Lapų gyslotumo evoliucija - raktas neįtikėtinos sausuminės biotos įvairovės paaiškinimui
68 views
Skip to first unread message
Andrej S
Mar 20, 2010, 5:26:41 PM3/20/10
to G-mokslai
Sausumoje egzistuoja kur kas daugiau rūšių organizmų nei vandenynuose. Devynios iš dešimties rūšių aptinkamos kontinentuose. Bet taip buvo toli gražu ne visados. Tikėtiniausia, kad gyvybė kažkada archėjaus arba hado eonuose atsirado jūrinėje aplinkoje. Sekančius 3 milijardus metu ji buvo aptinkama taip pat tiktai jūrinėse aplinkose. Veikiausiai vėlyvajame neoproterozojuje sausumoje pasirodė aptinkami kiekiai fotosintetinančių organizmų, kurie veikiausiai ten ir gyveno (žiūrėkite nuorodas G-moksluose). Vėliau, jau ordoviko periode, prie pirmųjų sausuminių dumblių, kerpių ir samanų prisingė ir stuomeniniai augalai. O paskui juos sekė ir pirmieji tikrieji sausuminiai gyvūnai. Tai buvo pirmųjų sudėtingų sausuminių ekosistemų pradžia. Tačiau jūrose įvairovė buvo didesnė dar ilgą laiką ir veikiausiai svarstyklės persisvėrė sausumos naudai tiktai kreidos periode, prieš 110 mln. metų.
Mokslininkai ilgą laiką aiškinosi (ir vis dar aiškinasi), kokios tokio nelygumo priežastis. Juk sausuma sudaro kur kas mažesnį žemės plotą, bei laiko akumuliuotis įvairovei vandenynuose buvo kur kas daugiau. Paleontologų užfiksuotas biologinės įvairovės padidėjimas sausumoje, koincidentiškas su angiospermų (žiedinių augalų) atsiradimu bei vabzdžių diversifikacija. "Science" žurnalo apžvalgininkė Elisabeth Pennisi pateikė straipsnį, kuriame pristato dviejų Kalifornijos Daivis'o universiteto evoliucinių biologų Richard Grosberg ir Geerat Vermeij, hipotezę aiškinančia tai kas visu pirma sukėlė šia diversifikaciją. Jų nuomone to kaltininkai yra žiediniai augalai, kurie tuo metu įgavo kur kas efektyvesnį metabolizmą, dėka to, kad jų lapų gyslotumas tapo kur kas tankesnis. Kaip to pasekmė - efektyvesnis resursų išnaudojimas, didesnis biologinės masės pagaminimas, augalų diversifikacija į įvairias nišas, bei po jos sekanti gyvūnų diversifikacija. Sausumoje, kaip mini autorė, atsirado unikalus gametų pernešimo santykiai tarp gyvūnų apdulkintojų ir augalų, jūrose toks reiškinys nėra matomas ar labai retas. Taip išeitu, kad atsiranda daugiau augalų rūšių - atsiranda daugiau apdulkintojų, ir toliau jų plėšrūnų ir jų visų parazitų. Evoliucija, tokiu būdu, vyksta kaskadiškai. Dauguma gi organizmų tokioje ekosistemoje yra ganėtinai reti ir turi santikinai neskaitlingas populiacijas. Jos gali egzistuoti todėl, kad oras kitaip nei vanduo, turi kur kas mažesnį lakumą, kas palengvina net ir mažų individų keliavimą ir lytinių partnerių paiešką (tai galioja kaip gyvūnams taip ir augalams). Tokios dispersiškos bendrijos išvengia konkurencijos su savo rūšies individais, bei sumažina parazitų užpuolimo tikimybę, bet tuo pat metu yra gyvybingos, nes apdulkintojai efektyviai atlieka kryžminimo funkciją.
Kalifornijos mokslininkams, idėją apie šį mechanizmą pametėjo praėjusiais metais "Proceedings of the Royal Society B" išspausdintas Čikagos universiteto mokslininko Kevin Boyce ir jo kolegų straipsnis (Boyce et, al, 2009). Jų tyrimas, kuris buvo skirtas augalų fiziologijos evoliucijai, parodė kad nežiediniai augalai turi vidutiniškai apie 2 mm gyslų per mm^2, tuo tarpu žiediniuose augaluose jis varijuoja nuo 8 iki 25 mm per mm^2 lapo - t.y. apie eile didesnis. Autoriai šio tyrimo metu atliko kaip dabartinių taip ir išmirusių augalų liekanų gyslų ilgio analizę. Vidutinis gyslų kiekis (2 mm per mm^2), išliko toks pats pas nežiedinius augalus per 380 mln. metų (trendas prisegto grafiko viršuje), nepaisant didelių pokyčių augalų filogenetinėje sudėtyje bei klimato bei atmosferos sudėties svyravimų - Augalu _filogenija _ir_lapu _gyslotumas.jpg. Tiktai atsiradus žiediniams augalams, viskas pasikeitė iš esmės. Nors gyslotumo tankiai žiediniuose ir nežiediniuose augaluose susikerta, tačiau žiediniai augalai turi dažniausiai kur kas didesnį gyslų kiekį per ploto vienetą (žiediniuse augaluose išimtys sudaro sukulentai, kurių gyvenimo būdas yra susijęs su vandens taupymo strategija). Pats gyslotumas, susijęs su raktinėmis augalų fiziologijos savybėmis: jis padidina transpiracijos greitį, tačiau sumažina erdvę fotosintetinančioms ląstelėms (todėl visados veikia kompromisas tarp šių veiksnių). Tuo tarpu greita transpiracija efektyvina anglies dioksido įsisavinimą, tačiau to pasekmė yra didelių vandens kiekių išgarinimas (grafike parodytas garinimo efektyvumas prieš gyslotumą) - Gyslotumas _vs_ H2O _garinimas.jpg. Pagal atliktų tyrimų rezultatus, augalijos transpiracijos greitis ekosistemose turėjo padidėti 3 - 4 kartus. Šitoks transpiracijos būdas įtakoja ne tik biomasės gamybą bet ir vandens ciklą žemėje (ir tuo pačiu klimatą). Pvz. kaip mini autoriai, tropiniuose miškuose apie 40 - 50 % vandens kritulių yra sudaryta iš prieš tai augalų išgarinto vandens (ne veltui Amazonė vadinama "žaliuoju vandenynu"). Taip pat pastebėta, kad iškirtus tropinius miškus, jie lėtai atsistato, dėl to kad sugriaunamas lokalus hidrologinis transpiracija paremtas ciklas. Kaip teigia autoriai, veikiausiai toks padidinto gyslotumo požymis žiediniuose augaluose atsirado tuomet kai buvo ilgalaikės "visdrėgnės" sąlygos. Manoma, kad toks augalų "atradimas", sukūrė teigiamus atgalinius ryšius, kurie plėtė drėgnas zonas ir taip praplatino jų gyvenamąją erdvę, taip padidinus globalią sausuminę biomasę bei biologinę įvairovę (iškart į galvą ateina filmo Nausicaä of the Valley of the Wind siužetas, kai tropinis miškas pats save plėtė, tik šiuo (realiu) atveju tas vyko be milžiniškų vabzdžių ;-).
Nuorodos į G-mokslų apžvalgas susijusiomis temomis:
Izotopų biogeochemija sako - Žemė pradėjo žaliuoti anksčiau!
Skorpionmusės apdulkindavo augalus dar prieš atsirandant žiediniams augalams [paleoentomologija, Kinijos paleontologija]
“Humongous Fungus” – Devono periodo grybas milžinas
Arabija - stuomeninių augalų gimtinė, kurioje jie "slėpėsi" 20 mln. metų
Evoliucija ir ekonomika [Evoliucijos teorija]
Nuorodos:
Boyce C. Kevin, Tim J. Brodribb, Taylor S. Feild, Maciej A. Zwieniecki. Angiosperm leaf vein evolution was physiologically and environmentally transformative // Proceedings of the Royal Society B. 2009. V. 276. P. 1771–1776 - Straipsnis "Proceedings of the Royal Society B." žurnale apie gyslotumo evoliucijos reikšmę biologinės įvairovės generavime.
Pennisi Elizabeth. On rarity and richness. Two researchers have taken a stab at explaining why oceans have far fewer species than terrestrial habitats // Science. 2010. V. 327. P. 1318–1319 - Straipsnis "Science" žurnale apie naująją teoriją paaiškinančia sausuminės biologinės įvairovės augimą mezo-kainozojuje.
Podcast Interview - Podkastinis interviu, kur Elizabeth Pennisi pasakoja apie naują hipotezę aiškinančia didelę sausuminę įvairovę.
Гиляров Алексей. Видовое богатство суши — следствие хорошо развитой сосудистой сети у цветковых растений. - Populiarus apžvalginis straipsnis elementy.ru tinklapyje apie aukščiau minėtą teoriją.
--
AS
Mokslininkai ilgą laiką aiškinosi (ir vis dar aiškinasi), kokios tokio nelygumo priežastis. Juk sausuma sudaro kur kas mažesnį žemės plotą, bei laiko akumuliuotis įvairovei vandenynuose buvo kur kas daugiau. Paleontologų užfiksuotas biologinės įvairovės padidėjimas sausumoje, koincidentiškas su angiospermų (žiedinių augalų) atsiradimu bei vabzdžių diversifikacija. "Science" žurnalo apžvalgininkė Elisabeth Pennisi pateikė straipsnį, kuriame pristato dviejų Kalifornijos Daivis'o universiteto evoliucinių biologų Richard Grosberg ir Geerat Vermeij, hipotezę aiškinančia tai kas visu pirma sukėlė šia diversifikaciją. Jų nuomone to kaltininkai yra žiediniai augalai, kurie tuo metu įgavo kur kas efektyvesnį metabolizmą, dėka to, kad jų lapų gyslotumas tapo kur kas tankesnis. Kaip to pasekmė - efektyvesnis resursų išnaudojimas, didesnis biologinės masės pagaminimas, augalų diversifikacija į įvairias nišas, bei po jos sekanti gyvūnų diversifikacija. Sausumoje, kaip mini autorė, atsirado unikalus gametų pernešimo santykiai tarp gyvūnų apdulkintojų ir augalų, jūrose toks reiškinys nėra matomas ar labai retas. Taip išeitu, kad atsiranda daugiau augalų rūšių - atsiranda daugiau apdulkintojų, ir toliau jų plėšrūnų ir jų visų parazitų. Evoliucija, tokiu būdu, vyksta kaskadiškai. Dauguma gi organizmų tokioje ekosistemoje yra ganėtinai reti ir turi santikinai neskaitlingas populiacijas. Jos gali egzistuoti todėl, kad oras kitaip nei vanduo, turi kur kas mažesnį lakumą, kas palengvina net ir mažų individų keliavimą ir lytinių partnerių paiešką (tai galioja kaip gyvūnams taip ir augalams). Tokios dispersiškos bendrijos išvengia konkurencijos su savo rūšies individais, bei sumažina parazitų užpuolimo tikimybę, bet tuo pat metu yra gyvybingos, nes apdulkintojai efektyviai atlieka kryžminimo funkciją.
Kalifornijos mokslininkams, idėją apie šį mechanizmą pametėjo praėjusiais metais "Proceedings of the Royal Society B" išspausdintas Čikagos universiteto mokslininko Kevin Boyce ir jo kolegų straipsnis (Boyce et, al, 2009). Jų tyrimas, kuris buvo skirtas augalų fiziologijos evoliucijai, parodė kad nežiediniai augalai turi vidutiniškai apie 2 mm gyslų per mm^2, tuo tarpu žiediniuose augaluose jis varijuoja nuo 8 iki 25 mm per mm^2 lapo - t.y. apie eile didesnis. Autoriai šio tyrimo metu atliko kaip dabartinių taip ir išmirusių augalų liekanų gyslų ilgio analizę. Vidutinis gyslų kiekis (2 mm per mm^2), išliko toks pats pas nežiedinius augalus per 380 mln. metų (trendas prisegto grafiko viršuje), nepaisant didelių pokyčių augalų filogenetinėje sudėtyje bei klimato bei atmosferos sudėties svyravimų - Augalu _filogenija _ir_lapu _gyslotumas.jpg. Tiktai atsiradus žiediniams augalams, viskas pasikeitė iš esmės. Nors gyslotumo tankiai žiediniuose ir nežiediniuose augaluose susikerta, tačiau žiediniai augalai turi dažniausiai kur kas didesnį gyslų kiekį per ploto vienetą (žiediniuse augaluose išimtys sudaro sukulentai, kurių gyvenimo būdas yra susijęs su vandens taupymo strategija). Pats gyslotumas, susijęs su raktinėmis augalų fiziologijos savybėmis: jis padidina transpiracijos greitį, tačiau sumažina erdvę fotosintetinančioms ląstelėms (todėl visados veikia kompromisas tarp šių veiksnių). Tuo tarpu greita transpiracija efektyvina anglies dioksido įsisavinimą, tačiau to pasekmė yra didelių vandens kiekių išgarinimas (grafike parodytas garinimo efektyvumas prieš gyslotumą) - Gyslotumas _vs_ H2O _garinimas.jpg. Pagal atliktų tyrimų rezultatus, augalijos transpiracijos greitis ekosistemose turėjo padidėti 3 - 4 kartus. Šitoks transpiracijos būdas įtakoja ne tik biomasės gamybą bet ir vandens ciklą žemėje (ir tuo pačiu klimatą). Pvz. kaip mini autoriai, tropiniuose miškuose apie 40 - 50 % vandens kritulių yra sudaryta iš prieš tai augalų išgarinto vandens (ne veltui Amazonė vadinama "žaliuoju vandenynu"). Taip pat pastebėta, kad iškirtus tropinius miškus, jie lėtai atsistato, dėl to kad sugriaunamas lokalus hidrologinis transpiracija paremtas ciklas. Kaip teigia autoriai, veikiausiai toks padidinto gyslotumo požymis žiediniuose augaluose atsirado tuomet kai buvo ilgalaikės "visdrėgnės" sąlygos. Manoma, kad toks augalų "atradimas", sukūrė teigiamus atgalinius ryšius, kurie plėtė drėgnas zonas ir taip praplatino jų gyvenamąją erdvę, taip padidinus globalią sausuminę biomasę bei biologinę įvairovę (iškart į galvą ateina filmo Nausicaä of the Valley of the Wind siužetas, kai tropinis miškas pats save plėtė, tik šiuo (realiu) atveju tas vyko be milžiniškų vabzdžių ;-).
Nuorodos į G-mokslų apžvalgas susijusiomis temomis:
Izotopų biogeochemija sako - Žemė pradėjo žaliuoti anksčiau!
Skorpionmusės apdulkindavo augalus dar prieš atsirandant žiediniams augalams [paleoentomologija, Kinijos paleontologija]
“Humongous Fungus” – Devono periodo grybas milžinas
Arabija - stuomeninių augalų gimtinė, kurioje jie "slėpėsi" 20 mln. metų
Evoliucija ir ekonomika [Evoliucijos teorija]
Nuorodos:
Boyce C. Kevin, Tim J. Brodribb, Taylor S. Feild, Maciej A. Zwieniecki. Angiosperm leaf vein evolution was physiologically and environmentally transformative // Proceedings of the Royal Society B. 2009. V. 276. P. 1771–1776 - Straipsnis "Proceedings of the Royal Society B." žurnale apie gyslotumo evoliucijos reikšmę biologinės įvairovės generavime.
Pennisi Elizabeth. On rarity and richness. Two researchers have taken a stab at explaining why oceans have far fewer species than terrestrial habitats // Science. 2010. V. 327. P. 1318–1319 - Straipsnis "Science" žurnale apie naująją teoriją paaiškinančia sausuminės biologinės įvairovės augimą mezo-kainozojuje.
Podcast Interview - Podkastinis interviu, kur Elizabeth Pennisi pasakoja apie naują hipotezę aiškinančia didelę sausuminę įvairovę.
Гиляров Алексей. Видовое богатство суши — следствие хорошо развитой сосудистой сети у цветковых растений. - Populiarus apžvalginis straipsnis elementy.ru tinklapyje apie aukščiau minėtą teoriją.
--
AS
Reply all
Reply to author
Forward
0 new messages