Исследователи из Токийского столичного университета обнаружили, что папоротник Hymenasplenium murakami-hatanakae может становиться независимым гаметофитом, т.е. жить в течение длительного времени без спорообразующего спорофита. Они собрали образцы с острова Идзу-Осима, Япония, и использовали анализ ДНК, чтобы показать, что этот папоротник Aspleniineae, подотряд, охватывающий тридцать процентов папоротников на планете, является частью этого редкого класса. Дальнейшее изучение этого вида обещает раскрыть больше информации о том, как папоротники диверсифицируются и адаптируются. Исследование было опубликовано в Journal of Plant Research.
«Смена поколений» у растений и водорослей — это сложный цикл, посредством которого они размножаются. У каждого вида есть два «поколения» в цикле: спорофиты, которые имеют два набора хромосом (диплоидные), и гаметофиты, которые имеют только один (гаплоидные). Когда гаметофиты достигают зрелости, они производят гаметы, которые сливаются вместе, образуя диплоидную зиготу (клетку «оплодотворенной яйцеклетки»). Зиготы продолжают делиться и в конечном итоге становятся спорофитами. Спорофиты производят споры посредством процесса, который вдвое уменьшает число хромосом; они делятся и развиваются в гаметофиты, и цикл продолжается.
Для большинства растений на суше спорофиты и гаметофиты обычно зависят друг от друга в плане питания. Папоротники, с другой стороны, занимают особое место в биологии растений, поскольку они этого не делают. Это дает начало интересной возможности того, что спорофиты и гаметофиты существуют в течение длительных периодов времени в отсутствие друг друга. Хотя известно, что папоротники проводят большую часть своей жизни в качестве спорофитов, было обнаружено, что некоторые из них могут существовать в качестве гаметофитов в течение длительных периодов времени при полном отсутствии спорофитов, как «независимые гаметофиты». Но из-за их относительной редкости жизненный цикл независимых гаметофитов остается плохо изученным.
Вдохновленная многообещающей предварительной работой, группа исследователей под руководством профессора Нориаки Мураками из Токийского столичного университета обратила внимание на Hymenasplenium murakami-hatanakae , представителя семейства Aspleniaceae. Этот вид был обнаружен растущим в темных, влажных условиях на камнях у рек в более теплом климате в Японии и на Тайване. Группа собрала образцы на острове Идзу-Осима, в 300 км к югу от Токио, и использовала метод, известный как ДНК-штрихкодирование, для идентификации различных видов. В частности, они сравнили ДНК, выделенную из хлоропластов, для идентификации спорофитов и гаметофитов. К своему большому удивлению, они обнаружили, что гаметофиты этого вида могут существовать в течение длительных периодов времени в средах, которые были полностью изолированы от спор: данные показали, что они обнаружили новый независимый гаметофит.
Семейство Aspleniaceae является частью подотряда Aspleniineae, который охватывает примерно тридцать процентов всех папоротников на планете: открытие команды является первым не только для семейства, но и для подотряда. Преобладающая мудрость была очевидна в том, что Aspleniineae проводят большую часть своей жизни на суше в качестве спорофитов; казалось, что гаметофиты на острове Идзу-Осима смогли адаптироваться к своей каменистой, изолированной среде. Это не только проливает свет на эволюцию гаметофитов, но и поднимает важные вопросы о том, что это может означать для экологии растений. Команда надеется накопить больше знаний о виде и понять, как более широкий спектр видов папоротников диверсифицируется и заполняет экологические ниши.
