Свидетельства окаменелостей и реконструкции прошлых климатических условий предполагают, что раннецветущие растения жили в теплой тропической среде, объяснил соавтор Джереми Болье из Национального института математики. Биологический синтез (NIMBioS) в Университете Теннесси.По мере того, как растения распространились на более высокие широты и возвышенности, они эволюционировали таким образом, что помогли им справиться с холодными условиями.
Растения, обитающие в тундре, такие как лапчатка арктическая и трехзубая камнеломка, выдерживают зимние температуры ниже минус 15 градусов по Цельсию.В отличие от животных, большинство растений не могут двигаться, спасаясь от холода, или выделять тепло, чтобы согреться. Не столько холод, сколько лед создает проблемы для растений.
Например, замораживание и оттаивание вызывают образование пузырьков воздуха во внутренней водной транспортной системе завода.«Подумайте о пузырьках воздуха, которые вы видите взвешенными в кубиках льда», — сказала соавтор Эми Зэнн из Университета Джорджа Вашингтона. «Если при таянии воды образуется достаточное количество пузырьков воздуха, они могут заблокировать поток воды от корней к листьям и убить растение».Исследователи выделили три особенности, которые помогают растениям решить эти проблемы.
Некоторые растения, такие как гикори и дубы, избегают повреждений от замерзания, сбрасывая листья до наступления зимнего холода, эффективно перекрывая поток воды между корнями и листьями, и выращивая новые листья и клетки, переносящие воду, когда возвращается более теплая погода.Другие растения, такие как береза и тополь, также защищают себя за счет более узких водотранспортных клеток, что делает части растения, доставляющие воду, менее восприимчивыми к засорению во время замораживания и оттаивания.
Третьи отмирают на земле зимой и снова прорастают из своих корней или начинают расти как новые растения из семян при подходящих условиях.Чтобы собрать данные о характеристиках растений для своего исследования, исследователи потратили сотни часов на изучение и слияние нескольких крупных баз данных растений, содержащих десятки тысяч видов, в основном при поддержке Национального центра эволюционного синтеза в Северной Каролине и Университета Маккуори в Австралии.
Когда они нанесли собранные данные о листьях и стеблях на свое эволюционное древо цветущих растений, они обнаружили, что многие растения были хорошо приспособлены к ледяному климату еще до наступления холода.Например, растения, которые отмирают зимой, приобретают способность умирать и возвращаться, когда условия улучшаются, задолго до того, как они впервые испытали замерзание. Точно так же виды с узкими клетками водного транспорта приобрели более тонкую систему кровообращения задолго до того, как столкнулись с холодным климатом.«Это говорит о том, что какое-то другое экологическое давление — возможно, засуха — заставило эти растения развиваться таким образом, и это оказалось очень хорошо для морозостойкости», — сказал Занне.
Единственным исключением были растения, которые сбрасывают и заменяют свои листья сезонно — эти группы растений не могли сбрасывать листья зимой до тех пор, пока не столкнулись с замораживанием, добавил Болье.В качестве следующего шага исследователи планируют использовать свое эволюционное древо, чтобы выяснить, как растения эволюционировали, чтобы противостоять другим стрессам окружающей среды, помимо замораживания, таким как засуха и жара.