脅威のある生きた化石 – 気候変動により、最も古い生きた陸上植物が危険にさらされています

珍しい苔 種 タカキア 高地環境で繁栄するために数百万年にわたって進化しました。 フライブルク大学のRalf Reski博士と中国のCapital Normal UniversityのHe Yikun博士が主導した共同研究努力により、最近霜や生命を脅かす高いUV放射線で生き残る能力をどのように開発したかを正確に明らかにしました。 。

権威あるジャーナルに掲載 セル、研究は、極端な環境要因に対抗して苔を武装させる遺伝的特性を概説しています。 研究者はまた、急速な気候変動がわずか数年で高度に専門化されたこの種の自然生息地にどれほど深刻な影響を与えたかを報告します。

属 タカキア 2種のみが含まれます。 これらはすべて、生物多様性の中心地である「世界の屋根」であるチベット高原でのみ発見されています。 そこで、研究の最初の著者の2人のうちの1人であるXuedong Li教授がこの種の集団を発見しました。 タカキア レピトヨード 2005年に高度4,000メートル以上に達しました。 それ以来、チームは研究を進めました。 タカキア 10年以上山と実験室で。

例えば、その研究の他の最初の著者であるDr。 Ruoyang Huは研究期間中に現場に20回以上訪れました。 「この高度では働きにくいです。 高山病が問題であり、時には機器が動作しないこともあります。」とLiは説明します。 「それでも私はこのような環境で働くのが好きです。 そこで環境を保存し保護することがどれほど重要かを真に理解します。」とHuは言います。

研究者がコケ個体群を研究した地域の姿。 左側のガワロンイースト氷河。 出典：Ruoyang Hu /北京首都師範大学

チベット高原では タカキア 年間の8ヶ月間は目の下に埋もれており、それ以外は高レベルの紫外線にさらされます。 そこで生き残るためには、生命体は特別な適応が必要です。 のため タカキアこれらは過去6,500万年にわたって進化してきました。 それ以来、地球のこの地域は大陸の移動によって隆起し、苔の生息地がますます極端に変わりました。

「これらの地質学的時間記録は、私たちがこの地域の高い高度での生活への漸進的な適応を追跡するのに役立ちます。 タカキア ゲノム」とフライブルク大学と優れたクラスタCIBSSで研究を行うReskiは説明します。 現在の研究では、彼のチームは、どの生物学的シグナル伝達経路が苔細胞を凍結および突然変異誘発性紫外線から保護するかを調べた。

タカキア 最も長く生きている陸上植物です。

大きさが数ミリメートルに過ぎない苔は、緑藻類、傘苔、苔の特徴を組み合わせて長い間体系的所属が不明であったため、研究者たちに特別な関心を集めている。 「私たちはこれを証明できるようになりました。 タカキア 3億9千万年前、最初の陸上植物が出現した直後に他の苔から分離された苔です。 私たちはその事実を知って驚きました。 タカキア 陽性選択の下で急速に進化する遺伝子の数が最も多いことが知られています。」とHeは言います。

生きている化石

もう一つ驚いたのは、形が珍しいということでした。 タカキア 内モンゴルの1億6,500万年の化石ですでに発見されています。 したがって、化石は形態に影響を与える遺伝的変化が非常に異なる環境条件で1億6500万年前に進化したことを示すので、生物学者にもう一つの貴重な時間参考資料を提供します。

これらの特性の中には、植物の成長と発達を制御するシグナル分子オーキシンの働き方があり、これは植物にとって非定型的です。 「たとえ タカキア ゲノムは非常に急速に進化しているため、形は1億6500万年以上の間、顕著に変わりませんでした。 これは作る タカキア 本物の生きている化石。 変化しない形態と急速に変化するゲノムとの間のこの明白な対照は、進化生物学者にとって科学的な課題です。」とReskiは説明しています。

変化する代謝過程は紫外線から保護する

一方、現在の研究では、ストレスシグナル処理と特定の代謝過程の調節に影響を与える遺伝的特性は、より若く、チベットプラトーが隆起した後にしか見られなかった。 研究者たちは、過去5,000万年間の徐々な出現を再構築し、有害な環境影響から苔細胞をどのように保護するかを示すことができました。

「例えば、 タカキア 有害な紫外線やフリーラジカルから保護するフラボノイドや不飽和脂肪酸などの分子を蓄積するために代謝を調節します。 「私たちはゲノムによって制御されるシグナル分子を見ています。 DNA 修理する、 光合成 酸化ストレスのメカニズムは特に強力なポジティブ選択を受けており、過去数百万年にわたって大きく変化しています」

気候変動により終末が来る可能性があります タカキアの 3億9千万年後の進化

しながら タカキア 気温が低くなり、放射線強度が増加するにつれて適応するのに数百万年がかかり、数十年以内に生息地が変わっています。 測定が始まった2010年以降、研究者たちは平均気温がほぼ0.5度増加したことを発見しました。 摂氏 そこから毎年。

同時に、サンプル現場近くの氷河は年間ほぼ50メートルずつ後退しました。 高度に特化した苔は、他の種に比べてこれらの温度上昇にあまりうまく対処しません。 タカキア 研究期間中、集団はかなり減少し、他の植物種は温暖化によって恩恵を受けた。 これらの傾向は続く可能性が高いと研究者は懸念しています。

「私たちの研究はどれほど価値があるかを示しています。 タカキア 陸上植物の進化を追跡しています。 私たちが発見した人口減少は怖いです。」と彼は言います。 Huは、「幸いにも、植物が絶滅の危機に瀕していることを知ると、例えば実験室で植物を栽培するなど、植物を保護する機会も得られます」と指摘しています。 「タカキア 恐竜が来て行くのを見ました。 それは私たちの人間が来るのを見ました。 今、私たちはこの小さな苔から回復力と絶滅について学ぶことができます。」とReskiは結論を下しました。

注：「Ruoyang Hu、Xuedong Li、Yong Hu、Runjie Zhang、Qiang Lv、Min Zhang、Xianyong Sheng、Feng Zhao、Zhijia Chen、Yuhan Ding、Huan Yuan」進化」、Xiaofeng Wu、Shuang Xing、Xiaoyu Yan、Fang Bao、Ping Wan、Lihong Xiao、Xiaoqin Wang、Wei Xiao、Eva L. Decker、Yikun He、2023年8月9日、 セル。
DOI：10.1016/j.cell.2023.07.003

この研究は、中国国立自然科学財団、チベット自治区科学技術部、首都師範大学の生物情報学と統計の新しい学際的な構築、南部亜熱帯植物多様性の深センコア研究所、ドイツ研究財団DFGとフライブルク高等研究所FRIASとストラスブール大学高等研究所USIAS（METABEVO）。