Тайна «живого ископаемого» дерева, застывшего во времени
В 1994 году туристы обнаружили группу странных деревьев, растущих в каньоне национального парка Воллеми, примерно в 100 километрах к западу от Сиднея, Австралия. Один турист уведомил об этом натуралиста из службы парка, который затем показал образцы листьев ботанику. В конечном итоге было установлено, что они представляют древний вид, который по существу застыл во времени с тех пор, как динозавры бродили по Земле.
Сосна Воллеми (Wollemia nobilis), которую некоторые называют «живым ископаемым», почти идентична сохранившимся останкам, датируемым меловым периодом (145–66 миллионов лет назад). Сейчас в дикой природе насчитывается всего 60 таких деревьев, и этим стойким выжившим угрожают лесные пожары в регионе. Считалось, что он вымер около 2 миллионов лет назад.
Теперь ученые из Австралии, США и Италии расшифровали его геном, проливая свет на его уникальную эволюцию и репродуктивные привычки, а также помогая усилиям по сохранению вида. Статья была размещена в базе данных препринтов bioRxiv.
У сосны 26 хромосом, содержащих ошеломляющие 12,2 миллиарда пар оснований. Для сравнения, у людей всего около 3 миллиардов пар оснований. Несмотря на размер генома, сосны Воллеми имеют чрезвычайно низкое генетическое разнообразие, что позволяет предположить, что они существовали в узком месте (когда популяция резко сократилась) примерно 10 000–26 000 лет назад.
Действительно, растения не обмениваются большим количеством генетического материала. Остальные деревья, по-видимому, размножаются в основном путем клонирования себя посредством поросли — при этом отростки выходят из основания и становятся новыми деревьями.
Их редкость может быть частично связана с большим количеством транспозонов или «прыгающих генов» — участков ДНК, которые могут менять свое положение в геноме. Эти элементы также определяют размер генома. Самый крошечный геном растения и самый большой геном растения содержат почти одинаковое количество генов. Большие различия в размерах обычно возникают из-за транспозонов.
По мере того, как транспозоны перемещаются в новые места, они могут изменять последовательность «букв» в молекуле ДНК, тем самым вызывая или обращая вспять мутации в генах. Они могут нести с собой функциональную ДНК или изменять ДНК в месте вставки и, таким образом, оказывать существенное влияние на эволюцию организма.
По мнению исследователей, если транспозоны вызвали вредные мутации, они, возможно, способствовали сокращению численности населения, вызванному изменением климата и другими факторами. Эти стрессовые условия могли привести к тому, что растение перешло к клональному размножению. Поскольку увеличение количества транспозонов коррелирует с половым размножением, переход к бесполому размножению мог снизить потенциальное появление ими вредных мутаций. Парадоксально, но хотя деревья все еще зависели от полового размножения, транспозоны, возможно, сыграли роль в увеличении генетического разнообразия и, таким образом, по крайней мере временно сделали их более устойчивыми к изменяющимся условиям.
«В 99% всех случаев мутации, вероятно, не являются хорошей идеей. Но за миллионы лет тот 1%, который поможет, может продвинуть вид вперед. В данном случае это могло быть своего рода преимуществом», - отмечают эксперты.
Расшифровка генома также выявила, почему сосна Воллеми оказывается восприимчивой к болезням, в частности к Phytophthora cinnamomi, патогенной водной плесени, вызывающей отмирание. Гены устойчивости дерева к болезням подавляются типом собственной РНК, которая связана с развитием более широких листьев. Сосны Воллеми, в отличие от большинства хвойных, имеют широкую хвою.
Таким образом, эволюция более широких листьев могла привести к подавлению устойчивости к болезням и открыть вид для патогенных угроз, которые могли быть случайно обнаружены туристами, незаконно посетившими охраняемое место. P. cinnamomi часто встречается у культурных растений.
Хотя в дикой природе осталось только четыре небольшие популяции, сосны широко размножаются ботаническими садами и другими учреждениями, стремясь сохранить их и изучить их уникальную биологию. МСОП считает этот вид находящимся под угрозой исчезновения.
Таким образом, анализ генома сосны Воллеми — это не просто академический курьез — он имеет серьезные последствия для выживания вида.