Živý strom z období dinosaurů

Borovice wolemie vznešená (Wollemia nobilis) byla považována za vyhynulou. Podle fosilních nálezů měla vyhynout před dvěma miliony let. V roce 1994 objevili turisté v pískovcových skalách kaňonu v Národním parku Wollemi, asi 150 kilometrů západně od Sydney v Austrálii, skupinu podivných stromů. Jeden z turistů  to oznámil členu parkové služby, který pak ukázal vzorky listů botanikovi. K velikému překvapení se zjistilo, že jde o starověký druh, který byl v podstatě zmrazen v čase od doby, kdy se po Zemi potulovali dinosauři. Vědci následně dekódovali jeho genom, aby pochopili, jak přežil tak dlouho téměř beze změny.

Borovice wolemia (Wollemia nobilis), kterou někteří nazývají „živou fosilií“, je téměř identická s dochovanými pozůstatky z období křídy (před 145 až 66 miliony let). Je to jediný žijící druh starobylé jehličnaté dřeviny z čeledi blahočetovitých. V současné době roste ve volné přírodě jen 60 těchto stromů – a tito houževnatí přeživší jsou ohroženi požáry buše v regionu. Nyní vědci z Austrálie, Spojených států a Itálie dekódovali genom stromu, osvětlili jeho jedinečnou evoluci a reprodukční návyky a doporučili, jak jej pomoci ochránit. Článek byl zveřejněn v předtiskové databázi bioRxiv 24. srpna a nebyl recenzován (The genome of the Wollemi pine, a critically endangered „living fossil” unchanged since the Cretaceous, reveals extensive ancient transposon activity | bioRxiv). 

Čtení z genomu 

Borovice má 26 chromozomů, obsahujících dohromady ohromujících 12,2 miliardy párů bází. Pro srovnání: lidé mají jen asi tři miliardy párů bází. Navzdory velikosti genomu mají wolemie extrémně nízkou genetickou rozmanitost, což naznačuje, že asi před 10 000 až 26 000 lety se jejich populace dramaticky snížila. Ve skutečnosti si rostliny mnoho genetického materiálu nevyměňují. Zdá se, že se rozmnožují převážně klonováním prostřednictvím „výmladků“, kdy se z kořenů (základny stromu) vynořují mladé proutky a vyrostou v nové stromy. 

Skákající geny 

Vzácnost borovice může být částečně způsobena vysokým počtem transpozonů neboli „skákacích genů“ – úseků DNA, které mohou změnit svou pozici v genomu. Tyto prvky také odpovídají za velikost genomu. „Nejmenší rostlinný genom a největší rostlinný genom mají téměř stejný počet genů. Velké rozdíly ve velikosti obvykle pocházejí z transpozonů,“ řekl Live Science Gerald Schoenknecht, programový ředitel výzkumného programu rostlinného genomu National Science Foundation. (Schoenknecht sám nebyl zapojen do výzkumu, ale NSF poskytla finanční prostředky). 

Jak transpozony přeskakují na nová místa, mohou změnit sekvenci „písmen“ v molekule DNA, a tak způsobit nebo zvrátit mutace v genech. Mohou s sebou nést funkční DNA nebo měnit DNA v místě vložení, a tak mít podstatný vliv na evoluci organismu. 

Pokud transpozony vyvolaly škodlivé mutace, mohly přispět k poklesu populace vyvolanému měnícím se klimatem a dalšími faktory. Stresující podmínky mohly vést rostlinu k přechodu na klonální reprodukci. Protože zvýšení transpozonů koreluje se sexuální reprodukcí, změna na asexuální reprodukci mohla snížit potenciální škodlivé mutace. Paradoxně, zatímco stromy byly stále závislé na sexuální reprodukci, transpozony mohly hrát roli ve zvyšování genetické diverzity, a tak je alespoň dočasně učinily odolnějšími vůči měnícím se podmínkám. 

„V 99 % všech případů mutace pravděpodobně nevedou k úspěchu,“ řekl Schoenknecht. „Ale během milionů let může to 1 %, které pomáhá, posunout druh dopředu. V tomto případě to mohla být ona výhoda.“ 

Proč je citlivá k patogenům 

Dekódování genomu také odhalilo, proč se zdá, že borovice wolemie nádherná je náchylná k nemocem – zejména Phytophthora cinnamomi, patogenní vodní plíseň, způsobuje její odumírání. Geny odolné vůči chorobám stromu jsou potlačeny typem vlastní RNA, která je spojena s vývojem širších listů. Borovice wolemie mají na rozdíl od většiny jehličnanů poměrně široké jehlice. 

Evoluce širších listů tedy mohla vést k potlačení odolnosti vůči chorobám a otevřít tento druh patogenním hrozbám. P. cinnamomi se běžně vyskytuje v kulturních rostlinách, takže turisté mohou pro tento strom představovat určité riziko. 

Wolemie je kriticky ohrožená, ale můžete si ji koupit v zahradnictví 

Zatímco ve volné přírodě zůstaly pouze čtyři malé populace, borovice začaly rozsáhle množit botanické zahrady a další instituce ve snaze je zachovat a studovat jejich jedinečnou biologii. Tento druh je IUCN považován za kriticky ohrožený. Místo výskytu v národním parku Wollemi je proto přísně chráněno zákazem vstupu. Vládní program pro záchranu tohoto vzácného stromu nicméně poskytl práva na rozmnožování wolemie soukromé firmě, která získala právo mladé stromky volně prodávat. Napomohla i skutečnost, že strom lze relativně snadno rozmnožit řízkováním. Rostlinu proto v současnosti vlastní všechny větší botanické zahrady v ČR, je například součástí pravěké sekce zahrady v Liberci a je možné ji levně a legálně zakoupit i soukromě. Oficiální komercializace tohoto druhu je úspěšnou ukázkou propojení obchodu se zájmy ochránců přírody.

Analýza genomu borovice wolemie tedy není pouhou akademickou kuriozitou – má vážné důsledky pro přežití druhu. 

Co to jsou vlastně stromy? 

Když se podíváte na evoluční diagram, můžete vidět, kde se Homo sapiens oddělil od ostatních primátů. Můžete vidět, kde se jabloně oddělily od zbytku rodiny růží. Ale nevidíte, kde se stromy oddělily od jiných rostlin. To proto, že to nikdy neudělaly a vlastně nejsou druh, ani čeleď nebo řád. Existují stromy vůbec vědecky?

Tom Kimmerer, konzultující lesní vědec z Kentucky, řekl: „ano – ale ne tak, jak si myslíte“. Strom je jednoduše řešením problému rostlin – a tím problémem je přístup ke světlu.

Nejstarší rostliny na zemi byly bylinné – měkké, nedřevnaté rostliny, jako jsou byliny a trávy, které obecně rostou nízko u země. Ale v okamžiku, kdy jedna rostlina vyrostla výš než ostatní, došlo k soupeření o sluneční světlo. „Dlouhověkost, tedy trvalá rostlina, která udržuje své listy nad listy ostatních rostlin, je to, co vede ke vzniku stromu,“ řekl Kimmerer. „Všechno ostatní, co charakterizuje stromy, vzniklo proto, aby to fungovalo efektivně.“

Dřevo je ten důležitý vynález

Stromy mají například silné kmeny, které pomáhají dosáhnout větších výšek, a tedy více slunečního světla. Stromy mají také účinný vodovodní systém, který čerpá vodu vysoko nahoru a snáší živiny zpět dolů. To je díky xylému a floému, tkáním, které tvoří letokruhy stromu. Stromy mají také velké, účinné kořenové systémy, které dodávají vodu a minerály.

Bylinné rostliny mají také mnoho z těchto vlastností: stonky, které podporují jejich váhu, také xylém a floém, které nesou vodu a živiny, a mají kořenový systém. Jenže je prostě nemusejí využívat v takové míře, jako rostliny, které jsou i desítky metrů vysoké. Bylinné rostliny nejsou ze dřeva – právě to představuje hlavní rozdíl. „Dřevo je jednou z nejúžasnějších struktur na světě. Je to adaptace, která současně řeší více problémů,“ řekl Kimmerer.

Dřevo zabezpečuje tři věci, které jsou pro strom naprosto nezbytné: je dostatečně pevné a pružné, aby udrželo výšku stromu, je skvělé při přepravě vody na dlouhé vzdálenosti a je skvělé při skladování cukru. Stromy nejsou obecně příbuzné, i když jsou jejich vlastnosti podobné. Jsou jen formou, kterou může rostlina mít. Stromy najdete mezi rostlinami po celé evoluční mapě. „Existuje spousta botanických skupin rostlin, které jsou pouze bylinné,“ řekl Kimmerer. „A existuje ještě více skupin, které mají jak bylinné, tak stromové členy. A pak je tu pár skupin, v nichž jsou jen stromy.“

Zdroje: Záhada „živého fosilního“ stromu zmrazeného v čase po dobu 66 milionů let konečně vyřešena | Živá věda (livescience.com)

Existují stromy (vědecky řečeno)? | Živá věda (livescience.com)

https://cs.wikipedia.org/wiki/Wolemie_vzne%C5%A1en%C3%A1