Γιατί τα τριαντάφυλλα έχουν αγκάθια; Οι επιστήμονες έψαξαν την προέλευσή τους κι έλυσαν ένα μυστήριο 400 εκατομμυρίων ετών
FILE PHOTO: epa11149309 A display of red roses at Covent Garden Flower Market in London, Britain, 13 February 2024. People all over the world prepare to celebrate Valentine’s Day annually on 14 February by giving flowers, chocolates, or cards to loved ones. The National Farmers’ Union (NFU) has warned that changes to import rules in April due to Brexit could cause long delays and result in flowers being damaged or destroyed because of border checks to young plant and flowers. New Covent Garden Market is the UK’s largest wholesale market for fruit, vegetables and flowers. EPA/NEIL HALL
ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ
Εκτός από σύμβολο της αγάπης και του ρομαντισμού, τα τριαντάφυλλα είναι ευρέως γνωστά για τις αιχμηρές ακίδες τους – τα αγκάθια που προεξέχουν από τους μίσχους για να απομακρύνουν τα ζώα που θέλουν να μασήσουν τα μπουμπούκια τους.
Δεν είναι το μόνο φυτό που έχει αυτόν τον αμυντικό μηχανισμό: Άλλα λουλούδια, όπως τα λουλούδια της αράχνης [ Αράχνη ή Asparagus plumosus ] , ο ανθοφόρος θάμνος που παράγει τα σμέουρα και τα βατόμουρα, φέρουν αιχμηρές ακίδες , καθώς και ορισμένα άλλου τύπου φυτά όπως οι ντομάτες, οι μελιτζάνες, το κριθάρι και το ρύζι. .
Αλλά πώς όλα αυτά τα είδη, πολλά από τα οποία εξελίχθηκαν χωριστά κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών, μπορεί να έχουν το ίδιο ακανθώδες χαρακτηριστικό;
- Μια ομάδα διεθνών ερευνητών διαπίστωσε ότι η απάντηση βρίσκεται στο DNA τους, ανιχνεύοντας την προέλευση σε μια αρχαία οικογένεια γονιδίων που είναι υπεύθυνη για τα αγκάθια σε όλες αυτές τις παραλλαγές, σύμφωνα με μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε χθες Πέμπτη στο περιοδικό Science.
Τα ευρήματα όχι μόνο ανοίγουν την πόρτα για τους επιστήμονες που θέλουν να δημιουργήσουν παραλλαγές χωρίς αγκάθια, αλλά παρέχουν επίσης μια εικόνα για την εξελικτική ιστορία ενός εξαιρετικά διαφορετικού γένους φυτών, λένε οι ειδικοί.
Η εξέλιξη των αγκαθιών
Σε αντίθεση με την τρέχουσα πεποίθηση, τα τριαντάφυλλα δεν έχουν πραγματικά αγκάθια, δηλαδή αιχμηρά ξυλώδη σημεία που εμφανίζονται σε ορισμένα είδη θάμνων και δέντρων, συμπεριλαμβανομένων των εσπεριδοειδών. Αντίθετα, τα τριαντάφυλλα έχουν αγκαθάκια – ακιδωτά εξογκώματα – που σχηματίζονται από το ίδιο το δέρμα του φυτού, σε μια διαδικασία παρόμοια με το πώς μεγαλώνουν τα μαλλιά.
Τα αγκάθια υπάρχουν εδώ και τουλάχιστον 400 εκατομμύρια χρόνια, χρονολογούνται από τότε που οι φτέρες και οι συγγενείς τους εμφανίστηκαν με μερικά αγκάθια στους μίσχους τους. Το χαρακτηριστικό έκτοτε εμφανίστηκε – και εξαφανίστηκε – σε διαφορετικά σημεία του εξελικτικού χρόνου, είπε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Zachary Lippman, φυτοβιολόγος και καθηγητής γενετικής στο Cold Spring Harbor Laboratory στο Λονγκ Άιλαντ της Νέας Υόρκης.
Ένα από τα πιο διαφορετικά γένη φυτών, γνωστό ως Solanum – που περιλαμβάνει καλλιέργειες όπως πατάτες, ντομάτες και μελιτζάνες – έβγαλε για πρώτη φορά αγκάθια πριν από 6 εκατομμύρια χρόνια. Σήμερα, το γένος έχει περισσότερα από 1.000 είδη που εμφανίζονται σε όλο τον κόσμο, με περίπου 400 από αυτά να αναφέρονται ως «ακανθώδης σολάνη» για τα αγκάθια τους, σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο της Γιούτα .
Όταν ένα κοινό χαρακτηριστικό, όπως τα αγκάθια, εμφανίζεται ανεξάρτητα σε διαφορετικές γενεαλογίες και είδη, το φαινόμενο είναι γνωστό ως συγκλίνουσα εξέλιξη και συμβαίνει όταν τα είδη προσαρμόζονται παρόμοια σε ορισμένες περιβαλλοντικές ανάγκες. Τα φτερά είναι ένα άλλο παράδειγμα ενός χαρακτηριστικού που εξελίχθηκε με αυτόν τον τρόπο μεταξύ διαφορετικών ειδών πτηνών, καθώς και άλλων ζώων όπως νυχτερίδες και ακόμη και ορισμένων τύπων σκίουρων, είπε ο Lippman, ο οποίος είναι επίσης ερευνητής του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes. .
- Τα αγκάθια είναι μια εξελιγμένη άμυνα ενάντια στα φυτοφάγα ζώα και μπορούν επίσης να βοηθήσουν στην ανάπτυξη, τον ανταγωνισμό των φυτών και την κατακράτηση νερού, σύμφωνα με τη μελέτη.
Προηγουμένως ήταν άγνωστο για το τι ακριβώς έκανε τις φτέρες και άλλα φυτά να αναπτύξουν αγκάθια. Τώρα, οι συγγραφείς της μελέτης ανακάλυψαν ότι μια αρχαία οικογένεια γονιδίων γνωστή ως Lonely Guy, ή LOG, έχει χρησιμεύσει ως φύλακας για το χαρακτηριστικό, ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας το σε διαφορετικά είδη για εκατομμύρια χρόνια.
Γονίδια Lonely Guy
Αφαιρώντας τα αγκάθια από διάφορα είδη, τόσο από τα τριαντάφυλλα για παράδειγμα ή από τις μελιτζάνες, οι συγγραφείς διαπίστωσαν ότι ένα γονίδιο LOG ήταν υπεύθυνο για τα αγκάθια σε περίπου 20 τύπους φυτών που μελετήθηκαν. Τα γονίδια που σχετίζονται με το LOG βρίσκονται σε όλα τα φυτά, ακόμη και στα βρύα, τα οποία θεωρούνται ως το πρώτο φυτό στην ξηρά , είπε ο Lippman.
Τα γονίδια είναι υπεύθυνα για την ενεργοποίηση μιας ορμόνης γνωστής ως κυτοκινίνη που είναι σημαντική για τις βασικές λειτουργίες ενός φυτού σε κυτταρικό επίπεδο, συμπεριλαμβανομένης της κυτταρικής διαίρεσης και επέκτασης, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει την ανάπτυξη του φυτού.
Πρόσθεσε ο Lipman: «Η μελέτη μας είναι, νομίζω, πιθανώς η πρώτη που πραγματικά καταδεικνύει τη δύναμη αυτών των εργαλείων (γενετική και γονιδιακή αλληλουχία) να καλύπτουν μια τόσο μεγάλη εξελικτική απόσταση για να θέσουμε αυτό το πολύ κλασικό ερώτημα σχετικά με τη συγκλίνουσα εξέλιξη στην οργανική εξέλιξη των φυτών ή των ζώων .»
Η ανακάλυψη προσθέτει ένα πολύτιμο εργαλείο για τους ερευνητές που εξετάζουν την έκταση προστασίας που προσφέρουν τα αγκάθια έναντι των φυτοφάγων. Αυτό το επίπεδο άμυνας ήταν προηγουμένως δύσκολο να αξιολογηθεί, καθώς η χειροκίνητη αφαίρεση των αγκαθιών από ήδη καλλιεργημένα φυτά – για να ελεγχθεί αν είναι πιο ευάλωτα χωρίς αυτά – βλάπτει τον ιστό και μπορεί να θέσει σε κίνδυνο την υγεία των φυτών, δήλωσε ο Tyler Coverdale, επίκουρος καθηγητής βιολογικών επιστημών στο το Πανεπιστήμιο της Notre Dame που δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη.
«Καταβάλλοντας τα αγκάθια με στοχευμένες γενετικές μεταλλάξεις, μπορούμε να κατανοήσουμε πληρέστερα τον οικολογικό ρόλο της φυσικής άμυνας των φυτών», είπε ο Coverdale . «Τα αγκάθια είναι ένα βασικό εξελικτικό απότοκο που επιτρέπει στα φυτά να αντιμετωπίζουν τα φυτοφάγα, γι’ αυτό πολλά από τα ακανθώδη Solanum βρίσκονται σε περιοχές με ιστορικά μεγάλη ποικιλία φυτοφάγων. Χωρίς αυτή τη βασική καινοτομία, είναι πιθανό το Solanum να είναι πολύ πιο περιορισμένο ως προς το εύρος και την ποικιλομορφία του».
Γενετική αφαίρεση των αγκαθιών
Πριν από αυτή την ανακάλυψη, μια άλλη μέθοδος αφαίρεσης των ακάνθων από τα φυτά ήταν η προσπάθεια αναπαραγωγής του φυτού με μια άλλη παραλλαγή που είχε χάσει με φυσικό τρόπο τα αγκάθια της, είπε ο Lippman, γι’ αυτό υπάρχουν ορισμένα είδη τριαντάφυλλων σήμερα χωρίς ακίδες.
- Αλλά τώρα που το γονίδιο που ευθύνεται για τα αγκάθια έχει εντοπιστεί, οι επιστήμονες μπορούν να τα αφαιρέσουν χρησιμοποιώντας τεχνικές επεξεργασίας γονιδιώματος όπως το CRISPR, μια μέθοδο που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για την τροποποίηση του DNA των ζωντανών οργανισμών. Η στοχευμένη επεξεργασία γονιδίων μπορεί να δημιουργήσει περισσότερες παραλλαγές με ευκολία και έχει λιγότερες επιπτώσεις στην ανάπτυξη του φυτού και στην παραγωγή καρπών, είπε ο Coverdale.
«Αυτή η μελέτη όχι μόνο μας λέει περισσότερα για την εξέλιξη των αγκαθιών συγκεκριμένα, αλλά μας παρέχει επίσης πληροφορίες για τη μηχανική του τρόπου σχεδιασμού αναπτυξιακών οδών των φυτών για γεωργική βελτίωση», δήλωσε η Vivian Irish, φυτοβιολόγος και καθηγήτρια στο τμήμα του Πανεπιστημίου Yale. της μοριακής, κυτταρικής και αναπτυξιακής βιολογίας.
Για γεωργικούς σκοπούς, η αφαίρεση των αγκαθιών θα μπορούσε να διευκολύνει τη συγκομιδή και να ανοίξει το δρόμο για τη μεταφορά λιγότερο γνωστών προϊόντων στα παντοπωλεία.
Ένα παράδειγμα που χρησιμοποιούν οι συγγραφείς είναι οι σταφίδες της ερήμου, οι οποίες είναι μούρα που καλλιεργούνται σε ακάνθινους θάμνους που προέρχονται από την Αυστραλία. Με την αφαίρεση των ακίδων, το μούρο θα μπορούσε να καλλιεργηθεί με πολύ μεγαλύτερη ευκολία και θα μοιάζει περισσότερο με τα κοινά μούρα του παντοπωλείου όπως τα βατόμουρα και οι φράουλες, είπε ο Lippman.
«Στόχος είναι να έχουμε περισσότερη γνώση… και να κατανοήσουμε πόσο σημαντικές ήταν οι μεταλλάξεις για να μας δώσουν το φαγητό που τρώμε στην κλίμακα που το τρώμε και να γνωρίζουμε ότι υπάρχουν περισσότερες δυνατότητες εκεί έξω», είπε ο Lipman. «Όσο περισσότερα καταλαβαίνουμε κάτω από το καπό, τόσο περισσότερο θα έχουμε την ευκαιρία να τροποποιήσουμε το σύστημα ή τον κινητήρα, αν θέλετε, για να τον κάνουμε να αποδίδει ακόμα καλύτερα».
Με πληροφορίες από CNN
Ακολουθήστε τη HELLAS JOURNAL στη NEWS GOOGLE