Εκτός από σύμβολο της αγάπης και του ρομαντισμού, τα τριαντάφυλλα είναι ευρέως γνωστά για τα αιχμηρά τους αγκάθια που προεξέχουν από τους μίσχους για να αποτρέπουν τα ζώα που θέλουν να φάνε τα μπουμπούκια.

Δεν είναι το μόνο φυτό που διαθέτει αυτόν τον αμυντικό μηχανισμό: Άλλα λουλούδια, όπως τα άνθη κλεόμης ή τα βάτα, ο ανθοφόρος θάμνος που είναι υπεύθυνος για τα σμέουρα και τα βατόμουρα, φέρουν τις αιχμηρές αιχμές, όπως και ορισμένα καλλιεργούμενα φυτά, πχ οι ντομάτες, οι μελιτζάνες, το κριθάρι και το ρύζι.

Πώς όμως όλα αυτά τα είδη, πολλά από τα οποία εξελίχθηκαν ξεχωριστά κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών, κατέληξαν να έχουν το ίδιο αγκαθωτό χαρακτηριστικό; Μια ομάδα διεθνών επιστημόνων διαπίστωσε ότι η απάντηση βρίσκεται στο DNA τους, εντοπίζοντας την προέλευση σε μια αρχαία οικογένεια γονιδίων που είναι υπεύθυνη για τα αγκάθια σε όλες αυτές τις παραλλαγές, σύμφωνα με μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό έντυπο Science.

Τα ευρήματα όχι μόνο ανοίγουν την πόρτα για τους επιστήμονες που επιθυμούν να δημιουργήσουν παραλλαγές χωρίς αγκάθια, αλλά παρέχουν επίσης πληροφορίες για την εξελικτική ιστορία ενός εξαιρετικά ποικιλόμορφου γένους φυτών, λένε οι ειδικοί.

Διαβασε ακομα

Το πρώτο έγκλημα που εξιχνιάστηκε χάρη στο DNA είχε θύματα δύο ανήλικα κορίτσια

Η εξέλιξη των αγκαθιών

Σε αντίθεση με τις αναφορές της ποπ κουλτούρας, τα τριαντάφυλλα δεν έχουν αγκάθια, τα οποία είναι τα αιχμηρά ξυλώδη σημεία ορισμένων θάμνων και δέντρων, όπως τα εσπεριδοειδή. Αντίθετα, τα λουλούδια έχουν αγκάθια που σχηματίζονται από το δέρμα του φυτού, παρόμοια με τον τρόπο που αναπτύσσονται οι τρίχες.

Τα αγκάθια υπάρχουν εδώ και τουλάχιστον 400 εκατομμύρια χρόνια, χρονολογούμενα από τότε που εμφανίστηκαν οι φτέρες και οι συγγενείς τους, με ορισμένες να φέρουν αγκάθια στους μίσχους τους. Από τότε το γνώρισμα έχει εμφανιστεί -και εξαφανιστεί- σε διαφορετικά σημεία του εξελικτικού χρόνου, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Zachary Lippman, βιολόγος φυτών και καθηγητής γενετικής στο Cold Spring Harbor Laboratory στο Long Island της Νέας Υόρκης.

Ένα από τα πιο ποικιλόμορφα γένη φυτών, γνωστό ως Solanum – το οποίο περιλαμβάνει καλλιέργειες όπως οι πατάτες, οι ντομάτες και οι μελιτζάνες – απέκτησε για πρώτη φορά αγκάθια πριν από 6 εκατομμύρια χρόνια. Σήμερα, το γένος έχει περισσότερα από 1.000 είδη που εμφανίζονται σε όλο τον κόσμο, με περίπου 400 από αυτά να αναφέρονται ως αγκαθωτά Solanum για τα αγκάθια τους, σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο της Γιούτα.

Όταν ένα κοινό χαρακτηριστικό, όπως τα αγκάθια, εμφανίζεται ανεξάρτητα σε διαφορετικές γενεαλογικές γραμμές και είδη, αυτό είναι γνωστό ως συγκλίνουσα εξέλιξη και συμβαίνει όταν τα είδη προσαρμόζονται με παρόμοιο τρόπο σε ορισμένες περιβαλλοντικές ανάγκες. Τα φτερά είναι ένα άλλο παράδειγμα χαρακτηριστικού που εξελίχθηκε με αυτόν τον τρόπο μεταξύ διαφορετικών ειδών πτηνών, καθώς και άλλων ζώων, όπως οι νυχτερίδες και ακόμη και ορισμένα είδη σκίουρων που έχουν τη δομή που μοιάζει με φτερά, δήλωσε ο Lippman, ο οποίος είναι επίσης ερευνητής του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes.

Διαβασε ακομα

Αρχαίο DNA έλυσε μακάβριο μυστήριο χιλιάδων αιώνων

Τα αγκάθια αποτελούν μια εξελιγμένη άμυνα κατά των φυτοφάγων ζώων και μπορούν επίσης να βοηθήσουν στην ανάπτυξη, στον ανταγωνισμό των φυτών και στη συγκράτηση νερού, σύμφωνα με τη μελέτη. Προηγουμένως ήταν άγνωστο τι ακριβώς έκανε τις φτέρες και άλλα ασύνδετα φυτά να αναπτύσσουν τα αγκάθια. Τώρα, οι συγγραφείς της μελέτης διαπίστωσαν ότι μια αρχαία οικογένεια γονιδίων, γνωστή ως Lonely Guy ή LOG, λειτούργησε ως φύλακας πύλης για το χαρακτηριστικό αυτό, ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας το σε διαφορετικά είδη μέσα σε εκατομμύρια χρόνια.

Γονίδια LOG

Αφαιρώντας αγκάθια από διάφορα είδη, συμπεριλαμβανομένων των τριαντάφυλλων και των μελιτζανών, οι συγγραφείς διαπίστωσαν ότι ένα γονίδιο LOG ήταν υπεύθυνο για τα αγκάθια σε περίπου 20 είδη φυτών που μελετήθηκαν. Τα γονίδια που σχετίζονται με το LOG βρίσκονται σε όλα τα φυτά, χρονολογούνται ακόμη και από τα βρύα, τα οποία θεωρούνται ως τα πρώτα φυτά ξηράς γης, δήλωσε ο Lippman. Τα γονίδια είναι υπεύθυνα για την ενεργοποίηση μιας ορμόνης γνωστής ως κυτοκινίνη, η οποία είναι σημαντική για τις βασικές λειτουργίες ενός φυτού σε κυτταρικό επίπεδο, συμπεριλαμβανομένης της κυτταρικής διαίρεσης και επέκτασης, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει την ανάπτυξη του φυτού.

«Δεν είναι ότι υπήρξε ένας κοινός πρόγονος που είχε αγκάθια και στη συνέχεια διαδόθηκε σε όλα αυτά τα άλλα φυτά σε διάστημα 400 εκατομμυρίων ετών και στη συνέχεια χάθηκαν σποραδικά. Στην πραγματικότητα, αυτό που φαίνεται είναι ότι φαίνεται να αποκτώνται αρκετά εύκολα σε διαφορετικές γενεαλογικές γραμμές», δήλωσε ο Lippman. «Τώρα, το ερώτημα είναι, πόσο συχνά η συγκλίνουσα εξέλιξη δεν είναι μόνο το χαρακτηριστικό που βλέπουμε, αλλά και τα γονίδια πίσω από το χαρακτηριστικό».

Και πρόσθεσε: «Η μελέτη μας είναι, νομίζω, ίσως η πρώτη που αποδεικνύει πραγματικά τη δύναμη αυτών των εργαλείων (γενετική και γονιδιωματική αλληλουχία) να καλύψουν μια τόσο μεγάλη εξελικτική απόσταση για να θέσουν αυτό το πολύ κλασικό ερώτημα σχετικά με τη συγκλίνουσα εξέλιξη στην εξέλιξη των οργανισμών των φυτών ή των ζώων».

Διαβασε ακομα

Το μαγικό μέρος που μπορούν να επισκεφθούν μόνο 20 άτομα

Η ανακάλυψη προσθέτει ένα πολύτιμο εργαλείο για τους ερευνητές που εξετάζουν τον βαθμό προστασίας που προσφέρουν τα αγκάθια από τα φυτοφάγα ζώα. Αυτό το επίπεδο άμυνας ήταν προηγουμένως δύσκολο να εκτιμηθεί, καθώς η χειροκίνητη αφαίρεση των αγκαθιών από ήδη αναπτυγμένα φυτά -για να ελεγχθεί αν είναι πιο ευάλωτα χωρίς αυτά- βλάπτει τον ιστό και μπορεί να θέσει σε κίνδυνο την υγεία των φυτών, δήλωσε ο Tyler Coverdale, επίκουρος καθηγητής βιολογικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο Notre Dame, ο οποίος δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη.

«Εξουδετερώνοντας τα αγκάθια με στοχευμένες γενετικές μεταλλάξεις, μπορούμε να κατανοήσουμε πληρέστερα τον οικολογικό ρόλο της φυσικής άμυνας των φυτών», δήλωσε ο Coverdale σε ένα ηλεκτρονικό μήνυμα. «Τα αγκάθια είναι μια βασική εξελικτική εξέλιξη που επιτρέπει στα φυτά να αντέχουν στη φυτοφαγία, γι’ αυτό και πολλά από τα αγκαθωτά Solanum βρίσκονται σε περιοχές με ιστορικά υψηλή ποικιλομορφία μεγάλων φυτοφάγων. Χωρίς αυτή τη βασική καινοτομία, είναι πιθανό ότι το Solanum θα ήταν πολύ πιο περιορισμένο σε εύρος και ποικιλότητα».

Γενετική αφαίρεση των αγκαθιών

Πριν από αυτή την ανακάλυψη, μια άλλη μέθοδος αφαίρεσης των αγκαθιών από τα φυτά ήταν η προσπάθεια αναπαραγωγής του φυτού με μια άλλη παραλλαγή που είχε χάσει φυσικά τα αγκάθια της, δήλωσε ο Lippman, γι’ αυτό και υπάρχουν σήμερα κάποια είδη τριαντάφυλλων χωρίς τα αγκάθια.

Τώρα όμως που εντοπίστηκε το γονίδιο που ευθύνεται για τα αγκάθια, οι επιστήμονες μπορούν να αφαιρέσουν τα αγκάθια χρησιμοποιώντας τεχνικές επεξεργασίας του γονιδιώματος όπως το CRISPR, μια μέθοδο που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για την τροποποίηση του DNA ζωντανών οργανισμών. Η στοχευμένη γονιδιακή επεξεργασία μπορεί να δημιουργήσει περισσότερες παραλλαγές με ευκολία και έχει λιγότερες επιπτώσεις στην ανάπτυξη του φυτού και την παραγωγή καρπών, δήλωσε ο Coverdale.

«Η μελέτη αυτή όχι μόνο μας λέει περισσότερα για την εξέλιξη των αγκαθιών συγκεκριμένα, αλλά μας παρέχει επίσης πληροφορίες για τη μηχανική του τρόπου με τον οποίο μπορούμε να τροποποιήσουμε τα αναπτυξιακά μονοπάτια των φυτών για τη βελτίωση της γεωργίας», δήλωσε η Vivian Irish, βιολόγος φυτών και καθηγήτρια στο τμήμα μοριακής, κυτταρικής και αναπτυξιακής βιολογίας του Πανεπιστημίου Yale. Η Irish δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη, αλλά ήταν η επικεφαλής συγγραφέας μιας μελέτης του 2020 που διαπίστωσε ότι τα αγκάθια αναπτύσσονται στα φυτά μέσω της δραστηριότητας των βλαστικών κυττάρων.

Διαβασε ακομα

Η πιο ξηρή έρημος στον πλανήτη ανθίζει

«(Τα γονίδια LOG) έχουν επανειλημμένα συνυπολογιστεί (βιολογική αλλαγή στη λειτουργία ενός χαρακτηριστικού) σε διάφορα είδη φυτών για τον σχηματισμό των αγκαθιών, και επίσης επανειλημμένα χαθεί σε γενεαλογικές γραμμές … Ο (συν)-υπολογισμός σε πολλά διαφορετικά επίπεδα μπορεί να είναι ο κανόνας της φύσης και η καινοτομία σε πολλές περιπτώσεις μπορεί κάλλιστα να αντανακλά την επαναχρησιμοποίηση παλαιών γονιδίων με νέους τρόπους», πρόσθεσε η ίδια.

Για γεωργικούς σκοπούς, η αφαίρεση των αγκαθιών θα μπορούσε να διευκολύνει τη συγκομιδή και να ανοίξει το δρόμο για την εισαγωγή λιγότερο γνωστών προϊόντων στα παντοπωλεία.

Ένα παράδειγμα που χρησιμοποιούν οι συγγραφείς είναι οι σταφίδες της ερήμου, μούρα που καλλιεργούνται σε αγκαθωτούς θάμνους που κατάγονται από την Αυστραλία. Με την αφαίρεση των αγκαθιών, το μούρο θα μπορούσε να καλλιεργηθεί με πολύ μεγαλύτερη ευκολία και θα ήταν πιο παρόμοιο με τα κοινά μούρα των παντοπωλείων, όπως τα βατόμουρα και οι φράουλες, δήλωσε ο Lippman.

«Το θέμα είναι να έχουμε περισσότερη γνώση … και να κατανοήσουμε πόσο σημαντικές ήταν οι μεταλλάξεις για να μας δώσουν τα τρόφιμα που τρώμε στην κλίμακα που τα τρώμε, και να γνωρίζουμε ότι υπάρχουν περισσότερες δυνατότητες εκεί έξω», δήλωσε ο Lippman. «Όσο περισσότερα καταλαβαίνουμε, τόσο περισσότερο θα έχουμε την ευκαιρία να βελτιώσουμε το σύστημα, για να το κάνουμε να αποδίδει ακόμη καλύτερα».

Με πληροφορίες από CNN