„Безсмъртната“ ливада от морска трева е на 4,5 хиляди години

Най-голямото растение на нашата планета е открито край западния бряг на Австралия. Представлява огромна подводна ливада от морска трева, която обхваща повече от 200 квадратни километра. Тази „ливада“ всъщност е едно-единствено растение, което непрекъснато се клонира в продължение на почти 4500 години.

Това е огромната клонална колония, т.е. група от генетично идентични растения, израснали от едно семе, които споделят една и съща коренова система, но създават нови стъбла през хилядолетията. И още едно пояснение - не става въпрос за водорасли, а за „морска трева“ - тревисти цъфтящи растения, приспособени към живот в солената вода на моретата и океаните.

Изследователите го откриват, докато изучават генетичното разнообразие на морските треви в залива Шарк бей, защитени плитки води в Западна Австралия. Те разбират, че почти всички ливади в региона от Посейдонова морска трева (Posidonia australis) са генетично идентични. Допълнителен анализ разкрива, че за разлика от другите морски треви в района, които се размножават по полов път, P. australis всъщност се клонира чрез подземна мрежа от разклонени корени.

Ливадата от P. australis се простира на около 180 км от край до край, „което го прави най-големият известен пример за клонална система в каквато и да е среда на Земята“, пишат изследователите в изследването, което е публикувано онлайн на 31 май в списание Proceedings of the Royal Society B. Австралийското растение изпреварва предишния рекордьор: клоналната колония от морска трева Posidonia oceanica в Западно Средиземно море, която се простира на около 15 км.

„Това е едно растение, което е в състояние да расте непрекъснато, обяснява пред Live Science старши изследовател Елизабет Синклер (Elizabeth Sinclair), еволюционен биолог от Университета на Западна Австралия. Ако остане необезпокояван, гигантскста клонална система може да продължи да се разширява неопределено време, добавя Синклер, което я прави практически безсмъртна.

Илюстрация на Посейдонова морска трева (Posidonia australis). Кредит: James Cook University

Клоналната експанзия

Изследователите откриват, че клоналната система на P. australis се разширява чрез процес, известен като „хоризонтално разширение на коренището“, при което растението създава генетично идентична издънка чрез подземно стъбло или коренище, което след това развива свои собствени корени и стъбло. Когато се гледат от повърхността - в този случай пясъчното морско дъно - туфите морска трева изглеждат като отделни екземпляри, но на генетично ниво те са едно и също растение.

Това е същият процес, който поражда „Старият Тико“,  единственият оцелял ствол на шведска клонална колония от вида норвежки смърч, нараствала и разклонявала се най-дълго от всички дървета  в продължение на 9 560 години. Възрастта на дървото се определя от въглеродното датиране на генетично съвпадащ растителен материал.

Макар ливадите на P. australis да не образуват единна непрекъсната ливада, те все пак могат да се считат за едно растение, отбелязва Синклер.

„Растенията морска трева могат да се фрагментират с течение на времето, ако има повреда или смущение, но фрагментите все още са генетично идентични“, добавя Синклер. Възможно е ливадите на P. australis някога да са били напълно свързани и да са били фрагментирани от паша на морски животни или екстремни горещи вълни, пишат авторите на изследването.

Въз основа на размера и възрастта на ливадите на P. australis, изследователите подозират, че колонията расте със скорост от около 15 до 35 сантиметра годишно. Това може да не звучи много, но е доста бърз темп в сравнение с растежа на други клонални ливади с морска трева, съобщават авторите на изследването.

Теоретично клоналната ливада може да продължи да расте за неопределено време, разказва Синклер, „докато не е нарушена и околната среда не се променя твърде бързо“. Почти девствените условия в залива Шарк бей, който е определен през 1991 г. за зона на световното наследство от Организацията на обединените нации за образование, наука и култура (ЮНЕСКО), означава, че P. australis е останала относително необезпокоявана през целия си живот, добавя Синклер.
Дублиране на генома

Изображението показва хаплоидни (единични), диплоидни (двойни), триплоидни (тройни) и тетраплоидни (четворни) набори от хромозоми. Триплоидните и тетраплоидните хромозоми са примери за полиплоидия. Кредит: Wikimedia Commons

Изследователите подозират, че друга част от историята на успеха на P. australis може да се дължи на необичайна генетична суперсила сред растенията, която им позволява да направят допълнително копие на своя геном, което удвоява количеството ДНК, което могат да използват, за да се адаптират към екстремни промени в условия на околната среда.

Повечето организми на Земята са диплоиди, което означава, че тяхната ДНК съдържа една двойка хромозоми. Това обаче не е така за всеки организъм. Някои организми, като мъжките на определени видове пчели, имат ДНК, която се състои от единични несдвоени хромозоми и тези организми са известни като моноплоиди. Някои организми, известни като полиплоиди, имат две или повече двойки хромозоми.

Диплоидните растения могат бързо да се превърнат в полиплоиди чрез удвояване на броя на хромозомите, които имат - процес, известен като удвояване на целия геном или полиплоидия. Изследователите подозират, че това се е случило с P. australis.

Има два начина, по които едно диплоидно растение може да стане полиплоид. Това може да се случи, когато два отделни, но тясно свързани вида се размножават. Вместо да комбинира родителска ДНК като стандартен хибрид, полиплоидното потомство получава цяло копие от ДНК на всеки родител. Това е известно като алополиплоидия. Полиплоидите могат да се появят и когато два индивида от отделни популации от един и същи вид се размножават и потомството получава и двата пълни набора от ДНК. Това е известно като автополиплоидия. И в двата случая процесът е напълно случаен и потомството се превръща в чисто нов вид, защото не е в състояние да се възпроизвежда с други индивиди от вида на родителите си.

В случая с P. australis, изследователите установяват, че самоклониращата се морска трева вероятно се е появила чрез автополиплоидия от диплоиден предшественик, който вероятно е изчезнал.

Полиплоидните растения понякога се разглеждат като „еволюционни задънени улици“, защото много от тях са стерилни, което означава, че не могат да се възпроизвеждат полово, обяснява Синклер. Това ограничава способността на растенията да мутират, което е ключова част от теорията на еволюцията . Въпреки това, превръщането в полиплоид може да действа като последен шанс за растенията, които са изправени пред изчезване поради екстремни промени в околната среда.

„Комбинирането на два различни генома по същество удвоява генетичното разнообразие в растението, вероятно увеличава способността му да понася по-широк спектър от условия на околната среда“, отбелязва Синклер.

Промяна на условията

До преди около 8500 години заливът Шарл бей всъщност е бил над морското равнище и е бил част от континентална Австралия. Но повишаването на морското равнище, причинено от края на последния ледников период, най-новата ледникова епоха, приключила преди около 12 000 години, потопява тази част от континента. Новосъздаденото морско местообитание е наводнено с нови видове като например морски треви.

Сателитна снимка на залива Шарк бей в Западна Австралия, направена през ноември 2004 г. от спътника Terra на НАСА. Кредит: НАСА

Въпреки това, заливът Шарк бей е бил много нестабилна среда по това време поради плитките си води. Днес средната дълбочина на залива на залива Шарк бей е около 9 метра в цялата площ от 23 000 квадратни километра, но е бил още по-плитък преди около 4 500 години, когато се е появил P. australis. Плитките океани са по-уязвими към екстремни промени в температурата и солеността, тъй като има по-малко вода за разпределение и циркулация на топлина и минерали. Техните екосистеми също са по-податливи на смущения и щети от тропически бури, отколкото дълбоководните среди.

В проучването изследователите предполагат, че ако P. australis е станал полиплоиден преди някакъв вид при екстремните промени в околната среда през този по-бурен период, това ще даде предимство на P. australis пред диплоидните му предшественици, които не са били в състояние да оцелеят при каквато и да е настъпила промяна.

Заливът Шарк бей продължава да изпитва екстремни условия днес до известна степен. Годишните температури могат да варират между 17 и 30 градуса по Целзий, а водата е много солена. Плиткостта на залива също означава, че е изложен на риск от все по-мощни топлинни вълни, причинени от изменението на климата, и е потенциално податлив на щети от циклони. Въпреки това, средата е по-стабилна, отколкото е била, когато P. australis се появила за първи път.

P. australis вероятно продължава да процъфтява в района в продължение на хилядолетия благодарение на устойчивостта си към промените в околната среда. Други местни видове морска трева, които продължават да се възпроизвеждат полово, което е енергийно скъпо и изисква много налично пространство за растеж на нови растения, може да са по-малко устойчиви, обяснява Синклер. Без да се налага да се конкурира за пространство или да отклонява енергията към размножаването, P. australis е свободна да се клонира с постоянен темп и да доминира в местната екосистема, добавя тя.

Справка: Extensive polyploid clonality was a successful strategy for seagrass to expand into a newly submerged environment
Jane M. Edgeloe, Anita A. Severn-Ellis, Philipp E. Bayer, Shaghayegh Mehravi, Martin F. Breed, Siegfried L. Krauss, Jacqueline Batley, Gary A. Kendrick and Elizabeth A. Sinclair
Proceedings of the Royal Society B, Published:01 June 2022  https://doi.org/10.1098/rspb.2022.0538

Източник: The world's biggest clone is a 77-square-mile 'immortal' meadow of seagrass
Harry Baker,