Gli scienziati alla fine risolvono il "mistero abominevole" di Charles Darwin

Per molti anni, Charles Darwin fu perseguitato dai fiori. Nel 1859, il naturalista pubblicò la sua opera più famosa, Sull'origine delle specie, il libro che è generalmente considerato il fondamento della biologia evolutiva. Ma 20 anni dopo, era ancora infastidito da una cosa importante: da dove diavolo venivano tutti i fiori? In una lettera al botanico Joseph Dalton Hooker nel 1879, Darwin definì questo problema un "abominevole mistero". Poteva sembrare sciocco, ma Darwin in realtà non riusciva a spiegare come le piante da fiore - note come angiosperme - avessero raggiunto il dominio così rapidamente angiosperme primitive - un gruppo che include pini e palme.

I reperti fossili ci mostrano che circa 100 milioni di anni fa, durante il periodo Cretaceo, una grande varietà di angiosperme entrò in scena e sostituì le gimnosperme come il tipo dominante di pianta sulla Terra. Questa improvvisa abbondanza di piante - gli antenati della moderna lavanda, grano, rose, magnolie, margherite e così via - contrastava con la teoria di Darwin secondo cui le nuove specie si sviluppano molto lentamente nel tempo a causa di pressioni selettive. Le attuali ipotesi suggeriscono che la maggior parte delle angiosperme si è evoluta a fianco degli insetti o di altri animali che li impollinano, senza la quale non è possibile che le piante producano frutti portatori di semi. Ma queste ipotesi non spiegano il boom epico delle antiche angiosperme.

In un articolo pubblicato giovedì sulla rivista Biologia PLOS, un paio di scienziati proposero una risposta al mistero abominevole del perché le angiosperme sostituissero così repentinamente le gimnosperme. Kevin Simonin, un assistente professore di ecologia ed evoluzione presso la San Francisco State University, e Adam Roddy presentano prove che tutto si riduce all'efficienza delle cellule. Il segreto del successo delle angiosperme, dicono, è un rapido ridimensionamento delle cellule delle piante che inizia circa 140 milioni di anni fa. Questo ridimensionamento ha aumentato drasticamente la loro efficienza. Una volta che le angiosperme divennero molto più efficienti, il loro dominio sugli ecosistemi terrestri fu solo una questione di tempo.

Il team di ricerca è giunto a questa conclusione esaminando la dimensione relativa dei genomi in angiosperme e gimnosperme, quindi confrontando tali numeri con la capacità di cattura di anidride carbonica delle piante e l'efficienza di trasferimento dei liquidi. Le dimensioni delle cellule possono variare molto a causa di vari fattori, ma la dimensione del genoma è un forte predittore delle dimensioni delle cellule. Pertanto, hanno concluso, un genoma più piccolo significa una cellula più piccola - e quindi più cellule possono essere confezionate nello stesso volume di tessuto vegetale, consentendo a una pianta di assumere più anidride carbonica e acqua, producendo così più carboidrati che producono energia e guidano la crescita.

La fotosintesi è una parte importante di questo quadro, poiché, come tutti sappiamo, le piante hanno bisogno della luce solare per trasformare l'acqua e il biossido di carbonio in carboidrati. Ricerche precedenti hanno dimostrato che le maggiori capacità fotosintetiche delle angiosperme li hanno aiutati a crescere molto più rapidamente rispetto ai loro cugini di gimnosperma, ma questo nuovo studio ci mostra Come le angiosperme hanno raggiunto questo alto livello di efficienza.

Quindi, anche se la coevoluzione con gli impollinatori ha giocato un ruolo enorme nei meccanismi specifici dell'evoluzione dell'angiosperme, Simonin e Roddy dicono che c'è qualcosa di comune a tutte queste piante, qualcosa di fondamentale per la loro architettura biofisica, che ha permesso loro di conquistare il mondo. Forse questa ricerca avrebbe messo a repentaglio la mente di Darwin. Ma più probabilmente, avrebbe solo nuove domande.

Astratto: L'origine brusca e la rapida diversificazione delle piante da fiore durante il Cretaceo è stata a lungo considerata un "mistero abominevole". Mentre la causa della loro alta diversità è stata attribuita in gran parte alla coevoluzione con impollinatori ed erbivori, la loro capacità di superare le felci e le felci precedentemente dominanti le gimnosperme sono state oggetto di molte ipotesi. Comune tra questi è che le angiosperme da sole hanno sviluppato foglie con stadi più piccoli e più numerosi e reti di venatura più ramificate che consentono tassi più elevati di traspirazione, fotosintesi e crescita. Tuttavia, il modo in cui le angiosperme impacchettano le loro foglie con stomi più piccoli e più abbondanti e più venature non è noto, ma è legato - dimostriamo - a semplici vincoli biofisici sulla dimensione delle cellule. Solo le linee di angiosperme subivano un rapido ridimensionamento del genoma durante il primo periodo del Cretaceo, il che facilitava la riduzione delle dimensioni delle cellule necessarie per impacchettare più vene e stomi nelle foglie, portando effettivamente la produttività primaria effettiva al suo massimo potenziale. Pertanto, le accresciute capacità competitive delle angiosperme sono dovute in gran parte al ridimensionamento del genoma.