Twee explosies van plantenevolutie

In een bloem van de Afrikaanse lelie (Agapanthus africanus, links) heeft wel twaalf reproductieve structuren aan te wijzen. Varens, zoals deze wijfjesvaren (Athyrium filix-femina, rechts), kenen maar één reproductieve structuur. Fotocompilatie: Nick Helme & kuleuven-kulak.be/bioweb

Twee keer in de evolutionaire geschiedenis neemt de complexiteit van reproductieve plantenstructuren plotsklaps toe.

De complexiteit van de voortplantingsorganen van landplanten nam gedurende de evolutie niet geleidelijk toe, maar explodeerde juist op twee momenten die samenvallen met belangrijke evolutionaire innovaties: het ontstaan van stuifmeel en omhulde zaden. Dat schrijven drie paleobiologen 17 september in Science. De eerste gebeurtenis vond plaats tijdens de eerste radiatie van vaatplanten in het Laat-Devoon, grofweg 375 miljoen jaar geleden; naaktzadigen komen dan massaal ten tonele. Het tweede moment komt pas 250 miljoen jaar later, midden in het Krijt, wanneer bedektzadige bloemplanten ontstaan en vervolgens razendsnel diversifiëren.

Bloemorganen
Het was al bekend dat de vroegste plantengroepen slechts simpele reproductieve structuren hadden – zoals varens die voornamelijk sporen produceren – en dat er pas bij latere taxa complexe, ingewikkelde en gespecialiseerde bloemorganen evolueren, zoals meeldraden, stampers en door vruchtbladen omhulde zaadknoppen. Om te achterhalen wanneer die complexiteit precies tot bloei kwam, analyseren de onderzoekers 1.338 levende en fossiele planten en delen de voortplantingsstructuren in op basis van morfologische componenten en subcomponenten – bijvoorbeeld sporangium, vrucht- of schutblad. Vervolgens berekenen ze per soort de hoeveelheid zogenaamde morphological element types (METs), een score voor de mate van structuurcomplexiteit. ‘Op zich weten we al langer dat er twee belangrijke evolutionaire momenten zijn waarna plantendiversiteit plotseling sterk en in relatief korte tijd toeneemt’, vertelt Barbara Gravendeel, botanicus bij Naturalis en bijzonder hoogleraar plantenevolutie bij de Radboud Universiteit. ‘Maar er is van oudsher ook altijd veel kritiek op deze hypothese geweest, omdat complexere bloemen veelal incompleet fossiliseren. Het is leuk dat deze paleontologen nu met een geheel nieuwe benadering bevestigen wat we eigenlijk al langer wisten.’

De deel van de reproductieve structuren (METs) van een bloem van de Afrikaanse lelie (Agapanthus africanus) ontleedt. Foto: Andrew Leslie

Dat de onderzoekers verrassend veel variatie bij bedektzadigen vinden, maakt Gravendeel bijzonder enthousiast. ‘Meestal is er vooral aandacht voor de enorm diverse bloemorganen betrokken bij het verspreiden en ontvangen van stuifmeel. Maar van mijn eigen onderzoek aan orchideeën weet ik dat ook vruchten, die de zaden verspreiden, anatomisch heel divers kunnen zijn. Ik ben benieuwd of dit bij andere families uit de bedektzadigen ook zo is!’

Valkuil
Een valkuil van de nieuwe benadering met METs is volgens Gravendeel wel dat men appels met peren vergelijkt. ‘Bij een dergelijk brede analyse moet je organen vergelijken die homoloog zijn tussen de verschillende soorten. Dat is onmogelijk vast te stellen op basis van alleen fossielen, maar uitstekend te onderzoeken als je er ook levende plantencollecties bij betrekt. De laatste jaren is er dankzij genexpressie en micro-CT-onderzoek veel nieuws ontdekt. Het is jammer dat de onderzoekers uitsluitend een geologische achtergrond hebben; ik miste flink wat METs voor de orchideeënbloem. Zo zullen er meer omissies zijn. Het laatste woord is hier nog niet over gezegd.’