นักวิทยาศาสตร์ในที่สุดก็แก้ปริศนาที่น่ารังเกียจของ Charles Darwin ในที่สุด

เป็นเวลาหลายปีที่ชาร์ลส์ดาร์วินถูกหลอกหลอนด้วยดอกไม้ ในปี พ.ศ. 2402 นักธรรมชาติวิทยาได้ตีพิมพ์ผลงานที่โด่งดังที่สุดของเขา บนต้นกำเนิดของสายพันธุ์ หนังสือที่ได้รับการยกย่องโดยทั่วไปว่าเป็นรากฐานของชีววิทยาวิวัฒนาการ แต่ 20 ปีต่อมาเขายังคงใส่ใจกับเรื่องใหญ่อย่างหนึ่ง: ดอกไม้ทั้งหมดมาจากไหน ในจดหมายถึงนักพฤกษศาสตร์ Joseph Dalton Hooker ในปี 1879 ดาร์วินเรียกปัญหานี้ว่า "ความลึกลับที่น่ารังเกียจ" มันอาจฟังดูงี่เง่า แต่ดาร์วินไม่สามารถอธิบายได้ว่าพืชดอกที่รู้จักกันในชื่อ angiosperms ได้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว angiosperms ดั้งเดิม - กลุ่มที่มีต้นสนและต้นปาล์ม

บันทึกซากดึกดำบรรพ์แสดงให้เราเห็นว่าประมาณ 100 ล้านปีก่อนในช่วงยุคครีเทเชียสมีแองจีโอเพอร์สเอ็มจำนวนมากเข้ามาในที่เกิดเหตุและแทนที่โรงยิมเป็นพืชที่มีอำนาจเหนือโลก พืชที่อุดมสมบูรณ์อย่างกะทันหัน - บรรพบุรุษของลาเวนเดอร์สมัยใหม่, ข้าวสาลี, กุหลาบ, แมกโนเลีย, ดอกเดซี่และอื่น ๆ - วิ่งกลับไปที่ทฤษฎีของดาร์วินว่าสายพันธุ์ใหม่เกิดขึ้นช้ามากในช่วงเวลาอันเป็นผลมาจากแรงกดดันที่เลือก สมมติฐานในปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าพืชชนิดนี้ส่วนใหญ่วิวัฒนาการไปพร้อมกับแมลงหรือสัตว์อื่น ๆ ที่ผสมเกสรพวกเขาโดยที่มันเป็นไปไม่ได้สำหรับพืชที่จะผลิตผลไม้ที่มีเมล็ด แต่สมมติฐานเหล่านี้ไม่ได้อธิบายถึงความเจริญรุ่งเรืองครั้งยิ่งใหญ่ในอาณาจักรโบราณ

ในบทความที่ตีพิมพ์ในวันพฤหัสบดีในวารสาร ชีววิทยาของ PLOS นักวิทยาศาสตร์สองคนเสนอคำตอบสำหรับความลึกลับที่น่ารังเกียจว่าเหตุใด angiosperms จึงแทนที่ gymnosperms ดังนั้นในทันที Kevin Simonin ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านนิเวศวิทยาและวิวัฒนาการที่มหาวิทยาลัยซานฟรานซิสโกและอดัมร็อดดีแสดงหลักฐานว่าทุกอย่างลงมาถึงประสิทธิภาพของเซลล์ ความลับของความสำเร็จของ angiosperms คือการลดขนาดเซลล์ของพืชอย่างรวดเร็วเริ่มต้นเมื่อประมาณ 140 ล้านปีก่อน การลดขนาดนี้เพิ่มประสิทธิภาพอย่างมาก เมื่อ angiosperms เริ่มมีประสิทธิภาพมากขึ้นการครอบครองระบบนิเวศน์ของพวกมันก็เป็นเรื่องของเวลา

ทีมวิจัยมาถึงข้อสรุปนี้โดยการตรวจสอบขนาดสัมพัทธ์ของจีโนมใน angiosperms และ gymnosperms จากนั้นเปรียบเทียบตัวเลขเหล่านั้นกับความสามารถในการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของพืชและประสิทธิภาพการถ่ายโอนของเหลว ขนาดของเซลล์อาจแตกต่างกันมากเนื่องจากปัจจัยต่าง ๆ แต่ขนาดจีโนมเป็นตัวทำนายขนาดของเซลล์ที่แข็งแกร่ง ดังนั้นพวกเขาจึงสรุปว่าจีโนมที่เล็กกว่าหมายถึงเซลล์ที่เล็กกว่า - และดังนั้นจึงมีเซลล์จำนวนมากสามารถบรรจุลงในเนื้อเยื่อพืชปริมาณเดียวกันทำให้พืชสามารถรับคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำได้มากขึ้นซึ่งจะสร้างคาร์โบไฮเดรตที่ให้พลังงานและขับเคลื่อนการเติบโต.

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นส่วนสำคัญของภาพนี้เช่นเดียวกับที่เรารู้กันว่าพืชต้องการแสงแดดเพื่อเปลี่ยนน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นคาร์โบไฮเดรต การวิจัยก่อนหน้านี้ได้พิสูจน์แล้วว่าความสามารถในการสังเคราะห์แสงของ angiosperms ที่สูงขึ้นช่วยให้พวกมันเติบโตเร็วกว่าลูกพี่ลูกน้องในโรงยิม แต่การศึกษาใหม่นี้แสดงให้เราเห็น อย่างไร angiosperms ได้รับประสิทธิภาพระดับสูงนี้

ดังนั้นแม้ว่าการวิวัฒนาการร่วมกับการถ่ายละอองเรณูจะมีบทบาทอย่างมากในกลไกเฉพาะของการวิวัฒนาการของพืชดอกพืช แต่ Simonin และ Roddy กล่าวว่ามีบางสิ่งที่เหมือนกันกับพืชเหล่านี้ทั้งหมดซึ่งเป็นพื้นฐานของสถาปัตยกรรมชีวฟิสิกส์ของพวกมัน บางทีงานวิจัยนี้อาจทำให้จิตใจของดาร์วินสบายใจ แต่มีโอกาสมากขึ้นที่เขาจะมีคำถามใหม่

บทคัดย่อ: ต้นกำเนิดที่ฉับพลันและความหลากหลายที่รวดเร็วของพืชดอกในยุคครีเทเชียสนั้นถูกมองว่าเป็น“ ความลึกลับที่น่ารังเกียจ” มานานแล้วในขณะที่สาเหตุของความหลากหลายสูงของพวกเขานั้นมีสาเหตุมาจากการผสมกับ pollinators และสัตว์กินพืช gymnosperms เป็นหัวข้อของสมมติฐานมากมาย สิ่งที่พบบ่อยในหมู่คนเหล่านี้คือ angiosperms เพียงอย่างเดียวพัฒนาใบที่มีขนาดเล็กจำนวนปากใบมากขึ้นและเครือข่ายการขยายหลอดเลือดดำที่สูงขึ้นมากที่ช่วยให้อัตราการคาย, การสังเคราะห์ด้วยแสงและการเจริญเติบโตสูงขึ้น กระนั้นก็ยังไม่ทราบวิธีการที่ angiosperms ห่อใบของพวกเขาด้วยปากใบที่เล็กกว่าและมีเส้นเลือดมากขึ้นและเชื่อมโยงกันมากขึ้นเราแสดงให้เห็นถึงข้อ จำกัด ทางชีวฟิสิกส์อย่างง่าย ๆ เกี่ยวกับขนาดของเซลล์ มีเพียงสายพันธุ์ angiosperm ที่ได้รับการลดขนาดอย่างรวดเร็วของจีโนมในช่วงต้นยุคครีเทเชียสซึ่งช่วยลดขนาดเซลล์ที่จำเป็นในการบรรจุเส้นเลือดและปากใบให้มากขึ้นเพื่อนำผลผลิตหลักที่แท้จริงเข้ามาใกล้ศักยภาพสูงสุด ดังนั้นความสามารถในการแข่งขันที่สูงขึ้นของ angiosperms นั้นเกิดจากการลดขนาดจีโนม