Российские ученые нашли закономерности, по которым формируются органы цветка желтой кубышки Nuphar lutea. Они показали, что все элементы располагаются кругами, а не сидят последовательно по спирали, как у некоторых других базальных покрытосеменных растений. Работа ученых опубликована в журнале Frontiers in Cell and Developmental Biology.

Цветок — это, пожалуй, главное эволюционное приобретение покрытосеменных растений. Он позволяет привлекать опылителей, защищать семена внутри плода и распространяться эффективнее некоторых древних голосеменных. Эти преимущества позволили цветковым растениям расселиться по всей планете и стать самой многочисленной группой наземных растений.

Однако до сих пор непонятно, каким образом возникли цветки и как они выглядели вначале. Примерно восстановить облик древнейших цветков можно с помощью растений, которые остались максимально похожими на первые покрытосеменные. Ищут такие растения среди базальных групп — таких, в которых предки раньше других отделились от общего ствола цветковых. У них строение цветка будет с высокой вероятностью похоже на предковые виды.

Среди современных растений ближе всего по основанию ствола к древним покрытосеменным являются кувшинковые. В Евразии широко распространена кубышка желтая (Nuphar lutea). Ее можно также встретить и в Северной Америке. Благодаря этому она могла бы стать удобным модельным объектом. Однако до сих пор развитие ее цветка с помощью точных методов не описывалось.

Сделать это решили биологи из МГУ им. М. В. Ломоносова и НИУ ВШЭ. Они отобрали несколько десятков корневищ Nuphar lutea с листьями и цветками. Часть из них разрезали на фрагменты и затем создали препараты для световой и сканирующей электронной микроскопии. Внимательнее всего исследователи рассматривали верхушки побегов, где закладываются новые листья и цветки. В качестве объектов ученые использовали молодые цветки на разных стадиях развития. Для определения строения авторы проводили измерения углов между одноименными элементами цветка.

Очень часто у растений листья, цветки, боковые почки и образующиеся из них побеги располагаются по спирали. Ранее исследователи предполагали, что эта же форма характерна и для цветков, чье строение близко к исходному для покрытосеменных типу, в том числе и для кубышек. Но оказалось, что у кубышки в пределах одного цветка углы между его чашелистиками не похожи на спиральные (85°и 55°, а не 137,5°). Исследователи показали, что чашелистики и лепестки образуют круги и располагаются на одном уровне, хотя в пределах круга они не обязательно закладываются все одновременно.

У кубышки пять чашелистиков. Если бы все они были в одной мутовке, то угол между «соседями» составлял бы 72°. Но в реальности они располагались под такими углами, что фактически находились в двух кругах: три элемента в наружном, а два во внутреннем. Количество лепестков варьировалось от 14 до 15, но и они образовывали единственный круг, а не спираль. И даже большая часть тычинок стремились выстроиться по окружности, образуя несколько колец.

На основе этого растения ученые пытаются сделать вывод о том, как выглядели первые цветки. Но для проверки возникающих гипотез им нужны хорошие модели. Кувшинковые давно претендовали на эту роль, но сначала необходимо было выяснить некоторые детали их строения и развития цветков. Авторы новой работы детально описали разные стадии развития цветка типичного вида кувшинковых. При этом они использовали объективный параметр — углы между органами. Для евразийских видов кувшинковых это делается впервые.