Наверное, даже многие биологи, если их спросить о разнообразии жизни на нашей планете, первым делом вспомнят о животных и растениях. Действительно, эти две группы организмов «бросаются в глаза». Однако они – лишь вершина айсберга биоразнообразия. Даже если не брать в расчет бактерий и архей, а остановиться только на эукариотах – организмах, обладающих клеточным ядром – все разнообразие представлено почти исключительно простейшими в широком смысле. Это не обязательно «одноклеточные животные и растения», это могут быть и многоклеточные водоросли. Разнообразие их биохимии, физиологии, особенностей строения клеток не идет ни в какое сравнение с узким набором этих признаков, встречающихся у животных и растений.
Однако все же только высшие растения и животные смогли создать действительно крупные, по-настоящему многоклеточные (их клетки делятся на множество функциональных типов, в отличие от практически единообразных клеток водорослей) формы, во многом определяющие облик нашей биосферы.
Высшие растения и их ближайшие родственники, ранее относимые к «зеленым водорослям», объединяются в общую группу «зеленые растения», которая состоит из двух разделов – Хлорофиты и Стрептофиты. К первым относятся, например, известные со школьной биологии хламидомонада и вольвокс. Ко вторым – все наземные растения, а также харовые и ряд других водорослей.
Почему именно из стрептофит выделились «высшие растения», колонизировавшие сушу? Ответ на этот вопрос, как часто бывает в биологии, может лежать в истории их возникновения.
К сожалению. палеонтологические данные мало помогают в поиске ответа на вопрос о происхождении этих групп организмов, так как ископаемые остатки водорослей с трудом могут быть отнесены к тому или иному разделу. Сейчас в таком случае обращаются к молекулярной генетике. Но и ее ответ на вопрос о разделении линий Хлорофит и Стрептофит не однозначен: разброс оценок составляет от 1210 до 729 миллионов лет назад. Верхняя граница совпадает с так называемым криогенийским периодом неопротерозойской эры — одним из наиболее холодных времен в истории Земли, сопровождавшимися несколькими мощнейшими оледенениями, доходившими и до экваториальных широт. Согласно наиболее радикальным палеоклиматологическим взглядам, выраженным в гипотезе «Земли-снежка», в то время нашла планета в течение нескольких миллионов лет была целиком покрыта ледовым панцирем. При взгляде из космоса, видимо, Земля была подобна спутнику Юпитера Европе.
Немецкий ботаник Беркхард Беккер из Кёльнского университета предположил, что именно эти условия способствовали разделению хлорофит и стрептофит.
На эту идею его натолкнуло такое свойственное всем «зеленым растениям» явление, как фотодыхание. Сам по себе этот биохимический процесс, состоящее в поглощении кислорода и выделении углекислого газа при затрате солнечной энергии, уменьшает эффективность фотосинтеза, однако участвует в синтезе некоторых азотистых соединений. Фотодыхание есть и у хлорофит, и у стрептофит — значит, было и у их общего предка. Возникновение этого процесса связывают с тем, что до криогенийского периода на Земле было существенно меньше кислорода и существенно больше углекислого газа, чем сейчас — в этом случае снижение эффективности фотосинтеза было несущественным, поэтому и не было отбора на его устранение.
Но в криогенийском периоде количество углекислого газа резко упало, как всегда бывает при оледенениях — фотодыхание стало проблемой. Тут-то и могли появиться (или проявиться?) различия хлорофит и стрептофит. Беккер предполагает, что разные варианты фотодыхания связаны с обитанием в разных биотопах во время оледенений. Хлорофиты в то время обитали под морским льдом, в условиях недостатка света — их метаболизм более энергосберегающий. А вот стрептофиты, чьи потомки наследовали Землю, жили в пресных лужах, возникающих днем на поверхности ледового панциря, не были ограничены в световой энергии. И их механизм фотодыхания включает в себя дополнительные затраты кислорода, превращающегося в перекись водорода в особых органеллах — пероксисомах. Так, согласно гипотезе Беккера, обитание в двух различных местообитаниях во времена глобального оледенения и породило разделение двух ветвей.
Но что, если верны окажутся более древние, докриогенийские оценки времени разделения двух линий? По мнению Беккера, это не страшно для его гипотезы. Возможно, кроме хлорофит и стрептофит тогда возникли и иные линии «зеленых растений», но через глобальные оледенения прошли только эти две группы, адаптировавшиеся к контрастным местообитаниям.
В связи с гипотезой Беккера нельзя не вспомнить российского палеонтолога Михаила Федонкина. На основании изучения древнейшей фауны многоклеточных животных, существовавшей в вендском периоде, он пришел к выводу, что составляющие ее организмы жили в холодных водах неопротерозоя. Эта гипотеза изложена в его популярной статье «Холодная заря животной жизни»
Таким образом, если Федонкин и Беккер окажутся правы, всех нас – и растений, и животных – можно называть «детьми глобального оледенения».
Гипотеза опубликована в журнале Trends in Plant Science
Материал к публикации подготовил Сергей Лысенков
