Ilmuwan Akhirnya Memecahkan 'Misteri Terburuk' Charles Darwin

Selama bertahun-tahun, Charles Darwin dihantui bunga. Pada 1859, sang naturalis menerbitkan karyanya yang paling terkenal, Tentang Asal Mula Spesies, buku yang umumnya dianggap sebagai dasar biologi evolusi. Tetapi 20 tahun kemudian, dia masih terganggu oleh satu hal besar: Dari mana asal semua bunga itu? Dalam sebuah surat kepada ahli botani Joseph Dalton Hooker pada tahun 1879, Darwin menyebut masalah ini sebagai "misteri yang mengerikan." Ini mungkin terdengar konyol, tetapi Darwin benar-benar tidak dapat menjelaskan bagaimana tanaman berbunga - yang dikenal sebagai angiosperma - telah naik dengan cepat begitu mendominasi. angiospermae primitif - kelompok yang mencakup pinus dan telapak tangan.

Catatan fosil menunjukkan kepada kita bahwa sekitar 100 juta tahun yang lalu, selama periode Cretaceous, sejumlah besar angiosperma datang ke tempat kejadian dan menggantikan gymnospermae sebagai jenis tanaman dominan di Bumi. Kelimpahan tanaman yang tiba-tiba ini - nenek moyang lavender modern, gandum, mawar, magnolia, aster, dan sebagainya - bertentangan dengan teori Darwin bahwa spesies baru muncul dengan sangat lambat dari waktu ke waktu sebagai akibat dari tekanan selektif. Hipotesis saat ini menunjukkan bahwa sebagian besar angiospermae berevolusi bersama serangga atau hewan lain yang menyerbuki mereka, tanpanya tanpanya tidak mungkin bagi tanaman untuk menghasilkan buah-buahan yang menghasilkan biji. Tetapi hipotesis ini tidak menjelaskan ledakan epik dalam angiosperma kuno.

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan Kamis di jurnal PLOS Biologi, beberapa ilmuwan mengusulkan jawaban untuk misteri yang menyebalkan mengapa angiospermae menggantikan gymnospermae secara tiba-tiba. Kevin Simonin, asisten profesor ekologi dan evolusi di San Francisco State University, dan Adam Roddy menyajikan bukti bahwa semuanya bermuara pada efisiensi sel. Rahasia kesuksesan angiospermae, kata mereka, adalah perampingan cepat sel-sel tanaman yang dimulai sekitar 140 juta tahun yang lalu. Perampingan ini secara dramatis meningkatkan efisiensi mereka. Begitu angiosperma menjadi jauh lebih efisien, dominasi mereka terhadap ekosistem darat hanyalah masalah waktu.

Tim peneliti sampai pada kesimpulan ini dengan memeriksa ukuran relatif genom dalam angiospermae dan gymnospermae, kemudian membandingkan angka-angka itu dengan kapasitas penangkapan karbon dioksida dan efisiensi transfer cairan. Ukuran sel dapat sangat bervariasi karena berbagai faktor, tetapi ukuran genom merupakan prediktor kuat ukuran sel. Oleh karena itu, mereka menyimpulkan, genom yang lebih kecil berarti sel yang lebih kecil - dan karena itu lebih banyak sel dapat dikemas ke dalam volume yang sama dari jaringan tanaman, memungkinkan tanaman untuk mengambil lebih banyak karbon dioksida dan air, sehingga menghasilkan lebih banyak karbohidrat yang menghasilkan energi dan mendorong pertumbuhan.

Fotosintesis adalah bagian besar dari gambar ini, juga, karena, seperti kita ketahui, tanaman membutuhkan sinar matahari untuk mengubah air dan karbon dioksida menjadi karbohidrat. Penelitian sebelumnya telah menetapkan bahwa kemampuan fotosintesis angiosperma yang lebih tinggi membantu mereka tumbuh lebih cepat daripada sepupu gymnosperma mereka, tetapi penelitian baru ini menunjukkan kepada kita bagaimana angiospermaa mencapai tingkat efisiensi yang tinggi ini.

Jadi, meskipun evolusi bersama dengan penyerbuk memainkan peran besar dalam mekanisme spesifik evolusi angiospermae, Simonin dan Roddy mengatakan ada sesuatu yang sama pada semua tanaman ini, sesuatu yang mendasar pada arsitektur biofisik mereka, yang memungkinkan mereka untuk mengambil alih dunia. Mungkin penelitian ini akan menenangkan pikiran Darwin. Tetapi kemungkinan besar, dia hanya akan memiliki pertanyaan baru.

Abstrak: Asal yang tiba-tiba dan diversifikasi yang cepat dari tanaman berbunga selama Zaman Kapur telah lama dianggap sebagai "misteri yang menjijikkan." Sementara penyebab tingginya keanekaragaman mereka telah dikaitkan sebagian besar karena evolusi bersama dengan penyerbuk dan herbivora, kemampuan mereka untuk mengungguli pakis yang sebelumnya dominan dan gymnospermae telah menjadi subjek banyak hipotesis. Umum di antara ini adalah bahwa angiospermae sendiri mengembangkan daun dengan stomata yang lebih kecil, lebih banyak dan lebih banyak jaringan percabangan bercabang yang memungkinkan tingkat transpirasi, fotosintesis, dan pertumbuhan lebih tinggi. Namun, bagaimana angiospermae mengemas daun mereka dengan stomata yang lebih kecil, lebih banyak, dan lebih banyak vena tidak diketahui tetapi terkait - kami tunjukkan - dengan kendala biofisik sederhana pada ukuran sel. Hanya garis turunan angiosperma yang mengalami perampingan genom cepat selama periode Cretaceous awal, yang memfasilitasi pengurangan ukuran sel yang diperlukan untuk mengemas lebih banyak vena dan stomata ke dalam daunnya, secara efektif membawa produktivitas primer aktual mendekati potensi maksimumnya. Dengan demikian, kemampuan kompetitif angiosperma tinggi disebabkan karena sebagian kecil dari perampingan genom.