Поява збільшених геномів у рослин співпала з періодами змін клімату, екологічних потрясінь та масових вимирань флори та фауни, зокрема, зі зникненням динозаврів. До такого висновку прийшли біологи після аналізу геномів 470 покритонасінних рослин і датування 132 давніх випадків збільшення розміру геному. Таке спостереження пояснили тим, що наявність більш як двох повних наборів генів у квіткових рослин могла дати їм еволюційну перевагу в умовах надзвичайних змін. Дослідники припускають, що сучасні кліматичні зміни також можуть сприяти утворенню нових ліній рослин з кратно збільшеним геномом. Дослідження опублікували в журналі Cell.
Графік частоти появи збільшених геномів у рослин, на якому видно піки в часи великих екологічних катаклізмів. Chen et al. / Cell, 2026
Чому збільшення кількості хромосом у рослин дивувало науковців?
Більшість організмів мають диплоїдний, тобто подвійний набір хромосом. У тварин поява додаткових хромосом зазвичай призводить до серйозних порушень або навіть до смерті. Водночас у рослин часто трапляється поліплоїдія — кратне збільшення всього хромосомного набору. Зокрема, деякі культурні сорти пшениці мають їх аж шість. Така перебудова може бути шкідливою — порушувати ріст та розмноження або робити поліплоїдні організми менш конкурентоздатними порівняно з їхніми диплоїдними родичами. Наприклад, потрійний набір хромосом у культурних сортів бананів перешкоджає утворенню у них насіння. Водночас додаткові копії генів сприяють більшому розміру клітин рослин і так можуть підвищувати їхню стійкість до стресів.
Через це в еволюції рослин виникає так званий парадокс поліплоїдії. Серед сучасних рослин поліплоїдів багато, але більшість таких ліній з’явилася порівняно недавно. Натомість випадки поліплоїдії, яка виникла давно і закріпилася на мільйони років, трапляються значно рідше. Чому так сталося, вирішила з'ясувати група дослідників із Бельгії, Південноафриканської Республіки та Китаю.
Як виявили зв'язок поліплоїдії з катастрофами?
Для того щоб зрозуміти, у яких випадках збільшення хромосомних наборів ставало успішним і необоротним, дослідники зібрали великий набір геномних даних для 470 видів квіткових рослин, побудували їхнє еволюційне дерево та проаналізували, з якими геологічними й кліматичними подіями минулого співпали періоди збільшення геному.
У результаті науковці виявили дев’ять основних хвиль закріплення поліплоїдії. Частина з них збіглася зі втратою кисню в океанах у крейдовому періоді. Інші припали на крейдово-палеогенове вимирання унаслідок падіння астероїда 66 мільйонів років тому — тоді ж вимерли динозаври, палеоцен-еоценовий температурний максимум близько 56 мільйонів років тому — у цей період температура планети за відносно короткий час піднялася на 5-8 градусів Цельсія, еоцен-олігоценове вимирання близько 34 мільйонів років тому та середньоміоценове похолодання 13–15 мільйонів років тому. Тобто, подвоєння геному частіше закріплювалися у періоди вимирання квіткових рослин. Імовірно, за стабільних умов поліплоїди не могли витримати конкуренцію з диплоїдними рослинами, тоді як під час криз підвищена стресостійкість ставала перевагою.
Чи стане поліплоїдних рослин іще більше?
Хоча не можна стверджувати, що поліплоїдія загалом є виграшною еволюційною стратегією, можливо, у часи екологічної нестабільності рослини з кратно збільшеним геномом ставали тими лініями, які переживали катаклізми й започатковували нові успішні гілки квіткових рослин. Не виключено, що сучасна швидка зміна клімату також створить умови для закріплення поліплоїдних ліній у майбутній еволюції. Однак, робити прогнози ще зарано, адже співпадіння подій у часі не обов'язково означає їхню повязаність між собою.
- Це не перший випадок того, як масові вимирання відображаються на генетичних особливостях організмів. Наприклад, масове вимирання динозаврів повпливало на зміну геному птахів та зробило їх яйця меншими, а пташенят — безпораднішими.
