أخيرًا حل لغز تشارلز داروين "لغز بغيض"

لسنوات عديدة ، كان تشارلز داروين مسكون بالأزهار. في عام 1859 ، نشر عالم الطبيعة أعماله الأكثر شهرة ، حول أصل الأنواع ، الكتاب الذي يعتبر عموما أساس علم الأحياء التطوري. لكن بعد مرور 20 عامًا ، كان لا يزال يزعجه شيء واحد كبير: من أين أتى كل الزهور؟ في رسالة إلى عالم النبات جوزيف دالتون هوكر في عام 1879 ، وصفت داروين هذه المشكلة بأنها "لغز بغيض". قد يبدو الأمر سخيفًا ، لكن داروين حقًا لم يستطع تفسير كيف أن النباتات المزهرة - المعروفة باسم كاسيات البذور - قد ارتفعت إلى الهيمنة بهذه السرعة على مدى أكثر كاسيات البذور البدائية - مجموعة تضم الصنوبر والنخيل.

يُظهر لنا السجل الأحفوري أنه منذ حوالي 100 مليون عام ، خلال العصر الطباشيري ، ظهرت مجموعة كبيرة ومتنوعة من كاسيات البذور في مكانها واستبدلت عاريات البذور كنوع مهيمن من النباتات على الأرض. هذه الوفرة المفاجئة للنباتات - أسلاف الخزامى الحديث والقمح والورود والمغنوليا والإقحوانات وما إلى ذلك - تتعارض مع نظرية داروين بأن الأنواع الجديدة تنشأ ببطء شديد بمرور الوقت نتيجة لضغوط انتقائية. تشير الفرضيات الحالية إلى أن معظم كاسيات البذور قد تطورت جنبًا إلى جنب مع الحشرات أو الحيوانات الأخرى التي تلقيحها ، والتي بدونها لا يمكن للنباتات إنتاج ثمار حاملة للبذور. لكن هذه الفرضيات لا تفسر الطفرة الملحمية في كاسيات البذور القديمة.

في ورقة نشرت يوم الخميس في المجلة علم الأحياء PLOS اقترح اثنان من العلماء إجابة على الغموض الذي يكتنف سبب الاستعاضة عن كاسيات البذور بشكل مفاجئ. يقدم كيفن سيمونين ، أستاذ مساعد في علم البيئة والتطور في جامعة ولاية سان فرانسيسكو ، وآدم رودي دليلًا على أن كل ذلك يرجع إلى كفاءة الخلايا. يقولون إن سر نجاح كاسيات البذور هو تقليص سريع لخلايا النباتات منذ حوالي 140 مليون عام. هذا التقليص زاد بشكل كبير من كفاءتها. وبمجرد أن أصبحت كاسيات البذور أكثر فعالية ، فإن هيمنتها على النظم الإيكولوجية الأرضية كانت مسألة وقت فقط.

وقد توصل فريق البحث إلى هذا الاستنتاج من خلال فحص الحجم النسبي للجينومات في كاسيات البذور وعاريات البذور ، ثم مقارنة تلك الأرقام بقدرة التقاط ثاني أكسيد الكربون في النباتات وكفاءة نقل السائل. يمكن أن تختلف أحجام الخلايا كثيرًا بسبب عوامل مختلفة ، ولكن حجم الجينوم هو مؤشر قوي لحجم الخلية. وخلص الباحثون إلى أن الجينوم الأصغر يعني خلية أصغر ، وبالتالي يمكن تعبئة المزيد من الخلايا في نفس الحجم من الأنسجة النباتية ، مما يمكّن النبات من تناول المزيد من ثاني أكسيد الكربون والماء ، وبالتالي إنتاج المزيد من الكربوهيدرات التي تنتج الطاقة وتحفز النمو.

تمثل عملية التمثيل الضوئي جزءًا كبيرًا من هذه الصورة ، أيضًا ، كما نعلم جميعًا ، تحتاج النباتات إلى أشعة الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى كربوهيدرات. لقد أثبتت الأبحاث السابقة أن قدرات التمثيل الضوئي الأعلى لدى كاسيات البذور ساعدتهم على النمو بسرعة أكبر بكثير من أبناء عمومة عارياتهم ، لكن هذه الدراسة الجديدة تبين لنا ماذا حققت كاسيات البذور هذا المستوى العالي من الكفاءة.

على الرغم من أن التعايش مع الملقحات لعب دورًا كبيرًا في الآليات المحددة لتطور كاسيات البذور ، يقول سيمونين ورودي إن هناك شيئًا مشتركًا بين كل هذه النباتات ، وهو أمر أساسي في بنيانها البيوفيزيائي ، مما مكنها من السيطرة على العالم. ربما يضع هذا البحث عقل داروين بالراحة. لكن على الأرجح ، سيكون لديه أسئلة جديدة.

نبذة مختصرة: منذ فترة طويلة يعتبر الأصل المفاجئ والتنوع السريع للنباتات المزهرة خلال العصر الطباشيري "لغزًا بغيضًا". في حين أن سبب تنوعها العالي يعزى إلى حد كبير إلى التعايش مع الملقحات والحيوانات العاشبة ، وقدرتها على التغلب على السرخس المهيمن مسبقًا وقد عاريات البذور موضوع العديد من الفرضيات. ومن بين هذه العوامل الشائعة أن كاسيات البذور المطورة وحدها طورت أوراقًا أصغر حجماً وأكثر تعددًا وشبكات تهوية متفرعة للغاية تتيح معدلات أعلى من النتح والتمثيل الضوئي والنمو. ومع ذلك ، فإن الطريقة التي تقوم بها كاسيات البذور بتعبئة أوراقها بأوراق أصغر حجما وأكثر وفرة وأكثر من الأوردة غير معروفة ولكنها مرتبطة - نظهر - بقيود بيوفيزيائية بسيطة على حجم الخلية. خضعت سلالات البذور الوحيدة فقط لتقليص حجم الجينوم السريع خلال فترة العصر الطباشيري المبكر ، مما سهل التخفيضات في حجم الخلية اللازمة لتعبئة المزيد من الأوردة والبطن في أوراقها ، مما جعل الإنتاجية الأولية الفعلية قريبة من أقصى إمكاناتها. وبالتالي ، فإن القدرات التنافسية الشديدة لدى كاسيات البذور ترجع في جزء صغير منها إلى تقليص حجم الجينوم.