Ett internationellt team av forskare ledda gemensamt av universiteten i Göttingen och Köln har dechiffrerat zygnematofyternas evolutionära historia. Deras resultat avslöjar de interna förhållandena i denna grupp av alger med hjälp av state-of-the-art fylogenomiska analyser och pekar på uppkomsten av algers flercelliga egenskaper. Resultaten har publicerats i artikeln "A phylogenomically informed five-order system for the closest relatives of land plants", i tidskriften Current Biology .

Landväxter är extremt olika när det gäller deras struktur och representerar de mest komplexa fotosyntetiska organismerna. Deras närmaste släktingar, de konjugerande grönalgerna (Zygnematophyceae), har istället mycket enklare kroppsplaner. Dessa alger är antingen encelliga eller bildar ogrenade filament, vilket traditionellt användes för att grovt klassificera dessa alger i encelliga och filamentösa taxa. Zygnematophyceae omfattar cirka 4 000 arter och uppvisar en fascinerande morfologisk mångfald – från de vackra desmiderna till trådformade arter som ansvarar för dammavskum.

Det vetenskapliga intresset för denna alggrupp är för närvarande mycket stort eftersom forskning de senaste åren har visat att dessa alger är de närmaste släktingarna till landväxter. Forskarna blev förvånade över detta fynd eftersom zygnematofytens kroppsplaner är mindre komplexa än de för andra alger, som tidigare felaktigt ansågs vara de närmaste släktingarna till landväxter. Det faktum att Zygnematophyceae avvek från sin senaste gemensamma förfader med växter för cirka 550 miljoner år sedan och sedan dess kartlade sin egen evolutionära väg kan vara orsaken till denna markanta morfologiska splittring.

Teamet av forskare använde hundratals gener för att samla in tiotusentals av de molekylära karaktärerna, som kunde användas för att sluta sig till de djupa relationerna inom Zygnematophyceae. "Taxonomin för dessa alger har varit ett olöst problem i decennier, eftersom analyser med enstaka eller få gener inte hade makten att lösa gamla evolutionära splittringar. Nu introducerar vi ett fylogenetiskt informerat fem-ordningssystem av zygnematofyterna, vilket kommer att hjälpa forskare att navigera i den evolutionära mångfalden av dessa alger", säger Dr Sebastian Hess (University of Cologne).

Dessutom utgjorde den nya datamängden grunden för statistiska analyser, vilket gjorde det möjligt för forskarna att rekonstruera det mest sannolika mönstret av kroppsplanevolution i denna viktiga klass av alger. Dessa analyser tyder på att den sista gemensamma förfadern till zygnematofyterna var en encellig alg och att filamentös tillväxt uppstod flera gånger oberoende av dessa alger.

Professor Dr. Jan de Vries (Universitetet i Göttingen) säger, "Utvecklingen av dessa alger hade en djupgående inverkan på livet på jorden. Dagens landväxter har utarbetade flercelliga kroppar som utgör den stora majoriteten av biomassan på land. Forskning om de närmaste algsläktingar gör det möjligt för oss att dra slutsatser som kroppsplanen för den sista gemensamma förfadern som delas av landväxter och alger, och de evolutionära vägarna som kartlagts sedan deras divergens."

En annan viktig del av studien var återupptäckten av Mougeotiopsis, en trådformig alg, som ursprungligen beskrevs för cirka 120 år sedan och som inte har studerats sedan dess. Denna alg saknar pyrenoider, kloroplastsubstrukturerna hjälper CO₂ fixering under fotosyntes, och som forskarna visar, representerar ännu en evolutionär gren av zygnematophytes som visar flercellig tillväxt.

Anna Busch (Universitetet i Köln), som studerade algen med hjälp av ljusmikroskopi, förklarade:"Den fylogenetiska positionen för Mougeotiopsis kom som en stor överraskning. Den trådformade algen är närmast besläktad med enkla, encelliga arter och den har inga pyrenoider. Detta är exceptionellt för alla andra kända zygnematofyter."

Mougeotiopsis evolutionära historia markerar en av de fem uppkomsterna av sann filamentös tillväxt inom Zygnematophyceae. "Sådana insikter och det nya fylogenomiska ramverket är grundläggande för att adekvat utföra framtida jämförande analyser och för att sluta sig till utvecklingen av cellulära egenskaper och kroppsplaner från alger till växter," sa de Vries. + Utforska vidare

Forntida härstamning av alger som visade sig innehålla fem "kryptiska" arter