Паразитическое растение живёт без света и хлорофилла — учёные раскрыли неожиданный секрет выживания

Глубоко в лесах Восточной Азии учёные впервые детально описали геномы одного из самых необычных растений планеты — баланофоры. Это паразит, который давно отказался от фотосинтеза и живёт полностью за счёт других деревьев. Исследование проливает свет на то, как растения могут существовать без света и листьев, сохраняя при этом сложный метаболизм. Работа стала итогом многолетних полевых и геномных наблюдений. Об этом сообщает научное издание со ссылкой на исследователей Окинавского института науки и технологий.

Растение, которому не нужен свет

Баланофора — голопаразит, полностью зависящий от растения-хозяина. Она не синтезирует органические вещества самостоятельно, не содержит хлорофилла и большую часть жизни проводит под землёй. Над поверхностью почвы появляются лишь короткоживущие цветочные побеги, похожие на красные шипы, которые туристы часто принимают за грибы.

В отличие от хвойных деревьев, сохраняющих упрощённый фотосинтез даже зимой, как показано в исследованиях о зимнем фотосинтезе хвойных, баланофора полностью утратила способность работать со светом. Это делает её крайним примером адаптации среди цветковых растений.

Исследование возглавила доктор Петра Светликова из Окинавского института науки и технологий (OIST). Её команда изучает, как паразитические растения теряют фотосинтез, но при этом сохраняют жизненно важные клеточные процессы.

Жизнь под землёй и зависимость от хозяина

Вместо обычной корневой системы баланофора формирует массивный подземный клубень. Его ткани буквально переплетаются с корнями дерева-хозяина, через которые растение получает воду, минералы и органический углерод. Подобная тесная интеграция с почвенной средой подчёркивает, насколько важна механика роста корней, которую сегодня активно изучают и у сельскохозяйственных культур, включая адаптацию корней риса к плотной почве.

Благодаря такому способу питания надземная часть баланофоры остаётся минимальной и появляется лишь на короткое время. Цветки и плоды собраны в плотные соцветия и содержат одни из самых маленьких цветущих структур среди покрытосеменных растений.

Как работают урезанные пластиды

Геномный анализ показал, что баланофора сохранила пластиды — клеточные структуры, которые у обычных растений отвечают за фотосинтез. Здесь они утратили эту функцию, но продолжают участвовать в синтезе аминокислот, жирных кислот и витаминов. Несмотря на сильное сокращение ДНК, пластиды импортируют более 700 белков, необходимых для метаболизма.

"Биосинтез многих соединений, не связанных с фотосинтезом, оказался удивительно сохранённым", — отметил профессор, биолог OIST Филип Гусник.

Когда растения отказались от фотосинтеза

Сравнение геномов показало, что предки баланофоры стали паразитами около 110 миллионов лет назад, в меловом периоде. Это делает семейство Balanophoraceae одной из самых древних известных линий паразитических цветковых растений. Эволюция пошла по пути сокращения генома и изменения способов размножения, но базовый метаболизм остался стабильным.

Асексуальные семена и островные популяции

Некоторые популяции баланофоры способны образовывать семена без оплодотворения — через агамоспермию. Это крайне редкое явление среди цветковых растений. Одни линии сохраняют возможность полового размножения, другие полностью перешли на бесполый способ.

"Обильная агамоспермия чрезвычайно редка в растительном царстве", — подчёркивает доктор Светликова.

Генетические данные показывают, что асексуальность возникала независимо в разных островных популяциях, где изоляция и нехватка опылителей делали клонирование через семена эволюционно выгодным.

Почему баланофора важна для науки

Для эволюционной биологии баланофора — наглядный пример того, насколько далеко может зайти сокращение генома, не разрушая жизнеспособность организма. Её пластиды демонстрируют, какие биохимические пути действительно необходимы растениям, а какие могут быть утрачены без фатальных последствий.

Сравнение: баланофора и обычные цветковые растения

Обычные цветковые растения используют фотосинтез как основной источник энергии и углерода. Баланофора полностью отказалась от этого пути и перешла на паразитизм. Если у большинства растений пластиды богаты генами фотосинтеза, то у баланофоры они сведены к минимуму и работают как метаболические центры.

Плюсы и минусы паразитического образа жизни

Паразитизм позволил баланофоре выживать в условиях слабого освещения и плотных лесов. Растение экономит ресурсы, не формируя листья и сложные надземные структуры.
. Преимущества включают снижение энергетических затрат и независимость от солнечного света.
. Среди минусов — жёсткая привязка к конкретным видам деревьев и высокая уязвимость к вырубке лесов.
. Потеря хозяина почти всегда означает гибель паразита.

Советы шаг за шагом: как учёные изучают скрытые растения

1. Полевые ботаники фиксируют редкие появления цветоносов и собирают образцы.

2. Генетики секвенируют ДНК пластид и ядерный геном.

3. Биологи сравнивают данные с родственными видами для реконструкции эволюции.

4. Экологи оценивают связь растения с хозяевами и состоянием лесов.

Популярные вопросы о баланофоре

Почему баланофора не фотосинтезирует?

Она утратила гены фотосинтеза в ходе эволюции и полностью перешла на питание за счёт растений-хозяев.

Где можно встретить это растение?

Основные популяции обнаружены в лесах Тайваня, Японии и на Окинаве, чаще всего в труднодоступных районах.

Что важнее для её сохранения?

Сохранение лесов и деревьев-хозяев, так как без них баланофора не может существовать.