Εκτός από σύμβολο της αγάπης και του ρομαντισμού, τα τριαντάφυλλα είναι ευρέως γνωστά για τα αιχμηρά τους αγκάθια, που εξέχουν από τους κορμούς για να αποτρέπουν τα ζώα που θέλουν να μασουλήσουν τα μπουμπούκια.
Δεν είναι το μόνο φυτό που διαθέτει αυτόν τον αμυντικό μηχανισμό. Άλλα λουλούδια, όπως τα λουλούδια αράχνης ή τα βάτα, ο θάμνος που είναι υπεύθυνος για τα σμέουρα και τα βατόμουρα, έχουν και αυτά τα αιχμηρά αγκάθια, όπως και ορισμένα καλλιεργούμενα φυτά, όπως οι ντομάτες, οι μελιτζάνες, το κριθάρι και το ρύζι.
Πώς όμως όλα αυτά τα είδη, πολλά από τα οποία εξελίχθηκαν ξεχωριστά κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών, κατέληξαν να έχουν το ίδιο αγκαθωτό χαρακτηριστικό;
Μια ομάδα διεθνών ερευνητών διαπίστωσε ότι η απάντηση βρίσκεται στο DNA τους, εντοπίζοντας την προέλευση σε μια αρχαία οικογένεια γονιδίων που είναι υπεύθυνη για τα αγκάθια σε όλες αυτές τις εκδοχές, σύμφωνα με μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε την Πέμπτη στο επιστημονικό έντυπο Science.
Τα ευρήματα όχι μόνο ανοίγουν την πόρτα για τους επιστήμονες που επιθυμούν να δημιουργήσουν εκδόσεις των φυτών χωρίς αγκάθια, αλλά παρέχουν επίσης πληροφορίες για την εξελικτική ιστορία ενός εξαιρετικά ποικιλόμορφου γένους φυτών, λένε οι ειδικοί.
Η εξέλιξη των αγκαθιών
Σε αντίθεση με τις αναφορές της ποπ κουλτούρας, τα τριαντάφυλλα δεν έχουν thorns, αγκάθια δηλαδή που είναι φτιαγμένα από ξύλο και βρίσκονται σε σημεία ορισμένων θάμνων και δέντρων, όπως είναι οι μελιτζάνες και τα εσπεριδοειδή. Αντίθετα, τα λουλούδια αυτά έχουν prickles που σχηματίζονται από το δέρμα του φυτού, παρόμοια με τον τρόπο που αναπτύσσονται οι τρίχες.
Τα αγκάθια υπάρχουν εδώ και τουλάχιστον 400 εκατομμύρια χρόνια, χρονολογούμενα από τότε που εμφανίστηκαν οι φτέρες και οι συγγενείς τους, με ορισμένες να φέρουν αγκάθια στους κορμούς τους.
Από τότε το χαρακτηριστικό έχει εμφανιστεί και εξαφανιστεί σε διαφορετικά σημεία του εξελικτικού χρόνου, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Zachary Lippman, βιολόγος φυτών και καθηγητής γενετικής στο Cold Spring Harbor Laboratory στο Long Island της Νέας Υόρκης.
Ένα από τα πιο ποικιλόμορφα γένη φυτών, γνωστό ως Solanum, το οποίο περιλαμβάνει καλλιέργειες όπως οι πατάτες, οι ντομάτες και οι μελιτζάνες, απέκτησε 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 «αγκαθωτά Solanum» λόγω των αγκαθιών τους, σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο της Γιούτα.
Όταν ένα κοινό χαρακτηριστικό, όπως τα αγκάθια, εμφανίζεται ανεξάρτητα σε διαφορετικές γενιές και είδη, αυτό είναι γνωστό ως συγκλίνουσα εξέλιξη και συμβαίνει όταν τα είδη προσαρμόζονται με παρόμοιο τρόπο σε ορισμένες περιβαλλοντικές ανάγκες.
Τα φτερά είναι ένα άλλο παράδειγμα χαρακτηριστικού που εξελίχθηκε με αυτόν τον τρόπο μεταξύ διαφορετικών ειδών πτηνών, καθώς και άλλων ζώων, όπως οι νυχτερίδες και ακόμη και ορισμένα είδη σκίουρων που έχουν τη δομή που μοιάζει με φτερά, δήλωσε ο Lippman, ο οποίος είναι επίσης ερευνητής του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes.
Τα prickles και τα thorns αποτελούν μια εξελιγμένη άμυνα κατά των φυτοφάγων ζώων και μπορούν επίσης να βοηθήσουν στην ανάπτυξη, στον ανταγωνισμό των φυτών και στη συγκράτηση νερού, σύμφωνα με τη μελέτη.
Προηγουμένως ήταν άγνωστο τι ακριβώς έκανε τις φτέρες και άλλα άσχετα φυτά να αναπτύσσουν τα αγκάθια.
Τώρα, οι συγγραφείς της μελέτης διαπίστωσαν ότι μια αρχαία οικογένεια γονιδίων, γνωστή ως Lonely Guy ή LOG, λειτούργησε ως φρουρός του χαρακτηριστικού αυτού, ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας το, σε διαφορετικά είδη μέσα σε ένα διάστημα εκατομμυρίων ετών.
Γονίδια Lonely Guy
Αφαιρώντας τα αγκάθια από διάφορα είδη, συμπεριλαμβανομένων των τριαντάφυλλων και των μελιτζανών, οι συγγραφείς διαπίστωσαν ότι ένα γονίδιο LOG ήταν υπεύθυνο για τα αγκάθια σε περίπου 20 είδη φυτών που μελετήθηκαν.
Τα γονίδια που σχετίζονται με το LOG βρίσκονται σε όλα τα φυτά, που χρονολογούνται μέχρι και τα βρύα, τα οποία θεωρούνται ως τα πρώτα φυτά ξηράς γης, δήλωσε ο Lippman.
Τα γονίδια είναι υπεύθυνα για την ενεργοποίηση μιας ορμόνης γνωστής ως κυτοκινίνη, η οποία 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.
«Δεν είναι ότι υπήρξε ένας κοινός πρόγονος που είχε αγκάθια και στη συνέχεια εξαπλώθηκε σε όλα τα άλλα φυτά σε διάστημα 400 εκατομμυρίων ετών και στη συνέχεια χάθηκαν σποραδικά. Στην πραγματικότητα, αυτό που φαίνεται είναι ότι τα αγκάθια αποκτώνται αρκετά εύκολα σε διαφορετικές γενεαλογικές γραμμές», δήλωσε ο Lippman.
«Τώρα, το ερώτημα είναι, πόσο συχνά η συγκλίνουσα εξέλιξη δεν είναι μόνο το χαρακτηριστικό που βλέπουμε, αλλά και τα γονίδια πίσω από το χαρακτηριστικό».
Συμπλήρωσε λέγοντας: «Η μελέτη μας είναι, νομίζω, πιθανώς η πρώτη που αποδεικνύει πραγματικά τη δύναμη αυτών των εργαλείων (γενετική και γονιδιωματική αλληλουχία) να καλύψουν μια τόσο μεγάλη εξελικτική απόσταση για να θέσουν αυτό το πολύ κλασικό ερώτημα σχετικά με τη συγκλίνουσα εξέλιξη στην εξέλιξη των οργανισμών των φυτών ή των ζώων».
Η ανακάλυψη αυτή προσθέτει ένα πολύτιμο εργαλείο για τους ερευνητές που εξετάζουν την κλίμακα προστασίας που προσφέρουν τα αγκάθια από τα φυτοφάγα ζώα.
Αυτό το επίπεδο άμυνας ήταν προηγουμένως δύσκολο να εκτιμηθεί, καθώς η χειροκίνητη αφαίρεση των αγκαθιών από ήδη αναπτυγμένα 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 Πανεπιστήμιο Notre Dame, ο οποίος δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη.
«Εξουδετερώνοντας τα αγκάθια με στοχευμένες γενετικές μεταλλάξεις, μπορούμε να κατανοήσουμε πληρέστερα τον οικολογικό ρόλο των φυσικών αμυνών των φυτών», δήλωσε ο Coverdale σε ένα email.
«Τα αγκάθια είναι μια βασική εξελικτική ανάπτυξη που επιτρέπει στα φυτά να αντιστέκονται στα φυτοφάγα, γι' αυτό και πολλά από τα αγκαθωτά Solanum βρίσκονται σε περιοχές με ιστορικά υψηλή ποικιλομορφία μεγάλων φυτοφάγων. Χωρίς αυτή τη βασική καινοτομία, είναι πιθανό ότι το Solanum θα ήταν πολύ πιο περιορισμένο σε εύρος και ποικιλότητα».
Γενετική αφαίρεση των αγκαθιών
Πριν από αυτή την ανακάλυψη, μια άλλη μέθοδος αφαίρεσης των αγκαθιών από τα φυτά ήταν η προσπάθεια αναπαραγωγής του φυτού με μια άλλη εκδοχή που είχε χάσει φυσικά τα αγκάθια της, δήλωσε ο Lippman, γι' αυτό και υπάρχουν σήμερα κάποια είδη τριαντάφυλλων χωρίς αγκάθια.
Τώρα όμως που εντοπίστηκε το γονίδιο που ευθύνεται για τα αγκάθια, οι επιστήμονες μπορούν να τα αφαιρέσουν χρησιμοποιώντας τεχνικές επεξεργασίας του γονιδιώματος όπως το CRISPR, μια μέθοδο που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για την τροποποίηση του DNA των ζωντανών οργανισμών.
Η στοχευμένη γονιδιακή επεξεργασία μπορεί να δημιουργήσει περισσότερες εκδοχές με ευκολία και έχει λιγότερες επιπτώσεις στην ανάπτυξη του φυτού και την παραγωγή καρπών, δήλωσε ο Coverdale.
«Η μελέτη αυτή όχι μόνο μας λέει περισσότερα για την εξέλιξη των αγκαθιών συγκεκριμένα, αλλά μας παρέχει επίσης πληροφορίες για τον τρόπο με τον οποίο μπορούμε να τροποποιήσουμε τα εξελικτικά μονοπάτια των φυτών για τη βελτίωση της γεωργίας», δήλωσε η Vivian Irish, βιολόγος φυτών και καθηγήτρια στο τμήμα μοριακής, κυτταρικής και αναπτυξιακής βιολογίας του Πανεπιστημίου Yale.
Η Irish δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη, αλλά ήταν η επικεφαλής συγγραφέας μιας μελέτης του 2020 που διαπίστωσε ότι τα αγκάθια αναπτύσσονται στα φυτά μέσω της δραστηριότητας των βλαστικών κυττάρων.
«(Τα γονίδια LOG) έχουν επανειλημμένα συνδιαμορφωθεί (μία βιολογική μεταβολή στη λειτουργία ενός χαρακτηριστικού) σε διάφορα είδη φυτών για τον σχηματισμό των αγκαθιών, και επίσης επανειλημμένα χαθεί σε γενεολογικές γραμμές όπου τα αγκάθια έχουν χαθεί. Mπορεί ο κανόνας της φύσης να είναι ότι η καινοτομία σε πολλές περιπτώσεις μπορεί κάλλιστα να αντανακλά την επαναχρησιμοποίηση παλαιών γονιδίων με νέους τρόπους» πρόσθεσε η ίδια σε ένα ηλεκτρονικό μήνυμα.
Για γεωργικούς σκοπούς, η αφαίρεση των αγκαθιών θα μπορούσε να διευκολύνει τη συγκομιδή και να ανοίξει το δρόμο για την εισαγωγή λιγότερο γνωστών προϊόντων στα παντοπωλεία.
Ένα παράδειγμα που χρησιμοποιούν οι συγγραφείς είναι οι σταφίδες της ερήμου, οι οποίες είναι μούρα που καλλιεργούνται σε αγκαθωτούς θάμνους που κατάγονται από την Αυστραλία. Με την αφαίρεση των αγκαθιών, το μούρο θα μπορούσε να καλλιεργηθεί με πολύ μεγαλύτερη ευκολία και θα ήταν πιο παρόμοιο με τα κοινά μούρα των παντοπωλείων, όπως τα βατόμουρα και οι φράουλες, δήλωσε ο Lippman.
«Το θέμα είναι να έχουμε περισσότερη γνώση ... και να κατανοήσουμε πόσο σημαντικές ήταν οι μεταλλάξεις για να μας δώσουν τα τρόφιμα που τρώμε στην κλίμακα που τα τρώμε, και να γνωρίζουμε ότι υπάρχουν περισσότερες δυνατότητες εκεί έξω», δήλωσε ο Lippman. «Όσο περισσότερα καταλαβαίνουμε κάτω από το καπό, τόσο περισσότερο θα έχουμε την ευκαιρία να βελτιώσουμε το σύστημα, ή τον κινητήρα, αν θέλετε, για να το κάνουμε να αποδίδει ακόμη καλύτερα».
Πηγή: CNN
Trending
