25.03.2014

Размер генома папоротников чистоустов не менялся 180 миллионов лет

Шведские ученые изучили в деталях окаменевшие папоротники уникальной сохранности. Эти ископаемые принадлежат к одному из ныне живущих родов. Также благодаря тому, что в окаменевших остатках превосходно видны клетки с ядрами и хромосомами, удалось оценить объем генома древних представителей данного рода. Он оказался примерно тем же, что и у современных родичей. Это означает, что эти папоротники за 180 миллионов лет сохранили и специфические внешние признаки, и объем генетического материала, не растеряв и не умножив его. Этот пример крайнего эволюционного консерватизма даст возможность понять, почему некоторые организмы замедляют свой эволюционный бег, превращаясь в живых ископаемых.

Геологи из Лундского университета (Швеция) и Шведского музея естественной истории в Стокгольме представили поразительные данные о строении клеток ископаемых папоротников возрастом 182 млн лет (отложения нижней юры). Им удалось рассмотреть не только строение тканей ископаемых папоротников, но и то, что находится внутри клеток.

Уникальные подробности строения сохранились благодаря чрезвычайно быстрой фоссилизации. Остатки растений оказались захоронены в очень пористом вулканическом грунте. Сквозь поры в грунте свободно проходили гидротермальные растворы, насыщенные кальцием. Поэтому клеточные и тканевые структуры заместились солями кальция, не успев (или даже не начав) деградировать. Такой вывод был сделан, потому что вмещающая порода имеет совсем другой состав. Она слагается из нормальных минералов вулканического происхождения — алюмосиликатов с высоким содержанием железа и магния. Ясно, что минерализация растительных остатков шла не за счет медленного выщелачивания катионов и анионов из материнской породы, а за счет уже имеющихся насыщенных солевых растворов. Палеонтологам повезло!

Так как остатки папоротников имели прекрасно различимую клеточную и тканевую морфологию, то находки удалось определить даже до рода. Они принадлежат к роду Osmundastrum: это современный род (или подрод, его называют «чистоуст»), лежащий в основе филогенетического дерева настоящих папоротников (Osmundaceae). Вот какая у этих чистоустов устойчивая морфология — 180 миллионов лет не хватило, чтобы ее изменить.

Но это еще не всё: в этих образцах в клетках видны и ядра с ядрышками, и цитоплазма с включениями и органеллами, и клеточные и ядерные мембраны. Некоторые клетки «пойманы» во время клеточного деления: различимы плотные хромосомы, в иных клетках растворились ядерные мембраны (профаза) и хромосомы выстроились вдоль клеточного экватора (метафаза), или же расходящиеся хромосомы застыли на полпути к клеточным полюсам (анафаза). Также обнаружились и клетки, которые находились в процессе апоптоза: об этом судили по своеобразной форме клеточных ядер. Перед нами буквально «живое» ископаемое!

Столь превосходная сохранность позволила сделать вывод о генетическом содержимом клеточных ядер. К сожалению, пока невозможно добраться до ДНК этих папоротников, но можно оценить размер их генома. Известна зависимость между размером ядра и количеством ДНК. Поэтому по размеру ядра можно оценить размер генома.

Ученые аккуратно перемерили все клеточные интерфазные ядра меристемы, которые нашлись в образце (их диаметр, периметр, площадь), и сопоставили с соответствующими параметрами современного чистоуста. Они оказались на удивление близки.

Это означает, что и размер генома был у них приблизительно тот же, что и у их современных родичей. За 180 миллионов лет не только морфология не изменилась, но и объем генетического материала остался прежним.

Папоротники чистоусты оказались экстраординарными эволюционными тихоходами. Можно ли утверждать на основании этого примера, что эволюции нет? Нельзя, конечно, но зато этот пример дает превосходную возможность понять, что же представляют собой живые ископаемые — устойчивые эволюционные реликты.

Источник: B. Bomfleur, S. McLoughlin, V. Vajda. Fossilized Nuclei and Chromosomes Reveal 180 Million Years of Genomic Stasis in Royal Ferns // Science. 2014. V. 343, P. 1376–1377.

Елена Наймарк

Источники:

1. elementy.ru