今日の植物は、非常に多様で複雑です。新しい研究は、これが2つの重要な進化の飛躍に基づいていたことを示している：最初は3億7500万年前のデボン紀後期の種子の出現、そしてその後1億2500万年前の白亜紀中期の花の発達である。しかし、これらの発達のスパートの間の 2 億 5,000 万年の間に、大きな進化の革新のないプラトー段階がありました。
生殖に関して、植物はさまざまな戦略を開発してきました。風によって繁殖が促進されるように最適に設計されたものもあれば、色とりどりの花で花粉媒介者を呼び寄せるものもあります。しかし、この多様性はいつ、どのようにして生じたのでしょうか?研究者が以前にこれらの問題に取り組んだときは、顕花植物、針葉樹、シダ植物などの個々のグループを個別に分析するのが一般的でした。多様性が大きいため、均一な分類が困難だったからです。
急速な発展
カリフォルニアのスタンフォード大学のアンドリュー・レスリー率いるチームは、すべての維管束植物を比較し、その進化を追跡するために新しい簡単な方法を使用しました。「私たちは維管束植物の生殖構造を、その基本構成要素とさまざまな種類の数に分けました部品の割合は決定されています」と研究者は説明します。とりわけ、花びら、雄しべ、胞子嚢などの構造を数えました。 「これは、形態と機能の観点から見た植物の生殖の進化について非常に単純な物語を物語っています。植物が持つ機能が増え、より具体的であればあるほど、より多くの部分を持っています」とレスリーは言う。
この方法を使用して、研究者らはシダから針葉樹、顕花植物に至るまで、1,338 の現生および化石植物を分類しました。結果: 植物の複雑さは徐々に増加するのではなく、2 回の大幅な急増で増加しました。 「最初の急増は約3億7500万年前のデボン紀後期に起こり、維管束植物が拡大し、最終的には開花しない種子植物が出現した」と研究者らは説明する。 「2回目のジャンプは約1億2500万年前の白亜紀中期に起こり、顕花植物の出現と急速な多様化を伴った。」
決定的なイノベーションの前の停滞期
これらの進化の飛躍の間の 2 億 5,000 万年の間に、新種も出現しましたが、植物の複雑さは大きく変わりませんでした。 「この停滞は驚くべきことです」とレスリーは言います。 「これらすべての植物の生殖構造は異なって見えますが、この発達の停滞期にはほぼ同じ数の部分があります。しかし、動物の世界ではこの時期に重大な変化が起こりました。陸上動物はより大型になりました。」多様化するにつれて恐竜も広がり、昆虫の世界も多様化しました。
一方、植物がこれらの発展を自分自身のために利用する能力を獲得したのは、驚くほど遅かった。 「昆虫による受粉と動物による種子の散布は3億年前には可能であったが、花粉媒介者との本当に複雑な相互作用によって顕花植物がこれほど極端なレベルで複雑になるようになったのは、ここ1億年のことだ」とレスリー氏は言う。 「理論的には、今日の顕花植物と同じように植物が昆虫と相互作用することができた時代が長くありましたが、同じレベルの複雑さではそうではありませんでした。」
複雑な受粉メカニズム
植物は花が発達して初めて最高の複雑さと多様性に達します。開花植物は短期間のうちに世界中に広がり、現在では約 35 万種があり、すべての陸上植物の 90 パーセントを占めています。 「この基礎は根本的な革新、つまり種子を包み込む心皮でした」と研究者らは書いている。 「これにより、特定の受粉メカニズムの開発が可能になりました。」レスリーと彼の同僚は、顕花植物の中で、動物によって受粉される種が最も複雑であることを発見しました。一方、風や自家受粉に依存する顕花植物は、それに比べてそれほど複雑ではありません。
研究者の観点から見ると、その複雑さは植物の機能の多様性を反映しています。異なる部分の数のみによって複雑さを測定する彼らの方法は、植物の内部構造などの他の側面を無視していますが、非常に異なる植物を比較するための有用なツールであると彼らは考えています。 「私たちのアプローチにより、維管束植物の膨大な範囲の生殖形態を単純化し、この多様性の進化における重要な時間的パターンを特定し、それらの進化についての長年の考えを検証することができます」と研究者らは述べた。
出典: Andrew Leslie (米国カリフォルニア州スタンフォード大学) 他、サイエンス、 doi: 10.1126/science.abi6984
