Das Leben im Wasser hat viele Vorteile. Einer davon ist, dass es viel einfacher ist, einen großen Körper im Wasser zu stützen als an Land. Das gilt für Pflanzen ebenso wie für Tiere, also wie haben Pflanzen die Kraft bekommen, an Land zu gedeihen? Biologen haben nach einer Chemikalie namens Xyloglucan gesucht, um die Antwort zu finden. Während Cellulose den Zellwänden Festigkeit verleiht, wird angenommen, dass Xyloglucan ein Klebstoff ist, der hilft, die Cellulose zu organisieren. Luiz-Eduardo Del-Bem von der Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) sagte: „Eine große Zahl von Menschen interessiert sich für Xyloglucan. Von Pflanzenbiologen, die versuchen zu verstehen, was es tatsächlich in Pflanzenzellwänden bewirkt und warum es sich entwickelt hat, über Biotechnologen, die an der Entwicklung von Methoden interessiert sind, um seine Monosaccharide zu zerlegen, um es fermentierbar zu machen, um die Bioethanolproduktion aus pflanzlicher Biomasse zu steigern, bis hin zur Kosmetikindustrie, die seine klebrigen Eigenschaften nutzt in Antifalten- und Feuchtigkeitslotionen.“
Die Schaffung dieser vielseitigen Substanz könnte also der Schritt gewesen sein, den Pflanzen brauchten, um an Land zu stehen. Es ist eine großartige Idee, aber es gibt ein Problem. Del-Bem erklärte: „Ich habe das gesamte genetische Repertoire an Enzymen gefunden, die für die Synthese und den Abbau von Xyloglucan in einer Gruppe von Grünalgen benötigt werden.“ Wenn Sie an komplexe Algen denken, die an Felsenbecken vorbeischwimmen, sind die Algen, von denen er spricht, dann denken Sie noch einmal darüber nach. Diese Algen könnten klein sein, sagte Del-Bem: „Dafür haben wir Beweise Eine bestimmte Gruppe von Grünalgen, genannt Charophyten, hat alle Gene, die zur Produktion von Xyloglucan benötigt werden. Die meisten dieser Algen sind einzellig oder haben eine sehr einfache Struktur, die aus wenigen Zellen besteht (Mitglieder der Klasse Charophyceae sind die einzige Ausnahme), was zu dem Schluss führt, dass sie sich wahrscheinlich nicht als Molekül entwickelt haben, das mit der Stärke verbunden ist, die für die Algen benötigt wird aufrechter Wuchs von Landpflanzen. Da muss noch was sein.“
Der Grund, warum es beim aufrechten Wachstum keine Rolle zu spielen scheint, liegt teilweise darin, dass diese Charophyten und Landpflanzen einen gemeinsamen Vorfahren haben, der wahrscheinlich die erste Landpflanze ist. Diese erste Landpflanze gibt es nicht, aber Del-Bem kann erklären, wie wir einige der Merkmale erkennen können, die sie gehabt hätte. „Die ersten Charophyten-Linien, aus denen schließlich das hervorging, was wir Landpflanzen oder Embryophyten nennen, gibt es nicht mehr. Wir können jedoch den Gengehalt der ersten und letzten gemeinsamen Vorfahren von Landpflanzen rekonstruieren, indem wir die Genome von vorhandenen Pflanzen und Algen vergleichen. Wir wissen seit den 1970er Jahren, dass die Charophyten höchstwahrscheinlich die Vorfahren aller Landpflanzen sind. Die Verfügbarkeit genomischer Informationen verschiedener Gruppen von Landpflanzen und Charophyten macht es also möglich, vergleichende genomische Analysen durchzuführen, die uns Hinweise auf die Natur der angestammten Charophyten geben, die zuerst Landumgebungen besiedelten und höchstwahrscheinlich die Embryophyten direkt an Land hervorbrachten. ”
Warum also haben Pflanzen Xyloglucan? Früher in diesem Jahr, Galloway und Kollegen veröffentlichte einen interessanten Befund. Sie hatten Xyloglucan untersucht, aber nicht in der Zellwand. Sie hatten herausgefunden, dass Pflanzen es von ihren Wurzeln freisetzten und es den Wurzeln half, Bodenpartikel zu aggregieren, indem es sie zusammenklebte. Del-Bem, Arbeit an Charophyten realisiert Dies könnte erklären, warum die von ihm untersuchten Algen die Fähigkeit hatten, Xyloglucan herzustellen. „Eine einfache und elegante Erklärung für den Fall von Xyloglucan in Charophyten ist, dass sich diese Moleküle auf Landalgen entwickelt haben, die Landumgebungen besiedelten, bevor Landpflanzen auftauchten, und der selektive Druck wahrscheinlich mit den bodenmodifizierenden Eigenschaften von Xyloglucan zusammenhängt. Die Entwicklung von Xyloglucan hängt möglicherweise mit der Anpassung dieser Algen zusammen, um an Land in direktem Kontakt mit den Substraten zu überleben, wodurch sie in der Lage sind, Bodenpartikel um die Zellen herum zu aggregieren und so eine günstigere Mikroumgebung zu schaffen.“
Sobald Sie Erde aggregieren können, können Sie damit beginnen, den Boden zu Ihrem Vorteil zu formen. Dies könnte für Algen nützlich gewesen sein. Del-Bem bemerkt: „Eine mögliche Erklärung ist, dass Xyloglucan bei der Bildung biologischer Bodenkrusten geholfen haben könnte, wo Landalgen wachsen. Später, bei Landpflanzen, ist es wahrscheinlich mit der Schaffung von Räumen um die Wurzeln und Rhizoide verbunden, die den Pflanzen helfen können, ihr Wurzelsystem aufzubauen und den Wasserfluss um sie herum zu erhöhen.“
Wenn Del-Bem Recht hat, hat dies einen großen Einfluss darauf, wie wir über das Leben denken, das das Land kolonisiert. Zunächst einmal könnten sowohl die Pflanzen als auch die Orte der Besiedlung ganz anders sein, als es sich Biologen vorgestellt haben. Del-Bem schlussfolgert: „Ich denke, diese Forschung hilft uns, die ökologischen Umstände zu verstehen, unter denen die ersten Embryophyten auftauchten. Es ist wahrscheinlich, dass die Prozesse eher an Land als im Süßwasser stattfanden, wie zunächst angenommen. Es sagt uns auch, dass die ersten Vorfahren der Landpflanzen die terrestrische Umgebung lange vor den ersten echten Landpflanzen besiedelt haben. Ich denke, die vergleichende Genomik von Landpflanzen und Charophyten wird uns gute Beweise dafür liefern, wie diese Abstammungslinie die Herausforderungen des Lebens an Land bewältigen konnte, und uns helfen zu verstehen, wie terrestrische photosynthetische Organismen den Weg für die Evolution des komplexen terrestrischen Lebens geebnet haben, wie wir sehen Heute. Dies ist ein wesentlicher Teil der Geschichte des Lebens auf der Erde und hilft uns zu verstehen, warum wir Menschen heute hier sind. Ohne terrestrische photosynthetische Organismen gäbe es keine Primärproduktion an Land, und die terrestrischen Ökosysteme, die wir heute kennen, würden nicht existieren. Dies ist ein wesentlicher Teil der Geschichte, wie das Leben das Land erobert hat.“
