Биологи из Южночешского университета в Чехии разработали простой и надежный способ определять, жизнеспособны ли споры плаунов – одной из древнейших групп наземных растений. Метод, основанный на анализе под обычным световым микроскопом, решает проблему, которая долгое время мешала изучать их размножение. Результаты исследования опубликованы в журнале Plant Biosystems.
До сих пор ученые не могли надежно оценить фертильность плауновидных. Стандартные подходы, которые применяют для папоротников, – например, тесты на прорастание или окрашивание живых клеток, – для плаунов не работают. Их споры крайне трудно прорастить в лаборатории, а плотная оболочка из спорополленина, одного из самых стойких биополимеров в природе, не пропускает красители. Это не позволяло полноценно изучать динамику популяций и эволюцию этих растений.
Чешские исследователи работали с баранцом обыкновенным (Huperzia selago), который произрастает в горах Центральной Европы. Ученые проанализировали растения с разным набором хромосом, что позволило им сравнить образцы с заведомо разной степенью фертильности. На основе внешнего вида спор под микроскопом биологи рассчитывали так называемый индекс абортивности.
Чтобы подтвердить точность визуального метода, ученые применили инфракрасную спектроскопию. Этот анализ позволяет определить химический состав образца – соотношение белков, нуклеиновых кислот и самого спорополленина. Живые споры должны содержать белки и генетический материал, в то время как абортивные представляют собой пустые оболочки. Дополнительно измеряли содержание масел, которые служат запасом питательных веществ.
Биохимический анализ полностью подтвердил данные визуальных наблюдений. Споры, которые под микроскопом выглядели здоровыми, были наполнены цитоплазмой с каплями масла и имели полный набор молекул, необходимых для развития. Абортивные же споры оказались деформированными, имели более темный цвет и внутри были пустыми. Таким образом, исследователи доказали, что внешний вид споры напрямую отражает ее внутреннее состояние.
Новый метод также подтвердил классические эволюционные гипотезы. У растений с четным числом наборов хромосом доля нежизнеспособных спор была низкой (1–38%), тогда как у гибридных форм с нечетным набором она достигала 96%. Главное преимущество метода – его доступность. Для анализа нужен только микроскоп, что позволяет массово исследовать популяции, изучать гибридизацию и оценивать состояние редких видов плаунов.
Результаты исследования важны и для сохранения этих реликтовых растений. Зная, какие популяции способны производить здоровые споры, а какие практически стерильны, экологи смогут прогнозировать, как они будут реагировать на изменения климата в своих высокогорных убежищах.