Die Größe des Genoms reiner Farne hat sich 180 Millionen Jahre nicht verändert. • Elena Naimark • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Evolution, Paläontologie, Genetik

Die Größe des Genoms reiner Farne hat sich 180 Millionen Jahre nicht verändert

Osmunda asiatica (Osmundastrum), Asiatisch oder Zimt Osmund (reinster), ist einer der primitiven Farne, die die Grundlage des phylogenetischen Baumes der echten Farne darstellen. Foto von cumauriceriver.de

Schwedische Wissenschaftler untersuchten detailliert die versteinerten Farne in einem einzigartigen Erhaltungszustand. Diese Fossilien gehören zu einer der lebenden Gattung. Aufgrund der Tatsache, dass Zellen mit Kernen und Chromosomen in den versteinerten Überresten perfekt sichtbar sind, war es möglich, die Größe des Genoms der alten Vertreter dieser Gattung abzuschätzen. Er war ungefähr derselbe wie der von modernen Verwandten. Dies bedeutet, dass diese Farne seit 180 Millionen Jahren sowohl spezifische äußere Merkmale als auch die Menge an genetischem Material behalten haben, ohne dass sie verloren oder vermehrt wurden. Dieses Beispiel des extremen evolutionären Konservatismus bietet eine Gelegenheit zu verstehen, warum einige Organismen ihren evolutionären Lauf verlangsamen und sich in lebende Fossilien verwandeln.

Geologen der Universität Lund (Schweden) und des Schwedischen Naturhistorischen Museums in Stockholm präsentierten erstaunliche Daten über die Struktur fossiler Farnzellen im Alter von 182 Millionen Jahren (Ablagerungen des Unterjura). Sie haben es geschafft, nicht nur die Struktur der Gewebe fossiler Farne zu berücksichtigen, sondern auch, was sich in den Zellen befindet.

Die einzigartigen Details der Struktur sind dank einer extrem schnellen Versteinerung erhalten. Die Überreste der Pflanzen wurden in einem sehr porösen vulkanischen Boden vergraben. Hydrothermale Lösungen, die mit Calcium gesättigt waren, strömten frei durch die Poren im Boden. Daher wurden Zell- und Gewebestrukturen durch Calciumsalze ersetzt, ohne dass Zeit (oder sogar Beginn) für den Abbau bestand. Eine solche Schlussfolgerung wurde gemacht, weil das Wirtsgestein eine völlig andere Zusammensetzung hat. Es besteht aus normalen vulkanischen Mineralien – Alumosilikaten mit einem hohen Gehalt an Eisen und Magnesium. Es ist klar, dass die Mineralisierung von Pflanzenresten nicht auf das langsame Auslaugen von Kationen und Anionen aus dem Muttergestein zurückzuführen war, sondern auf die bereits vorhandenen gesättigten Salzlösungen. Paläontologen haben Glück!

Da die Reste von Farnen eine perfekt unterscheidbare Zell- und Gewebemorphologie aufwiesen, konnten die Befunde sogar zur Gattung bestimmt werden. Sie gehören zur Gattung Osmundastrum: Dies ist die moderne Gattung (oder Untergattung, es heißt "rein"), die dem phylogenetischen Baum der echten Farne (Osmundaceae) zugrunde liegt. Dies ist die Art der stabilen Morphologie dieser reinen – 180 Millionen Jahre war nicht genug, um es zu ändern.

Die Vulkangesteine ​​der Djupadal-Suite (des Jurazeitalters) sind von Waldvegetation verdeckt. Es sieht unauffällig aus, enthält aber einen reichen Komplex fossiler Flora. Foto von atthetornquist.se

Aber das ist nicht alles: In diesen Proben sind Kerne mit Nukleoli und Zytoplasma mit Einschlüssen und Organellen sowie Zell- und Kernmembranen in den Zellen sichtbar. Einige Zellen werden während der Zellteilung "gefangen": dichte Chromosomen sind unterscheidbar, Kernmembranen (Prophase) lösen sich in anderen Zellen auf und Chromosomen ordnen sich entlang des Zelläquators (Metaphase) an, oder divergierende Chromosomen erstarren auf halbem Weg zu den Zellpolen (Anaphase). Es wurden auch Zellen gefunden, die sich im Prozess der Apoptose befanden. Dies wurde durch die besondere Form der Zellkerne beurteilt. Vor uns ist buchstäblich ein "lebendiges" Fossil!

Auf der linken Seite: Querschnitt des Farnrhizoms von Osmunda Asiatic; auf der rechten Seite: Querschnitt des fossilen Jurafarns (Skalenlänge 500 Mikrometer). Fotos von plantsystematics.org und von dem besprochenen Artikel in Wissenschaft

Solch eine ausgezeichnete Konservierung ließ auf den genetischen Inhalt von Zellkernen schließen. Leider ist es unmöglich, an die DNA dieser Farne heranzukommen, aber Sie können die Größe ihres Genoms abschätzen. Bekannte Beziehung zwischen der Größe des Kerns und der Menge an DNA.Daher kann die Größe des Kerns aus der Größe des Kerns geschätzt werden.

Die Abhängigkeit des Volumens des Kerns von der Menge an DNA in den Zellen der Meristemtriebe. Zeitplan von I. Šimova, T. Herben, 2012. Geometrische Einschränkungen der krautigen Pflanzen

Die Wissenschaftler maßen genau alle Zell-Interphase-Kerne des Meristems, die in der Probe gefunden wurden (Durchmesser, Umfang, Fläche) und verglichen sie mit den entsprechenden Parametern der modernen reinen Oberfläche. Sie waren überraschend nah dran.

Beispiele für moderne (oben links) und fossil (Unten links) Vertreter rein rein: sie haben nicht nur ähnliche Morphologie, sondern auch quantitative Parameter der Zellkerne: der Umfang des Kerns (im Zentrum) und der abgeschnittene Bereich des Kerns (auf der rechten Seite). Abbildung aus dem besprochenen Artikel in Wissenschaft

Dies bedeutet, dass ihre Genomgröße ungefähr gleich der ihrer modernen Verwandten war. Für 180 Millionen Jahre hat sich nicht nur die Morphologie nicht verändert, sondern die Menge an genetischem Material ist gleich geblieben.

Farne waren pure außergewöhnliche evolutionäre Schnecke. Kann man anhand dieses Beispiels feststellen, dass es keine Evolution gibt? Es ist natürlich unmöglich, aber dieses Beispiel bietet eine ausgezeichnete Gelegenheit zu verstehen, was lebende Fossilien sind – stabile evolutionäre Relikte.

Quelle: B. Bomfleur, S. McLoughlin, V. Vajda.Versteinerte Zellkerne und Chromosomen enthüllen 180 Millionen Jahre Genomstase in Royal Ferns // Wissenschaft. 2014. V. 343, S. 1376-1377.

Elena Naimark


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