یک روش جدید برای تعیین مدت زمان تکامل گیاهان، نشان می دهد که پس از اولین گیاهان دانه دار، پیچیدگی و گوناگونی گیاهان به مدت 250 میلیون سال متوقف شد. پس از آن در حدود 100 میلیون سال پیش، گیاهان گلدار تنوع یافتند.در این مقاله به تکامل گیاهان در دو دوره با فاصله 250 میلیون سال می پردازیم.
این تحقیق به رهبری دانشگاه استنفورد انجام شد. بر اساس این مطالعه گیاهان زمینی به‌جای تکامل تدریجی در طی صدها میلیون سال، در دو انفجار بزرگ، به فاصله 250 میلیون سال، دچار تنوع شدند. اولین انفجار در اوایل تاریخ گیاهان منجر به رشد بذر شد. پس از آن دومین انفجار در طول تنوع گیاهان گلدار به وقوع پیوست.
خب حالا داستان چیه؟
محققان از یک معیار جدید برای سازماندهی پیچیدگی گیاهان بر اساس آرایش و تعداد اجزای دستگاه تولیدمثل آن ها استفاده می کنند. دانشمندان تا مدت ها تصور می کردند که پیچیدگی گیاهان با ظهور دانه ها و گل ها افزایش یافت. با این حال مطالعاتی که در نشریه Science در تاریخ 17سپتامبر منتشر شد، بینشی جدید در مورد زمان و میزان این تغییرات ارائه داد.
اندرو لزلی، نویسنده اصلی تحقیق تکامل گیاهان در دو دوره با فاصله 250 میلیون سال ، استادیار علوم زمین شناسی در دانشکده زمین، انرژی و علوم محیطی استنفورد می گوید: «ثبات وضعیت و توقف دگرگونی و پیچیدگی، پس از تکامل اولیه بذر ها و پس از آن، بروز تغییر کلی در هنگام شروع تنوع گیاهان گلدار یک موضوع بسیار شگفت انگیز و قابل تفکر است. ساختار های تولیدمثلی در همه این گیاهان متفاوت به نظر می رسند. با این حال تعداد اجزا در همه آن ها درطول این توقف یکسان می باشد.»
روش تحقیقاتی این تیم
یک مقایسه غیر معمول
گل ها از سایر گروه های گیاهان، متنوع تر می باشند. آن ها دارای رنگ های چشم نواز، بوی متنوع و گلبرگ های زیبایی هستند که حیوانات را به عنوان منبع غذایی به سمت خود جلب می کنند. گل ها پیچیدگی خاصی در گلبرگ، بساک و مادگی خود دارند. هم چنین در آرایش هایی دقیق در هم تنیده اند. آن ها از این طریق گرده افشان ها را جذب می کنند و تا به آن‌ها بچسبند و گرده را از یک گل به گل دیگر پخش کنند.
این پیچیدگی، مقایسه گیاهان گلدار را با گیاهانی با سیستم تولید مثلی ساده تر، مانند سرخس یا برخی از درختان مخروطی، دشوار می سازد. در نتیجه، گیاه شناسان مدت هاست که بر ویژگی های درون تیره گیاهان تمرکز کرده اند و به طور معمول تکامل در گیاهان غیرگل دار را جدا از تیره گلدار پیچیده بررسی می کنند.
لزلی و همکارانش، با طراحی سیستمی که تعداد قسمت های مختلف در ساختار های تولیدمثل را تنها بر اساس مشاهده طبقه‌بندی می کند، بر تفاوت ها غلبه کردند. هر گونه، با توجه به تنوع و تقسیم بندی قسمت های تولید مثلی امتیازدهی شدند. آن ها حدود 1300 گونه گیاهی زمینی را از حدود 420 میلیون سال پیش تا به امروز طبقه بندی کردند.
لزلی گفت: «این سیستم، داستان ساده ای را در مورد تکامل تولیدمثل گیاهان از نظر شکل و عملکرد بیان می کند. گیاهان به تناسب عملکرد و پیچیدگی، تعداد اجزای متفاوتی دارند. این یک روش مفید برای تفکر در مورد تغییرات بزرگی است که کل تاریخ گیاهان را در بر می گیرد.»
از درختچه ها تا شکوفه ها
گیاهان خشک برای اولین بار در دونین اولیه در حدود 360 تا 420 میلیون سال پیش تنوع یافتند. در آن زمان زمین گرم تر و عاری از درختان یا مهره داران زمینی بود. عنکبوتیان مانند عقرب و کنه در میان گیاهان کوتاه و دور از هم در زمین، پرسه می زدند. بلندترین موجود زنده خشکی یک قارچ 20 فوتی بود که بسیار شبیه به یک تنه درخت بود. پس از دونین، تغییرات عظیمی در قلمرو حیوانات رخ داد.
حیوانات خشکی با تغییر اندازه بدن و هم چنین رژیم های غذایی گوناگون تکامل یافتند. حشرات از تنوع بیشتری برخوردار شدند و دایناسورها پدید آمدند. اما گیاهان تا زمانی که گل دار نشدند، تغییر بزرگی در پیچیدگی تولیدمثلی نیافتند.
لزلی می گوید: «گرده افشانی حشرات و پراکندگی بذر توسط حیوانات ممکن است پیش از 300 میلیون سال پیش ظاهر شده باشد، اما در طی 100 میلیون سال گذشته این فرایند بسیار پیچیده با کمک گرده افشان ها باعث ایجاد این پیچیدگی فوق العاده در گیاهان گلدار شده است. در این مدت زمانی طولانی گیاهان با حشرات تعامل داشتند، اما این تعامل به پیچیدگی تعاملی که گیاهان گلدار در حال حاضر دارند، نبود.».
در اواخر کرتاسه، حدود 100 تا 66 میلیون سال پیش، زمین تشابه بیشتری با سیاره ای که امروز می شناسیم داشت (کمی شبیه پارک ملی یوسمیتی بدون درختان و بوته های گلدار). به گفته لزلی، دومین انفجار، سهمگین تر از اولی بود و در آن ماهیت منحصر به فرد گیاهان گلدار نمود پیدا کرد. در آن دوره گیاهانی مانند گل ساعتی به وجود آمدند. آن ها می توانستد 20 نوع قسمت مختلف داشته باشند که این بیش از دو برابر تعداد موجود در گیاهان غیر گلدار بود.
نتیجه این تحقیقات
محققان بر اساس تحقیق تکامل گیاهان در دو دوره با فاصله 250 میلیون سال 472 گونه زنده را طبقه بندی کردند. لزلی بخشی از این کار را در محوطه دانشگاه استنفورد و اطراف آن، با جدا کردن گیاهان محلی و شمارش اندام های تولید مثل آن ها انجام داد. این آنالیز شامل گیاهان آوندی ساکن خشکی می شد. (همه چیز به جز خزه ها و چند گیاه اولیه که فاقد بافت آوندی برای هدایت آب و مواد معدنی هستند.)
«استدلال ما در این مقاله بر این است که این طبقه بندی می تواند به سادگی تنوع عملکرد آن ها را منعکس کند. آن ها اساساً کار خود را تقسیم می کنند تا در انجام کاری که باید انجام بدهند، کارآمدتر باشند.»
کارل سیمپسون از موزه تاریخ طبیعی دانشگاه کلرادو و لوک مندر از دانشگاه آزاد از جمله نویسندگان این تحقیق هستند.
منبع
- Materials provided by Stanford University. Original written by Danielle Torrent Tucker. Note: Content may be edited for style and length.
- Andrew B. Leslie, Carl Simpson, Luke Mander. Reproductive innovations and pulsed rise in plant complexity. Science, 2021; 373 (6561): 1368 DOI: 10.1126/science.abi6984
مترجم: فائزه الیاسی | تولید محتوا و ویراستاری: نفیسه مظفری
