Il mondo 500 milioni di anni fa era molto diverso da oggi. La terra era spoglia, con solo batteri, funghi e alghe in grado di sopravvivere su di essa. Tutto il resto viveva nell’oceano, ma una volta che le piante hanno cominciato a trasferirsi sulla terra, hanno cambiato quasi tutto. Hanno contribuito a creare il terreno, fiumi e l’atmosfera ricca di ossigeno, che alla fine ha permesso agli animali di trasferirsi fuori dall’acqua.
Il nostro studio, recentemente pubblicato su Current Biology, ha scoperto che è stata l’espressione di alcuni nuovi geni hanno aiutato le piante a spostarsi dall’acqua alla terra. Le prime piante terrestri, come la flora di oggi, consistevano in molte cellule con molteplici funzioni che erano controllate da migliaia di geni. Abbiamo confrontato le serie genetiche complete di specie vegetali viventi che vanno dal grano alla quinoa e siamo stati in grado di scoprire i geni che per primi hanno permesso alle piante di colonizzare la terra e cambiare la vita sul nostro pianeta per sempre.
Abbiamo scoperto che due grandi gruppi di geni sono apparsi nelle piante durante la transizione verso la terra. Ciò significa che l’evoluzione delle piante terrestri è stata guidata dall’emergere di nuovi geni, precedentemente non presenti in parenti stretti. Lo sappiamo perché la selezione naturale rimuove i geni che non sono essenziali per il funzionamento dell’organismo, quindi se questi geni non avessero un ruolo importante, sarebbero andati persi.
È interessante notare che questi nuovi geni si trovano in tutte le piante terrestri coinvolte nel nostro studio, che comprende piante da fiore (pomodoro, riso e orchidea), nonché le piante senza fiore (conifere, ginkgo e muschio). Ciò suggerisce che questi geni erano cruciali per consentire alle piante di sopravvivere sulla terra, ma come hanno aiutato i precursori delle piante terrestri ad adattarsi al loro nuovo ambiente?
Le prime piante terrestri
Le alghe verdi sono tra le specie più vicine alle prime piante terrestri e si trovano principalmente negli ecosistemi acquatici, come gli oceani ed i fiumi. Sono in grado di assorbire acqua e sostanze nutritive dall’ambiente circostante. Quando le piante colonizzarono per la prima volta la terra, avevano bisogno di un nuovo modo di accedere ai nutrienti e all’acqua senza esserne immersi.
Abbiamo scoperto i geni che hanno aiutato le prime piante terrestri a farlo sviluppando i rizoidi – strutture simili a radici che li hanno aiutati a rimanere ancorati nel terreno e ad accedere all’acqua e ai nutrienti. Abbiamo anche identificato i geni coinvolti nel gravitropismo, che è ciò che aiuta le radici a crescere nella giusta direzione. Dopotutto, una vita fuori dall’acqua comporta la necessità di sapere da che parte sta. Questi nuovi geni hanno aiutato le piante a coordinare la crescita dei rizoidi verso il basso e hanno assicurato lo sviluppo dei germogli per massimizzare la quantità di luce che potevano assorbire.
La transizione delle piante dall’acqua alla terra è avvenuta in un paesaggio di calore e luce estremi e con poca acqua. I geni che abbiamo identificato hanno permesso alle prime piante terrestri di adattarsi allo stress della vita fuori dall’acqua, garantendo che potessero stabilirsi e tollerare queste dure condizioni.
Una grande differenza tra le piante terrestri e i loro parenti stretti, le alghe verdi, è che le piante terrestri sviluppano embrioni. Nei muschi e nelle felci, questo embrione assume la forma di una spora mentre in molte altre piante è il seme. Abbiamo trovato i geni che hanno permesso alle prime piante terrestri di produrre e proteggere questi embrioni con tessuti specializzati che limitavano i danni causati dalla luce ultravioletta e dal calore.
Proteggendo l’embrione, una pianta aumenta le probabilità che i suoi geni vengano trasmessi alla generazione successiva, rendendoli più propensi a disperdersi e sopravvivere e permettendo alle piante terrestri di colonizzare il paesaggio sterile.
