коллег, опубликованной в последнем номере журнала Journal of Natural History.

Источник: Infox.ru

В ответ на атаку гусениц растения выделяют летучие вещества, привлекающие насекомых-паразитоидов, которые заражают гусениц своими личинками. В роли таких паразитоидов обычно выступают осы-наездники. Личинки наездников питаются гусеницами и тем самым избавляют растение от хищника. С помощью химического сигнала растения как бы помогают насекомым найти свою добычу. Об этом сотрудничестве известно давно, и сейчас его начинают использовать в сельском хозяйстве для защиты от вредителей.

Наездник Cotesia glomerata (фото antoniocamacho)Однако и у самих наездников есть враги-паразитоиды — другие осы-наездники, откладывающие яйца в личинки своих сородичей. И перед ними стоит та же задача — как найти жертву. Оказалось, что и суперпаразитоиды тоже используют химические сигналы растений. Энтомологи из Вагенингенского университета (Нидерланды) экспериментировали с целой пищевой цепью, состоящей из капусты, гусениц репницы, наездников рода Cotesia, паразитирующих на гусеницах, и целой группы других наездников, паразитирующих на личинках Cotesia. Исследователи обнаружили, что растения, на которых кормятся гусеницы, заражённые наездниками, выделяют иные химические вещества, чем растения, привлекающие здоровых гусениц. На запах растений со здоровыми гусеницами прилетают обычные наездники. Но вот на запах растений с уже заражёнными гусеницами прилетают наездники второй группы, паразитирующие на первых.

Суперпаразитоидный наездник рода Mesochorus (фото spacemouses)Выделять химические вещества растения заставляет слюна гусениц. В статье, опубликованной на сайте PloS Biology, авторы пишут, что именно различия в составе слюны и заставляли растения менять состав химических сигналов. Если капусте вводили слюну здоровых гусениц, на неё слетались наездники Cotesia. Если же слюну брали от заражённых гусениц, то прилетали осы, которым были нужны уже сами Cotesia. То есть гусеницы заставляли растения звать на помощь ос, которые помогли бы им, гусеницам, но не растению.

По словам авторов работы, до сих пор почти никто не обращал внимания на то, что сигналы растения могут привлекать не только паразитоидов первого уровня, но и их врагов. И это, разумеется, следует учитывать при разработке методов защиты сельскохозяйственных культур, которые основаны привлечении естественных врагов гусениц.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Растения, поедающие растения, — такое возможно на какой-нибудь фантастической планете, в приключенческом романе, в историях про мутантов и экологические катастрофы. Однако статья об этом вышла отнюдь не в развлекательном журнале, а в Nature Communications. Пожирателем растений оказалась некая зелёная водоросль, то есть, строго говоря, тут не растение поедает растение, а водоросль. Однако эта таксономическая оговорка нисколько не умаляет необычность открытия.

«Растительноядная» зелёная водоросль Chlamydomonas reinhardtii (фото авторов работы)До сих пор считалось, что способностью разлагать целлюлозу обладают бактерии, грибы и некоторые черви: все они используют растительный материал как ресурс углерода, необходимого для роста. Растения же, наоборот, получают углерод из неорганического источника — углекислого газа. Точно так же поступают и фотосинтезирующие водоросли: им, как и растениям, для роста нужны только свет, вода и углекислый газ. Но что произойдёт, если углекислого газа станет мало?

Исследователи из Билефельдского университета (Германия) выращивали одноклеточную микроскопическую водоросль Chlamydomonas reinhardtii в условиях недостатка CO₂. Чтобы получить необходимый углерод, водоросль использовала другой ресурс — целлюлозу. Chlamydomonas reinhardtii выделяла специальный фермент, расщепляющий целлюлозу до более простых сахаров, которые затем поглощались. До сих пор никто и не подозревал, что у водорослей есть такая способность. Действительно, зачем одним фотосинтетикам поедать других? Но сейчас, разумеется, этот феномен будет исследоваться самым пристальным образом: вдруг Chlamydomonas reinhardtii не одна такая — и другие водоросли тоже время от времени не прочь перекусить целлюлозой?

Подобные исследования имеют ещё и важное практическое значение. Как известно, производство биотоплива, которое могло бы стать альтернативой нефтяным углеводородам, завязано на переработку растительной целлюлозы. До сих пор целлюлозоразлагающие ферменты получали из грибов, которые, между прочим, сами требовали органики, чтобы расти и размножаться. Водоросли могли бы стать дешёвым конкурентом грибам: расти они могут за счёт фотосинтеза, а способность синтезировать нужные ферменты можно подстегнуть с помощью генноинженерных методов.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Исследования экологов подтвердили ключевую роль рыб в распространении семян растений в южноамериканских пойменных лесах.

Трудолюбивый сеятель паку бурый (фото Cristiano Dalla Rosa) Среди животных, которые помогают растениям с распространением семян, самые старательные — это птицы-носороги и азиатские слоны. Поедая плоды, они «увозят» семена растений дальше, чем все остальные плодоядные звери и птицы. Американские экологи из Университета Дьюка в Северной Каролине добавили к этой паре третьего «чемпиона» — травоядного родственника пираний, рыбу по имени паку бурый (Colossoma macropomum).

То, что рыбы тоже могут выступать в роли распространителей семян, предполагалось давно, но никто не брал на себя труда подтвердить это достоверными наблюдениями, так что учёные из Северной Каролины оказались первыми. Была предпринята попытка оценить расстояние, которое может покрыть рыба с семенами в желудке. Ранее эта же команда экологов обнаружила в пищеварительном тракте паку (который, кстати, в дикой природе может достигать метра в длину) тысячи семян растений, растущих по поймам рек Амазонии. С помощью радиомаяков учёные наблюдали за 24 особями в течение трёх сезонов дождей и выяснили, что рыбы способны уплывать на расстояние до 5,9 км. С учётом того, с какой скоростью подопытные переваривают пищу и испражняются, конечная длина пути семян внутри паку оказалась равна 5,5 км.

Это сравнимо с расстоянием, которое преодолевают семена внутри уже упоминавшихся птицы-носорога и азиатского слона.

Не менее важным является и то, что паку бурый распространяет семена по территориям, на которых растениям удобно расти, то есть по долинам затопления в поймах рек, а не роняет их на дно посреди озера.

Результаты исследований опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.

Роль рыб в «севообороте» долгое время недооценивали — во многом из-за того, что за ними трудно наблюдать и изучать поведение в естественных условиях (в отличие от птиц и зверей). При этом весьма вероятно, что рыбы вместе с наземными животными выполняют ключевую роль в распространении семян не только в бассейне Амазонки, но и в тропической Африке, Европе и Северной Америке.

Как утверждают авторы работы, наиболее эффективны в «перевозках» семян крупнейшие особи: они дальше уплывают и больше съедают. В то же время все особи паку, которые попадались учёным, оказывались в лучшем случае средних размеров. Чрезмерный рыболовецкий промысел, как говорят экологи, сократил численность некоторых популяций на 90%. С учётом роли, которую паку играет в рассадке деревьев, можно сказать, что исчезновение рыбы может «неожиданно» оставить людей без леса. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

 Ученые открыли общий механизм межклеточной коммуникации. У животных он задействован в работе мозга, а у цветковых растений — в размножении.

Резухови́дка Та́ля (лат. Arabidópsis thaliána) ВикипедияМеждународная команда исследователей выяснила, что пыльца растений, содержащая мужские половые клетки, взаимодействует с пестиком по тому же самому биохимическому пути, что и нервные клетки в мозге животных. Это не только добавляет знаний о размножении растений, но и убедительно доказывает сходство всего живого.

Что происходит в цветке

При опылении цветковых (покрытосеменных) растений пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика и при благоприятных условиях прорастает. Из него тянется пыльцевая трубка, которая доходит до завязи пестика и служит каналом для проведения мужских половых клеток – спермиев. Достигая семяпочки (яйцеклетки) в завязи, один спермий оплодотворяет ее, а другой, сливаясь с полярными тельцами, образует эндосперм – запасающую ткань семени. Такой процесс называют двойным оплодотворением. На рост пыльцевой трубки влияют такие факторы, как концентрация ионов водорода (рН) и ионов кальция. Но суть их влияния до сих пор не была известна.

Универсальные каналы

Группа Хосе Фейджо (José Feijó), профессора Лиссабонского университета (Universidade de Lisboa), изучала данный процесс у табака и резуховидки Таля (Arabidópsis thaliána). Ученые обнаружили, что рост пыльцевой трубки у этих растений обеспечивают те же самые кальциевые каналы, что и в нейронах. Это глутаматные рецепторы – у растений их назвали глутамат-подобными рецепторами GLR (Glutamate receptors-like). Известно, что они играют ключевую роль в проведении нервного импульса, в работе синапсов и, в конечном счете, в процессах обучения и памяти. Их патологию считают причиной многих заболеваний: рассеянного склероза, болезни Альцгеймера, болезни Хантингтона и других. Совершенно неожиданным оказалось участие GLR в размножении растений. Биологи нашли и гены, ими управляющие, у резуховидки таких генов насчитали 20.

Чтобы выяснить роль рецепторов-каналов, биологи применили несколько разных методов: использовали стимулирующие и тормозящие вещества, измеряли микроэлектродами электрический ток в ткани растения и, наконец, выводили мутантов. Они выяснили, что работу рецепторов-каналов стимулирует аминокислота D-серин (D-Ser). Это редкая аминокислота, и до сих пор считали, что ее роль ограничивается только работой в нервной системе.

Средство управления

Оказалось, что D-серин действует на GLR каналы в верхушке пыльцевой трубки, вызывает усиление кальциевой проводимости и деполяризацию мембраны. Это совершенно новый сигнальный механизм для растений. Если удалить аминокислоту или иным способом заблокировать GLR каналы, пыльцевая трубка перестает расти или деформируется. Растение при этом становится стерильным, не образует семена.

Сама же аминокислота D-серин образуется в женском половом органе – в завязи пестика. Таким образом, пестик управляет ростом пыльцевой трубки и направляет мужские половые клетки прямо к цели.

Открытие интересно с нескольких сторон. Во-первых, ученые нашли молекулярную природу кальциевых каналов у растений, что оставалось загадкой в течение многих лет. Во-вторых, узнали новое о размножении растений. И, в-третьих, получили доказательство общности фундаментальных процессов у растений и животных. «Мы нашли, что в межклеточной коммуникации у животных и растений участвуют одни и те же структуры, — говорит Хосе Фейджо. — Это показывает, что эволюция повторяет найденные ей успешные механизмы снова и снова».

О том, что объединяет нас с пестиками и тычинками, ученые написали в журнале Science.

Источник: Infox.ru

Большинство климатических моделей предсказывает, что Мировой океан и растения поглотят примерно половину того углекислого газа, который мы выбросим в атмосферу.

Им надо помочь, а то ничего не выйдет. (Фото Stefan Bauckmeier.)Однако исследователи сообщают, что в действительности способности растений сильно преувеличены, ибо количество питательных веществ в почве ограничено.

Поскольку растения потребляют CO₂ в процессе фотосинтеза, возникла гипотеза о том, что они сыграют роль большой сточной трубы (carbon sink), в которую вылетит значительная часть двуокиси углерода, образовавшейся при сжигании ископаемого топлива. Некоторые учёные даже предположили, что увеличение атмосферной концентрации CO₂ благотворно скажется на растениях: мол, зелень будет расти более активно, поглощая ещё больше этого парникового газа. Климатические модели считают, что Мировой океан съел около 30% CO₂, выпущенного за последние полтораста лет, а на сухопутные растения пришлось ещё 30%.

Однако экологи Питер Райх и Сара Хобби из Университета Миннесоты (США) напоминают, что, помимо углекислого газа, растениям нужны также азот и фосфор. И до сих пор никто не подумал проверить, достаточно ли в почве этих веществ, чтобы зелёные друзья росли в ногу с увеличением выбросов. Но давайте извиним учёных, ибо они не сделали этого не из лености, а в связи с кошмарной сложностью задачи.

Райх и Хобби поставили грандиозный 13-летний эксперимент на 296 открытых участках, вырастив многолетние культуры при нормальных и повышенных концентрациях CO₂ в воздухе и азота в почве. «Мы не смогли изобрести машину времени, — извиняется г-н Райх, — поэтому просто создали атмосферу 2070 года над некоторыми участками».

Выяснилось, что трáвы, которые росли в условиях повышенной концентрации того и другого, оказались вдвое выше тех, что получали дополнительную дозу одного только CO₂.

У нынешней науки пока нет твёрдого понимания сложных механизмов взаимодействия азотного и углеродного циклов, поэтому большинство моделей неадекватно отражает ограниченность питательных веществ, подчёркивает биогеохимик Адриен Финци из Бостонского университета (США), не принимавший участия в исследовании. Но теперь у экспертов есть 13-летняя летопись одной экосистемы.

Это первое масштабное полевое исследование на данную тему, но компьютерное моделирование уже проводилось. В одну из систем заложили ограниченность азота в почвах Северного полушария и фосфора — в земле тропиков. Оказалось, что поглощающая способность растений примерно на 23% ниже, чем показывали модели, не учитывавшие питательных веществ.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Climate Change.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Экологи впервые увидели, как растение убегает от того, кто хочет его съесть. Этим растением оказалась фитопланктонная водоросль, спасающаяся от инфузории-хищника.

Водоросль Heterosigma akashiwo (фото Википедии)Хотя планктонные организмы не могут сопротивляться морским течениям, какой-то самостоятельностью в передвижениях они всё же обладают. Например, давно известно, что фитопланктонные водоросли подплывают туда, где больше света и питательных веществ. Однако никто даже предположить не мог, что эти микроскопические организмы могут активно удирать от хищников, таких же микроскопических представителей зоопланктона.

Статья, появившаяся в веб-журнале PLoS ONE, описывает поведение водоросли Heterosigma akashiwo в ответ на появление хищных инфузорий. Авторы работы, исследователи из Род-Айлендского университета (США), сообщают, что водоросли старались держаться подальше от мест скоплений хищников. Они реагировали даже на воду, в которой находились инфузории: очевидно, те оставляли какие-то химические следы своего пребывания, которые Heterosigma akashiwo могли почуять. При этом, когда исследователи организовывали убежище — например, зону с пониженной солёностью, где инфузории чувствовали себя некомфортно, — водоросли устремлялись на этот «островок безопасности».

Экологи уверяют, что способность убегать от хищника повышает выживаемость фитопланктона. Когда водорослям организовали убежище, их численность за двое суток выросла вдвое.

По словам учёных, это может объяснить феномен цветения воды — внезапные взрывы численности микроскопических водорослей. Такие периоды бурного размножения не всегда можно объяснить особенностями роста и доступностью питательных веществ. Вполне возможно, не последнюю роль тут играют именно взаимоотношения фитопланктона-жертвы и зоопланктона-хищника.

Впрочем, пока что неясно, умеют ли другие виды одноклеточных водорослей активно убегать от угрозы быть съеденными — или это достояние лишь Heterosigma akashiwo.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Учёным удалось отчасти понять, как растениям удаётся передавать эпигенетический код из поколения в поколение.

Схематический портрет молекулярного комплекса ДНК и фермента ДНК-метилтрансферазы (рисунок Laguna Design)Про эпигенетический код наука знает давно, но как он передаётся, до сих пор остаётся во многом загадкой. Известно, к примеру, что у млекопитающих все эпигенетические маркеры в половых клетках удаляются. У растений определённые эпигенетические модификации при образовании пыльцы исчезают, но после оплодотворения появляются на прежнем месте.

Исследователям из Лаборатории в Колд-Спринг-Харборе (США) удалось отчасти понять, как это происходит по крайней мере у растений. Их пыльцевое зерно образовано двумя клетками — генеративной, из которой потом образуются два спермия, и вегетативной, которая сама никого не оплодотворяет, но помогает этому процессу. Вегетативная и генеративная клетки образуются из общего предшественника. Учёные проанализировали эпигенетический статус ДНК созревающей пыльцы на разных стадиях. Как и ожидалось, клетки-предшественницы вегетативной и генеративной клеток имели существенные различия в метильном эпигенетическом узоре.

Присоединение метильных групп к ДНК — один из важнейших элементов эпигенетического кода — подавляет активность генов. Учёные выяснили, что в растительной пыльце этим процессом руководят малые интерферирующие РНК. Напомним, что обычная сфера деятельности этих молекул — процессы трансляции. Именно на этом этапе они обычно вмешиваются, подавляя синтез белка на матричной РНК. Но, как видно, малым интерферирующим РНК до всего есть дело. Небольшие молекулы РНК, длиной всего в 21 и 24 нуклеотида, служили проводниками для ферментов, выполняющих метилирование ДНК.

В статье, опубликованной в журнале Cell, авторы пишут, что зоны в ДНК, которые то приобретали, то теряли метильные группы, часто содержали транспозоны. Транспозонами называют мобильные элементы ДНК, которые обладают определённой самостоятельностью: они могут буквально «перепрыгивать» из одного участка генома в другой. В интересах клетки держать эти мобильные элементы под контролем, так как они могут влезть куда не следует и вызвать опасную мутацию, изменив последовательность гена.

Один из способов контроля транспозон — держать их метилированными. В связи с этим авторы работы делают любопытный вывод о том, что регуляция метилирования ДНК у растений произошла от древнего молекулярного механизма, который следил за активностью транспозонов в клетке. Эти регуляторные малые РНК вычленились в прошлом из транспозонных элементов, и теперь они водят к ним ферменты, которые подавляют активность их опасных «предков». Более того, некоторые гены, которые должны молчать в ходе развития зародыша, окружены транспозонными последовательностями: метилирующие ферменты, подавляющие активность транспозонов, заодно запечатывают и эти гены.

Таким образом, для передачи метильного кода в следующие поколения растения используют механизмы сдерживания мобильных элементов ДНК- и РНК-интерференции. Животные в этом смысле оказались менее изощрёнными: метильный узор, который сохраняется в ДНК в течение всей жизни, при формировании половых клеток исчезает без шансов на восстановление в следующем поколении.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА