Bloemen lijken kwetsbaar, maar ze zijn oeroud. Kichigin/Shutterstock
Bloemen zien er misschien delicaat uit – maar bloeiende planten, wat wetenschappers angiospermen noemen, zijn een van de meest succesvolle evolutionaire organismen op de planeet. Met meer dan 350.000 bekende soorten domineren ze het ecologische systeem, vormen ze het voedselweb en spelen ze een vitale rol in de zuurstofproductie. Bovendien zijn veel van deze planten waardevolle commerciële gewassen – denk maar aan rozen, granen en tomaten.
Heb je je ooit afgevraagd wanneer bloemen zijn ontstaan en wat er in miljoenen jaren evolutie is gebeurd om deze prachtige soorten te kweken? Recent onderzoek brengt nieuwe inzichten in dit langlopende debat onder wetenschappers.
Als je aan fossielen denkt, denk je waarschijnlijk aan dinosaurussen en ammonieten – wezens met botten of harde schelpen die in het gesteente bewaard zijn gebleven ondanks enorme geologische veranderingen. Maar bloemen met tere bloemblaadjes en piepklein stuifmeel kunnen ook bewaard blijven door ze in te sluiten in barnsteen, te kristalliseren of te verkolen.
Veel mensen denken aan planten als mooi groen. Essentieel voor schone lucht, ja, maar eenvoudige organismen. Een verandering in het onderzoek verandert de manier waarop wetenschappers over planten denken: ze zijn veel complexer en lijken meer op ons dan je zou denken. Dit bloeiende wetenschapsgebied is te prachtig om in één of twee verhalen recht te doen.
Dit artikel maakt deel uit van een serie, Plant Curious, waarin wetenschappelijke onderzoeken worden onderzocht die de manier waarop je naar planten kijkt op de proef stellen.
Over het algemeen komt het meest overtuigende fossiele bewijs uit het vroege Krijt (ongeveer 132 miljoen jaar geleden). Het vroegste bewijs van een bloemknop stamt echter uit de Jura (ongeveer 164 miljoen jaar geleden). Het heet Florigerminis jurassica en werd gevonden in China. Maar niet alle wetenschappers zijn het erover eens dat het een angiosperma is, vanwege de verschillende definities van bloemorganen.
Bloemen kunnen opvallend gedetailleerd bewaard blijven. Druipend boomsap en hars fossiliseerden de bloemblaadjes en pollen van een fossiele bloem in een Baltisch naaldbos rond 34-38 miljoen jaar geleden. Dit is de grootste bekende fossiele bloem die in barnsteen bewaard is gebleven. De bloem heeft een diameter van ongeveer 3 cm en is ongeveer drie keer zo groot als de meeste bloemenfossielen.
Jura of Krijt?
De timing van de evolutie van bloemen staat nog steeds ter discussie tussen wetenschappers, maar de meeste wetenschappers zitten in een van de twee kampen: Jura of Krijt.
Analyses met behulp van moleculaire gegevens (DNA- of eiwitsequenties) suggereren dat bloemen veel ouder zouden kunnen zijn dan het fossielenbestand laat zien – een Jura (145 miljoen jaar geleden) of zelfs een Trias (201 miljoen jaar geleden).
Organismen uit verschillende grote clades (een groep organismen die afstammen van een gemeenschappelijke voorouder) kunnen tijdens hun evolutie naar elkaar toegroeien. Maar wetenschappers zijn het niet altijd eens over welke organismen in welke evolutionaire lijn thuishoren. We moeten dus alle informatie die we hebben combineren om een genuanceerder inzicht te krijgen in de evolutie van bloemen.
Het verleden ontcijferen met moleculaire gegevens
Weten wanneer en hoe bloeiende planten voor het eerst verschenen en wanneer ze van andere planten divergeerden is belangrijk voor wetenschappers. Het zou ons helpen te begrijpen hoe bedektzadigen zich aanpasten aan verschillende omgevingen, hun interacties met andere organismen en hun reactie op belangrijke geologische gebeurtenissen, zoals klimaatverandering en massa-uitstervingen.
Een techniek die wetenschappers gebruiken om de timing van evolutionaire gebeurtenissen te bepalen is de “moleculaire klok”. Dit concept is ontstaan uit het inzicht dat genetische mutaties de neiging hebben om zich op te hopen met een constante snelheid in zowel tijd als soorten. De mutatiesnelheid kan worden vergeleken met het gestaag tikken van een klok.
Lees meer:
Uitleg: wat is de moleculaire klok?
Variaties in gensequenties tussen verschillende soorten kunnen wetenschappers vertellen wanneer ze van een gemeenschappelijke voorouder zijn afgeweken. Om een moleculaire klok te construeren, analyseren onderzoekers gensegmenten die door de evolutie van een soort bewaard zijn gebleven.
Onderzoekers kunnen bijvoorbeeld schatten wanneer moderne angiospermen en hun naaste verwanten, zoals gymnospermen, zijn ontstaan door hun DNA te vergelijken. Naaldbomen zijn een voorbeeld van een gymnosperm. Wetenschappers kunnen ook schatten hoe ver de verwantschap tussen twee angiospermsoorten is door hun DNA te vergelijken.
De puzzel in elkaar passen
Fysieke kenmerken kunnen ons ook veel vertellen over de vroege evolutie van bloemen. Wetenschappers onderzoeken fossiele planten en observeren de geleidelijke veranderingen in structuren zoals bladeren, bloemen en zaden in de loop der tijd. Door hun anatomie te vergelijken kunnen onderzoekers overeenkomsten en verschillen identificeren tussen uitgestorven en nog levende soorten, of soorten in verschillende clades.
Deze benadering heeft echter beperkingen. Biologische kenmerken die op elkaar lijken, kunnen het resultaat zijn van convergente evolutie, wat wijst op veranderingen in kenmerken voor aanpassing aan de omgeving, in plaats van genetische gelijkenis.
Bijvoorbeeld, de vinnen van walvissen en vissen zijn onafhankelijk van elkaar geëvolueerd om te kunnen zwemmen. Door deze vinnen lijken ze op elkaar, maar ze behoren niet eens tot dezelfde evolutionaire klasse: walvissen zijn zoogdieren en vissen niet. Op dezelfde manier hebben de vleugels van vogels, vleermuizen en sommige insecten zoals vlinders elk het vermogen om te vliegen ontwikkeld, maar ze hebben enorme verschillen in hun anatomie en genen.
Een wiskundige benadering kan ook helpen
Er is ook een wiskundige benadering voor het schatten van de leeftijd van angiospermen – bijvoorbeeld met behulp van de Bayesian Brownian Bridge (BBB) methode. Dit statistische model is een wetenschappelijke formule die de verdeling van fossielen door de tijd heen gebruikt om de leeftijd van een groep te schatten.
Door gebruik te maken van de BBB-methode ontdekte een internationaal onderzoeksteam dat de oorsprong van angiospermen een hypothese uit het pre-Cretaceous ondersteunt. Dit betekent dat bloemen mogelijk samen met de dinosauriërs zijn geëvolueerd en deze hebben overleefd.
Deze bevinding ondersteunt ook een Charles Darwin-hypothese over bloemen – dat ze snel veranderden tijdens het Krijt. Het project toonde aan dat het traject van de evolutie van bedektzadigen tussen 125 miljoen en 72 miljoen jaar geleden een duidelijke toename in lineage accumulatie kende (wat betekent dat takken van een familie een duidelijke toename in nieuwe families vertoonden).
Inzicht in de oorsprong van angiospermen geeft wetenschappers waardevolle inzichten in het ingewikkelde web van leven op onze planeet. Het kan ook een leidraad zijn voor inspanningen op het gebied van landbouw en natuurbehoud. Dus de volgende keer dat je je verwondert over een levendige bloem of geniet van een sappige vrucht, bedenk dan dat het verhaal van de bedektzadigen een verhaal is van veerkracht, aanpassing en schoonheid – waarvan nog veel ontdekt moet worden.
Ruolin Wu werkt niet voor, heeft geen adviesfuncties, bezit geen aandelen in en ontvangt geen financiering van bedrijven of organisaties die baat hebben bij dit artikel, en heeft geen relevante banden bekendgemaakt buiten zijn academische aanstelling.
