Muchołówka wenusjańska przerobiła istniejące geny, aby umożliwić sobie jedzenie mięsa.
Pascal Goetgheluck/Minden Pictures
Jak roślina rozwija smak mięsa? W sztuce „Little Shop of Horrors” wystarczy kropla ludzkiej krwi. Ale w prawdziwym życiu potrzeba o wiele więcej. Teraz badanie trzech blisko spokrewnionych roślin mięsożernych sugeruje, że zręcznościowe przesunięcia genetyczne pomogły im rozwinąć zdolność do łapania i trawienia bogatych w białko posiłków.
Rośliny mięsożerne rozwinęły wiele przebiegłych sposobów na złapanie ofiary. Rośliny dzbaneczników, na przykład, używają „pułapek”, które zawierają enzymy do trawienia zabłąkanych owadów. Inne – w tym blisko spokrewniona muchołówka Wenus (Dionaea muscipula), wodna roślina wodna (Aldrovanda vesiculosa) i rosiczka okrągłolistna (Drosera spatulata) – używają ruchomych pułapek. Rosiczka zwija swoje lepkie podłoże, gdy komary zostaną złapane. A muchołówka wenusjańska używa zmodyfikowanych liści lub podkładek, które zamykają się, gdy owad wyląduje – ale tylko po tym, jak podkładki wyczują wielokrotne dotknięcia na swoich włoskach spustowych.
Aby dowiedzieć się, jak te pułapki ewoluowały, badacze pod kierownictwem biologa ewolucji obliczeniowej Jörga Schultza i biologa roślin Rainera Hedricha, obaj z Uniwersytetu w Würzburgu, zsekwencjonowali genomy rosiczki, wodnego koła wodnego i muchołówki wenusjańskiej, które są blisko spokrewnione. Następnie porównali ich genomy z tymi z dziewięciu innych roślin, w tym mięsożernych roślin dzbaneczników i nie mięsożernych roślin buraków i papai.
Znaleźli, że kluczem do ewolucji jedzenia mięsa w tej części królestwa roślin była duplikacja całego genomu we wspólnym przodku, który żył około 60 milionów lat temu, zespół raportuje dziś w Current Biology. Duplikacja ta uwolniła kopie genów wykorzystywanych niegdyś w korzeniach, liściach i systemach sensorycznych do wykrywania i trawienia ofiar. Na przykład, mięsożerne rośliny przekształciły kopie genów, które pomagają korzeniom wchłaniać składniki odżywcze, do wchłaniania składników odżywczych w trawionych ofiarach. „To, że geny korzeni ulegają ekspresji w liściach mięsożerców, jest absolutnie fascynujące” – mówi Kenneth Cameron, botanik z Uniwersytetu Wisconsin w Madison.
Hedrich i jego koledzy doszli do wniosku, że mięsożerność wyewoluowała raz u przodka trzech gatunków oraz, niezależnie, u dzbanecznika. Dodając te dwa nowe początki do innych już udokumentowanych, naukowcy dochodzą do wniosku, że jedzenie mięsa ewoluowało co najmniej sześć razy.
„Siłą jest analiza porównawcza”, mówi Maria Logacheva, naukowiec roślin w Skolkovo Institute of Science and Technology, który nie był zaangażowany w pracę. „Ładnie pokazuje, jak powstają nowe cechy.”
Jednakże Victor Albert, biolog ewolucyjny roślin na Uniwersytecie w Buffalo, twierdzi, że zespół Hedricha nie ma wystarczających danych, by poprzeć dwa nowe początki, zwłaszcza że niektóre geny niezbędne do drapieżnictwa istniały u wcześniejszego przodka wspólnego dla roślin dzbaneczników i trzech nowo zsekwencjonowanych roślin. Jego zespół jest sekwencjonowanie dwóch dodatkowych gatunków rosiczek, aby pomóc wyjaśnić, co się stało.
Ale Luis Herrera-Estrella, genomik roślin na Texas Tech University, jest zadowolony, aby wiedzieć o nowych genów, które są teraz związane z mięsożerności. On i inni mogą badać, jak geny zostały przerobione, by umożliwić jedzenie mięsa. Rzeczywiście, jak mówi Hedrich, wydaje się, że większość roślin ma już wiele z niezbędnych genów. „Droga do mięsożerności wydaje się być otwarta dla wszystkich roślin.”
.