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As plantas variam desde simples algas marinhas e espuma unicelular de lago até musgos, samambaias e árvores enormes. Paleontólogos como nós há muito que debatem exactamente como surgiu esta gama diversificada de formas e tamanhos, e se as plantas emergiram das algas em formas multicelulares e tridimensionais numa floração gradual ou num big bang.
Para responder a esta pergunta, os cientistas recorreram ao registo fóssil. A partir desses exemplos mais bem preservados, como trilobitas, amonites e ouriços-do-mar, concluíram invariavelmente que a gama de designs biológicos de um grupo é alcançada durante os primeiros períodos da sua história evolutiva. Por sua vez, isto levou a hipóteses de que as linhagens evolutivas têm uma maior capacidade de inovação desde o início e, após esta primeira fase de exuberância, mantêm-se com o que sabem. Isto aplica-se até a nós: todos os diferentes mamíferos placentários evoluíram a partir de um ancestral comum com uma rapidez surpreendente. O mesmo acontece com o reino vegetal?
No nosso novo estudo, procurámos responder a esta questão procurando certas características em cada grupo principal de plantas. Esses traços iam desde as características fundamentais das plantas – presença de raízes, folhas ou flores – até detalhes finos que descrevem a variação e ornamentação de cada grão de pólen. No total, coletamos dados sobre 548 características de mais de 400 plantas vivas e fósseis, totalizando mais de 130 mil observações individuais.
Em seguida, analisamos todos esses dados, agrupando as plantas com base em suas semelhanças e diferenças gerais, todas plotadas dentro do que pode ser considerado um “espaço de design”. Como conhecemos as relações evolutivas entre as espécies, também podemos prever as características de seus ancestrais compartilhados extintos e incluir esses ancestrais hipotéticos também no espaço de design.
Por exemplo, nunca encontraremos fósseis da planta com flor ancestral, mas sabemos, através dos seus descendentes vivos mais próximos, que ela era bissexual, radialmente simétrica, com mais de cinco carpelos dispostos em espiral (a parte reprodutiva feminina de uma flor, que contém o óvulo). Juntos, dados de espécies vivas, fósseis e ancestrais previstos revelam como a vida vegetal navegou no espaço do design ao longo da história evolutiva e ao longo do tempo geológico.
Philip Donoghue et al/Nature Plants
Esperávamos que as plantas com flores dominassem o espaço de design, uma vez que constituem mais de 80% das espécies de plantas, mas isso não acontece. Na verdade, as briófitas vivas – musgos, hepáticas e antóceros – alcançam quase a mesma variedade nas suas formas corporais.
Isto pode não ser totalmente surpreendente, uma vez que as três linhagens de briófitas têm feito as suas próprias coisas há mais de três vezes mais tempo que as plantas com flores. E apesar da sua natureza diminuta, mesmo os humildes musgos são extraordinariamente complexos e diversos quando vistos através de um microscópio.
As relações evolutivas transmitidas pela genealogia ramificada no gráfico acima mostram que existe, geralmente, uma estrutura para a ocupação do espaço de design – à medida que novos grupos surgiram, eles expandiram-se para novas regiões. No entanto, também existem algumas evidências de convergência, com alguns grupos, como as gimnospermas vivas (coníferas e aliadas) e as plantas com flores, agrupando-se mais próximos uns dos outros do que do seu ancestral comum.
No entanto, parte da distinção dos diferentes agrupamentos no espaço de design é claramente o resultado da extinção. Isto fica claro se considerarmos a distribuição das espécies fósseis (pontos pretos na figura acima) que ocorrem frequentemente entre os aglomerados de espécies vivas (pontos coloridos na figura).
Então, como evoluiu a diversidade do plano corporal das plantas?
No geral, o padrão geral é de exploração progressiva de novos designs como resultado de inovações que estão normalmente associadas à reprodução, como o embrião, o esporo, a semente e a flor. Estas representam as soluções evolutivas para os desafios ambientais enfrentados pelas plantas na sua ocupação progressiva de nichos cada vez mais secos e desafiadores na superfície terrestre. Por exemplo, a inovação das sementes permitiu que as plantas que as produzem se reproduzissem mesmo na ausência de água.
ANGHI / obturador
Ao longo do tempo geológico, estas expansões ocorrem como pulsos episódicos, associados ao surgimento destas inovações reprodutivas. Os impulsionadores da evolução anatômica das plantas parecem ser uma combinação de potencial genômico e oportunidade ambiental.
A disparidade entre plantas sugere que o Big Bang foi um fracasso
Nada disso se enquadra na expectativa de que as linhagens evolutivas comecem inovadoras antes de se esgotarem. Em vez disso, parece que formas fundamentais de plantas surgiram hierarquicamente ao longo da história evolutiva, elaborando os chassis anatómicos herdados dos seus antepassados. Não perderam a sua capacidade de inovação ao longo dos mil milhões de anos ou mais da sua longevidade evolutiva.
Então, isso torna as plantas diferentes dos animais, cujos estudos são a base para a expectativa de inovação e exaustão evolutiva precoce? De jeito nenhum. Estudos comparáveis que fizemos em animais e fungos mostram que, quando se estudam estes reinos multicelulares na sua totalidade, todos eles exibem um padrão de variedade anatómica que aumenta episodicamente. As linhagens individuais podem em breve esgotar-se, mas, no geral, os reinos continuam a inovar.
Isto sugere um padrão geral para a inovação evolutiva em reinos multicelulares e também que os animais, fungos e plantas ainda têm bastante suco evolutivo nos seus tanques. Esperemos que ainda estejamos por aí para ver que inovação surgirá a seguir.
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