十亿年的共存能告诉我们植物和真菌的进化吗?

在8亿年前，陆地上既没有植物也没有真菌，考虑到目前巨大的生物多样性，生态系统优势和对环境的影响，这是一个令人惊讶的现象。

弗吉尼亚理工大学名誉教授Khidir Hilu，以及由植物学，真菌学，古生物学和生物信息学方面具有互补专长的13名研究人员组成的团队，在Nature Communications上发表的一项大型研究中联合起来解决这个问题。

“植物和真菌对土地的运动已经不可逆转地改变了我们的星球，塑造了自己的生物多样性以及动物王国的生物多样性，”科学学院生物科学系荣誉教授希鲁说。“我们的研究表明，成功的植物和真菌入侵土地是两者之间共同进化相互作用的结果，这增强了它们的生物多样性。这些发现是适时的考虑气候变化的当前问题和植物和动物经历的显着灭绝及其影响在我们的星球上。“

作者指出，尽管真菌和植物之间的相互作用，包括寄生，共生(对两种生物都有益)和腐生(从死亡植物部分获得养分)，已被作为其成功的关键机制，但没有人探索同期的进化事件在他们的历史中。

在本文中，作者使用分子和生物信息学技术在多种方法中从方法学上探索了植物和真菌的进化。他们首先使用在实验室中生成的基因序列数据或从基因组序列的库中获得，为植物和真菌建立了稳健的系统发育或进化历史。

接下来，他们使用基因突变和可靠的化石记录估计了植物和真菌谱系的进化分歧日期。然后，他们独立计算了两个王国主要血统多样化率的重大变化。一旦完成这些研究，植物和真菌的最终系统发育关系就会在相同的地质时间尺度上进行对齐，这使研究人员能够确定各种关键植物 - 真菌共同进化事件的起源，特别是共生关系和植物的分解。由真菌。他们注意到两个王国的多样化率发生了巨大变化，这些变化令人信服地显示了植物 - 真菌的共同进化和长期历史中的相互依赖性。

作者报告说，土地的真菌定植与至少两种陆生绿藻的起源有关，并且起源于陆生植物的起源之前。这恰好与损失一致，约7.2亿年前，真菌鞭毛是一种睫毛状的附属物，可以帮助真菌在水中游动。

相反，数百万年后，在古生代时期，通过最终产生今天生活的所有陆生植物的血统成功地殖民土地可能是由真菌促进的，特别是通过真菌占据最早的陆地植物的细胞，促进共生，这是植物和真菌在陆地上取得成功的关键。

地球上重要的生物，生态和环境事件之一是包含所有带种子的植物的谱系的起源和初始多样化。种子植物，包括针叶树和开花植物，在志留纪时期出现了大约4.36亿年前。值得注意的是，该植物谱系的一个显着特征是存在产生木材的独特类型的细胞分裂。这导致了大型木本树木的进化，这反过来导致建立了以富含木质素的木材为主要内陆的第一个内陆森林。

如果没有与真菌相关的进化及其消化植物细胞壁的结构聚合物木质素和纤维素的能力，这样的举动就不可能成功。这种进化的新颖性有助于有机物质的循环利用，从而促进了森林系统的持续发展。种子植物谱系的起源和早期多样化依次是最大类真菌 - 木耳菌纲的进化。

外生菌根真菌(与植物根部外部相关的真菌)的起源似乎是由植物中的一系列进化创新产生的，包括木材，种子和根的起源。这些相应的进化事件对于促进现有种子植物的多样化至关重要，包括松树，云杉，铁杉和苏铁等含锥植物，以及开花植物，以及它们向干燥环境的扩展。

后一组除了包括大多数活的植物物种和主要的生态系统，如森林和草原外，还包括形式和功能的惊人多样性，并提供几乎所有的食用植物。外生菌根真菌与植物形成共生关系，可在植物根部周围形成网络，有助于水和养分的吸收，通常有助于寄主植物在恶劣的天气条件下生存。

植物和真菌的宏观进化主要是分开研究的;然而，这项研究清楚地表明，它们各自的进化历史是相互关联的，只有通过在稳健的时间范围内同时研究它们的系统发育才能理解它们。

预计动物王国的进化也是如此，这是一个高度依赖光合自养植物的群体，以及一般的微生物。