Как водопровод растений позволил им завоевать мир

Чтобы защититься от смертельной засухи и выжить на суше, растения разработали сложную внутреннюю систему водопровода.

Поперечное сечение окаменелого стебля с водопроводящими тканями, выделенными синим цветом. Предоставлено: Людвиг Лутхардт/Museum für Naturkunde, Берлин (лицензия CC-BY)

Возвышающиеся секвойи и длинные лианы джунглей переносят воду из почвы в свои высокие листья через трубчатую ткань, называемую ксилемой. У ранних растений, которые достигали всего нескольких сантиметров и жили только во влажной среде, ксилема работала как простой цилиндрический пучок питьевых соломинок, идущий вверх по стеблю; наша современная биосфера существует потому, что эта инфраструктура каким-то образом стала намного более сложной.

Экосистем, «которые были фоном для эволюции жизни на суше, на самом деле не существовало до тех пор, пока сосудистые растения не научились расти большими в относительно засушливых местах», — говорит биолог Чешской академии наук Мартин Боуда.

Многие современные ксилемы имеют замысловатые поперечные сечения, которые выглядят как щербатые кольца, кресты, ромбы или сердца, с мертвым пространством, называемым сердцевиной, разделяющим пучки ткани ксилемы. Но что подтолкнуло заводы переделывать свои трубы таким образом, остается загадкой вековой давности. Боуда и его коллеги недавно предположили в Science , что растения выработали сложные ксилемы, чтобы противостоять засухе.

Вода, теряемая листьями в сухой воздух, не может быть легко заменена пересохшей почвой. Попытка сделать это приводит к перенапряжению ксилемы, попаданию пузырьков воздуха, которые закупоривают трубки и лишают ткани воды — подобно тому, как смертельная воздушная эмболия перекрывает кровоток у животных. Команда Боуды использовала моделирование, основанное на современных и ископаемых растениях, чтобы показать, как пробелы и тупики современных ксилем препятствуют распространению таких пузырей.

Но небольшие изменения в ксилемных клетках и организации тканей также могут защитить от засухи, говорит биолог-эволюционист Корнельского университета Джейкоб Суисса, не участвовавший в новом исследовании. Сложные поперечные срезы могли возникнуть просто случайно, когда растения стали больше. «В эволюционной шкале времени размер коррелирует с возрастающей сложностью», — говорит он, добавляя, что важно «подвергать сомнению ход мыслей о том, что каждая черта должна быть адаптивной».

Суисса предполагает, что тщательное сравнение ксилем растений из разных климатических зон может устранить оставшуюся двусмысленность.

Тем не менее, новое исследование подчеркивает потенциально огромные последствия крошечных эволюционных корректировок. По словам Боуда, без засухоустойчивых труб для растений «трудно представить, как выглядела бы планета и живущие на ней виды».