약 5 억 년 전 (지구가 이미 익은 40 억 년이었을 때) 최초의 녹색 식물은 마른 땅에 나타났습니다. 이것이 어떻게 이런 일이 일어 났는지는 여전히 진화의 큰 신비 중 하나입니다. 그 전에는 지상의 땅은 미생물 수명의 집이었습니다. 물 밖으로 나가는 최초의 녹색 식물은 급격한 나무 나 현재 세계의 작은 관목이 아니 었습니다. 그들은 얕은 뿌리와 나중에 건조한 땅에서 살아남고 번성하기 위해 진화 할 수있는 적응이 거의 없을 가능성이 높았습니다. 그리고 과학자들은이 식물들이 어떤 종류의 해초에서 진화했다는 데 동의하지만, 우리는 그 녹색 조류 조상에 대해 비교적 거의 알지 못합니다.
그러나 분자 생물학을 기반으로 한 두 가지 논문과 10 억 년 전의 희귀하고 귀중한 화석에 대한 몇 가지 논문은 고대 조류에 대한 우리의 이해와 결국 땅으로 전환 할 수있게 해줄 수있는 간격을 메우는 데 도움이되고 있습니다.
육지 식물의 화석은 풍부하지만 고대 해초 화석은 드물다. 물에서 생존하기 위해 식물은 튼튼한 혈관 시스템과 강한 세포벽을 개발했습니다. 동일한 특성은 화석에서 탁월한 보존을 만듭니다. “대부분의 조류는 약간 삐걱 거리는 것입니다. 그들은 골격을 형성하지 않습니다. 최초의 육상 식물은 일종의 기계적 지원을 받아야했습니다.”라고 Virginia Polytechnic Institute 및 State University의 지질학 교수 인 Shuhai Xiao는 말했습니다. "전반적으로, 그들의 재료는 해초보다 훨씬 강합니다."
최근 쌀 한 알보다 작고 최근에 발굴 된 작은 화석은 세계에서 가장 오래된 녹색 조류 표본으로 보입니다.이 조류가 2 억 년이 지났을 때이 조류의 존재에 대한 시계를 롤백합니다. “매우 어려운 일입니다. 10 억 년 - 가장 오래된 공룡보다 적어도 5 배 이상 된 것입니다.”라고 자연 생태 및 진화 의 선임 저자 인 Xiao는 말했습니다. 발견을 발표 한 논문. “동물 앞에 있습니다. 세상은 오늘날 우리가 아는 것과 매우 다릅니다.”
Xiao의 실험실의 박사후 연구원이자 연구의 첫 번째 저자 인 Qing Tang은 전 세계의 수십억 마리의 바위를 찾는 것이 그의 임무를 만들었습니다. 그는 복잡한 수명의 진화의 중요한 단계 중 하나에 관심이 있습니다. 세포가 진핵 생물이되었으며, 자유 플로팅 세포 내용물이 아닌 다른 내부 구획으로 어떻게 진핵 생물이되었는지에 관심이 있습니다. 탕은“진핵 생물이 지구의 초기 단계에서 어떻게 진화했는지에 대한 문제에 관심이있다”고 말했다. "그 질문에 대답하려면 우리는 아주 오래된 바위를 찾아야합니다." 그는 중국 북부의 달 리안 (Dalian)시 근처의 시설에서 일부를 발굴했는데, 지질지도는 그에게 그 원격 시대에서 화석이 들어있는 녹색 바위를 찾을 가능성이 있다고 말했다. 그러나 그가 실험실로 돌아와서 전자 현미경으로 검사하기 전까지는 그가 발견 한 것의 가치를 이해했다. “이런 종류의 화석들은 과학에 완전히 새로운 것입니다.
고대 화석화 된 조류와 마찬가지로, 그들은 이후의 녹색 해초에서도 볼 수있는 많은 특성을 가진 것 같습니다. 그것은 단지 그들이 분명한 광합성 및 다세포 였을뿐 아니라 해초를 정의하는 데 도움이되지만 어두운 진화 기원을 가진 특성입니다. 탕은“그들은 잎이 있고 가지가있다”고 말했다
Tang이 발견하기 전에 가장 오래된 녹색 조류 화석은 약 8 억년이되었습니다. 그 화석은 조각화되고 잘 보존되어 있기 때문에 모든 과학자들이 그것이 바위에 불멸화 된 녹색 조류 조각이라는 데 동의하지는 않았다. 불확실성은 의심의 여지가없는 해초의 초기 역사를 남겼습니다. Dalian의 새로운 화석들은 10 억 년의 존재를 더 성공적으로 풍화시켰다. Tang은“우리는 해초로 해석 할 것이라고 확신합니다. 그리고 그들은 다른 과학자들에게 더 설득력이 있습니다.”
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그러나 여전히 의심의 여지가 있습니다. 메릴랜드 대학교의 생물 학자 인 찰스 델리치 (Charles Delwiche)는 화석이 녹색 조류 일 가능성이 높지만 완전히 확신하지는 못한다고 말합니다. "화석 기록은 해석하기가 어렵다"고 그는 말했다. "우리는 멸종 된 것이 무엇인지 모릅니다."
하버드 대학교의 자연사 교수 인 앤드류 크롤 (Andrew Knoll)도 비슷한 예약을 표명했습니다. "화석이 멸종 된 초기 분기 그룹을 반영 할 가능성이 상당히 가능하다"고 그는 이메일로 말했다. "다양한 형태의 다세포 성이 녹색 내에서 반복적으로 진화 했으므로 그러한 해석은 늘어나지 않습니다."
.Tang의 화석에서 볼 수있는 진화론 적 혁신은 약 4 억 7 천만 년 전에 해변으로 이끄는 경로에 조류를 설정하는 데 도움이되었을 것입니다. 그러나 토지 생명으로의 전환은 아마도 수억 년 전에 시작되었을 것입니다. 녹색 조류는 일시적인 건조에 걸린 축축한 토양이나 모래에서 생존하기 위해 적응했습니다. 진화론 생물 학자들은 일반적 으로이 변형이 아마도 더 복잡한 다세포 구조의 출현과 병행하여 발생했을 것이라고 믿었으며, 그 중 일부는 이러한 적응에 대여했다.
.그러나 진화가 항상 꾸준한 행진은 아닙니다. “역사적으로 사람들은 항상 진화가 선형 과정이라고 가정했습니다. 점점 더 복잡해지고 있습니다. 앨버타 대학교의 생물학자인 게인 카 슈 (Gane Ka-Shu Wong)는 말했다.
세포의 최근 논문에서 , Wong, 독일 Duisberg-Essen 대학의 Michael Melkonian과 동료들은 유전자 분석을 통해 육상 식물에 가장 가까운 친척이 Zygnematophyceae로 알려진 이끼가 많은 담수 종이라고 보여주었습니다. 이 녹색 조류는 가장 종종 단세포이지만, 땅 식물과 조상을 공유해야합니다. 그들은 건조에 대한 내성을 부여하는 일부를 포함하여 땅에서 생존에 중요한 공통 유전자가 많고 세포벽 합성을위한 일부 유전자가 있습니다. 이러한 공통점은 식물이 해변으로 움직이기 전에 마른 땅에 대한 많은 적응이 얻어 졌을뿐만 아니라, 연못 종에 의해 유용하지 않아서 일부 복잡한 조상 특징이 사라 졌음을 시사합니다. Wong은“진화는 두 단계 앞으로 1 단계 뒤로 앞으로 나아갈 수있다”고 말했다.
Wong과 Melkonian의 논문에 대한 논평에서 현재 생물학 , 브리스톨 대학교 (University of Bristol)의 필립 도노 헤우 (Philip Donoghue)와 요르디 아빠 (Jordi Paps)는 육지에서 생명에 적응하는 많은 식물 유전자가 훨씬 더 깊은 역사를 가지고 있으며 원래 조류에서 다른 기능을 수행했을 수 있다는 주장에 대해 확장했다. “비교적 간단한 zygnematophyceae는 육상 식물의 직계 친척 일지 모르지만, 더 복잡한 것의 단순화를 통해 내려갑니다.
실제로, 이러한 유전자 역사 중 일부는 조류를 넘어서는 것입니다 : 세포 논문은 건조 스트레스를 생존하기위한 유전자가 원래 토양 박테리아에서 나왔을 수 있으며 수평 전달을 통해 zygnematophyceae (또는 그 조상)에 기증되었음을 보여 주었다.
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현재 생물학 에 발표 된 별도의 연구에서 지난 달, Paps는 Essex 대학의 Alexander Bowles 및 Ulrike Bechtold와 함께 200 개가 넘는 살아있는 식물의 게놈을 비교하여 깊은 조상의 진화 나무를 건설하는 데 사용했습니다. 나무를 매핑 할 때, 그들은 다양한 유전자가 등장했을 때 정확하게 지적했으며, 그 과정에서 그들은 특별한 게놈 참신의 두 가지 버스트를 확인했습니다.
조류가 지상 생명으로 전환하기 시작했을 때 발생했던 두 번째는 자외선 보호 및 뿌리 시스템을 형성하고 지상 미생물과 상호 작용하는 능력과 같은 적응 형 특징을 위해 유전자를 생산했습니다. 조류가 여전히 완전히 수중에 있고 단지에서 다세포로 전환되는 동안 훨씬 더 이전의 버스트가 발생했습니다.
그 초기 버스트의 발견은 10 억 명의 화석을 통일하는 데 어려움이 있으며 유전자 결과는 녹색 식물의 진화의 단일적이고 간단한 타임 라인으로 나타납니다. Tang과 Xiao에게 화석의 물리적 특성은 종이 녹색 조류의 두 주요 계통 중 하나 인 엽록소임을 시사하지만 대부분의 과학자들은 육상 식물을 생산한다고 생각하는 것은 아닙니다. Xiao는“우리가 육상 식물의 손자에 대해 이야기하는 것과 같습니다. 그러므로 그 고대 조류 표본은 Paps와 그의 동료들이 재건에서 추론 한 유전 적 창의성의 파열과 독립적으로 다세포, 복잡한 구조를 발전한 것으로 보인다.
.다세포 성이 다른 계보에서 여러 번 진화했기 때문에 이것은 완전히 놀라운 것은 아닙니다. 실제로, 대부분의 전문가들은 초기 녹색 조류의 많은 특징들이 수렴 진화로 알려진 현상에서 두 번 이상 독립적으로 진화 할 수 있다는 데 동의합니다. 산타 바바라 (Santa Barbara) 캘리포니아 대학의 생물 학자 인 수잔나 포터 (Susannah Porter)는“무언가를 할 수있는 방법은 너무 많다”고 말했다.
그러므로 불일치는 이러한 발견에서 벗어날 수있는 진정한 교훈을 강조 할 수 있습니다. 진화 된 육상 식물의 조상이 언제 어떻게 어떻게 진화하는지에 대한 자신감있는 진술은 항상 진화가 종종 취재하는 지그재그 경로의 지나치게 단순화 될 수 있습니다. Wong은“이 수천 년 동안 조류가 직선으로 갔다고 생각할 이유가 없다”고 말했다. "그런 식으로 작동하지 않습니다."
이 기사는 에 재 인쇄되었습니다 wired.com .
