Международная команда исследователей провела широкомасштабное исследование филогенеза орхидей и обнаружила множество причин, объясняющее удивительное разнообразие видов этих растений.
Орхидеи — наиболее разнообразное семейство однодольных растений, оно насчитывает более 25 тысяч видов. Это, к примеру, больше, чем все живущие на Земле пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие, вместе взятые. Однако причины этого невероятного видового разнообразия до сих пор остаются загадкой для учёных. Чтобы наконец ответить на этот вопрос, исследователи провели широкомасштабное изучение эволюционного развития с помощью недавно разработанных методов секвенирования ДНК и РНК.
Исследователи рассмотрели 75 генов хлоропластов (органелл, которые превращают воду и CO2 в сахара) у 39 видов орхидей, которые представляли почти все основные группы.
Гены хлоропластов эволюционируют крайне медленно, что позволяет определить эволюционные взаимоотношения различных растений. Учёные также изучили 96 родственных видов и обратились к данным, полученным из окаменелостей, чтобы создать генеалогическое древо рода, которое в том числе будет описывать скорость появления новых видов.
Соединив все эти данные, команда увидела, что орхидеи впервые появились примерно 112 миллионов лет назад, а на различные семейства и виды разделились на 20 миллионов лет позже. Они также обнаружили, что где-то 64 миллиона лет назад эти растения разработали способ склеивать свою пыльцу в поллиний – липкие шарики, которые не смешиваются с пыльцой других растений на лапках опылителя. Что примечательно, в родах, использующих поллинии, скорость видообразования на 5,1% выше, чем в тех, что не используют это преимущество.
Также некоторые орхидеи около 35 миллионов лет назад стали эпифитами, то есть "переехали" жить на деревья. Этот сдвиг открыл новые области для колонизации и новые экологические условия для жизни: скорость диверсификации увеличилась на 8,8% среди эпифитов.
Некоторые виды разработали способ экономии воды в процессе фотосинтеза, так называемый кислотный метаболизм толстянковых. "Нововведение" помогло получать влагу не только с помощью корней, но и из тумана и дождя, а также увеличило скорость образования новых видов на 20,3%.
Самого большого разнообразия достигли роды, которые заселили тропические горы (например, Анды и высокогорья Новой Гвинеи). Скорость видообразования там выросла на 24,9% по сравнению с родами, оставшимися в низинах. Подавляющее число горных видов также стали эпифитами.
Учёные отмечают, что все эти черты выглядят правдоподобными двигателями диверсификации. Однако многие её аспекты всё ещё остаются непонятными. Треть орхидей, например, обманывает опылителей, заманивая их структурами или ароматами, напоминающими их пищу, места гнездования или даже сородичей. Этот обман, кажется, является ещё одной эволюционной инновацией, которая ускоряет появление новых видов.
Подробности исследования — в журнале Proceedings of the Royal Society B.
