Τα εξελικτικά μυστήρια ενός σπάνιου παρασιτικού φυτού

Στη βάση σκεπασμένων με βρύα δέντρων, βαθιά στα βουνά της Ταϊβάν και της ηπειρωτικής Ιαπωνίας, ή φωλιασμένο στα υποτροπικά δάση της Οκινάουα, φύεται κάτι που οι περισσότεροι θα περνούσαν για μανιτάρι – στην πραγματικότητα όμως πρόκειται για ένα εξαιρετικά ιδιαίτερο φυτό, με μερικά από τα μικρότερα άνθη και σπέρματα στον κόσμο.

Χωρίς χλωροφύλλη για να πραγματοποιεί φωτοσύνθεση και χωρίς ριζικό σύστημα για να αντλεί νερό από το έδαφος, το Balanophora έχει εξελίξει μια σειρά από ακραία χαρακτηριστικά που του επιτρέπουν να επιβιώνει αποκλειστικά ως παράσιτο στις ρίζες συγκεκριμένων, τοπικών ειδών δέντρων. Ορισμένα είδη και πληθυσμοί μάλιστα παράγουν σπέρματα χωρίς καθόλου γονιμοποίηση – ένα φαινόμενο εξαιρετικά σπάνιο στο φυτικό βασίλειο.

Το αινιγματικό γένος Balanophora, που πήρε το όνομά του από την ομοιότητά του με τα βελανίδια (ελληνικά: βάλανος = βελανίδι, φόρος = φέρων), έχει απασχολήσει τους βιολόγους εδώ και δεκαετίες. Λόγω της σπανιότητάς του και της εξάρτησής του από εξαιρετικά εξειδικευμένα περιβάλλοντα, τα οποία απειλούνται από ανθρώπινες παρεμβάσεις, η μελέτη του ήταν μέχρι σήμερα περιορισμένη σε μεμονωμένους πληθυσμούς.

Πλέον όμως, ερευνητές από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Οκινάουα (OIST), το Πανεπιστήμιο Kobe και το Πανεπιστήμιο της Ταϊπέι ένωσαν τις δυνάμεις τους για να μελετήσουν το Balanophora σε όλο το εύρος των σπάνιων και δυσπρόσιτων οικοτόπων του.

Η έρευνά τους, που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό New Phytologist, χαρτογραφεί την εξελικτική ιστορία του φυτού, αποκαλύπτει πώς τα φυτικά του οργανίδια λειτουργούν με απροσδόκητους τρόπους ώστε να εξυπηρετούν τον παρασιτικό του τρόπο ζωής και ανοίγει τον δρόμο για μελλοντική έρευνα πάνω σε αυτό το αρχαίο εξελικτικό παράδοξο.

Όπως επισημαίνει η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, δρ. Petra Svetlikova: «Το Balanophora έχει χάσει μεγάλο μέρος από όσα το καθιστούν τυπικό φυτό, αλλά έχει διατηρήσει όσα είναι απαραίτητα για να λειτουργεί ως παράσιτο. Αποτελεί ένα συναρπαστικό παράδειγμα του πώς κάτι τόσο παράξενο μπορεί να εξελιχθεί από έναν πρόγονο που έμοιαζε με ένα συνηθισμένο φυτό με φύλλα και κανονικό ριζικό σύστημα».

Πολλά φυτά με παρασιτικό τρόπο ζωής παρουσιάζουν το κοινό χαρακτηριστικό ότι, όσο αυξάνεται η εξάρτησή τους από τον ξενιστή, τα πλαστίδιά τους – ένας γενικός όρος για φυτικά οργανίδια, όπως οι χλωροπλάστες στα φωτοσυνθετικά φυτά – χάνουν γονίδια ή ακόμη και εξαφανίζονται πλήρως. Ωστόσο, παρότι το Balanophora εξαρτάται απολύτως από τα δέντρα-ξενιστές του για όλα τα θρεπτικά του συστατικά, έχει διατηρήσει τα πλαστίδιά του, έστω σε δραστικά συρρικνωμένη μορφή.

Ενώ στα μη παρασιτικά φυτά έως και 200 διαφορετικά γονίδια κωδικοποιούν τη δομή των πλαστιδίων, στο Balanophora απομένουν μόλις 20. Παράλληλα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι πάνω από 700 πρωτεΐνες εισάγονται στα πλαστίδια από το κυτταρόπλασμα, γεγονός που υποδηλώνει ότι ακόμη και σε αυτή τη μειωμένη μορφή, τα πλαστίδια του Balanophora διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο.

«Το γεγονός ότι τα πλαστίδια του Balanophora εξακολουθούν να συμμετέχουν στη βιοσύνθεση πολλών ενώσεων που δεν σχετίζονται με τη φωτοσύνθεση ήταν απρόσμενο. Αυτό υποδηλώνει ότι η σειρά και ο χρονισμός της μείωσης των πλαστιδίων στα μη φωτοσυνθετικά φυτά είναι παρόμοιος με εκείνον άλλων ευκαρυωτικών οργανισμών, όπως το παράσιτο Plasmodium που προκαλεί την ελονοσία και προέρχεται από φωτοσυνθετικό πρόγονο», εξηγεί ο καθηγητής Filip Husnik, επικεφαλής της Μονάδας Εξέλιξης, Κυτταρικής Βιολογίας και Συμβίωσης στο OIST.

Με δειγματοληψία από πολλαπλούς πληθυσμούς του Balanophora, η ερευνητική ομάδα κατάφερε να ανασυνθέσει το «δέντρο της ζωής» του γένους και τον τρόπο με τον οποίο αυτό διαφοροποιήθηκε στα υποτροπικά νησιά της Ανατολικής Ασίας.

Η οικογένεια Balanophoraceae, στην οποία ανήκει το γένος, είναι μία από τις αρχαιότερες οικογένειες πλήρως παρασιτικών φυτών, έχοντας διαφοροποιηθεί κατά τη Μέση Κρητιδική περίοδο, πριν από περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια. Ως εκ τούτου, συγκαταλέγεται στα πρώτα χερσαία φυτά που έχασαν τη φωτοσύνθεση.

Ένα ακόμη ιδιαίτερα ενδιαφέρον ερώτημα αφορά την αναπαραγωγή των φυτών αυτών, η οποία διαφέρει σημαντικά από πληθυσμό σε πληθυσμό. Ορισμένα είδη απαιτούν γονιμοποίηση για την παραγωγή σπερμάτων, άλλα διαθέτουν επιπλέον τη δυνατότητα παραγωγής σπερμάτων χωρίς γονιμοποίηση – τη λεγόμενη προαιρετική αγαμοσπερμία – ενώ ορισμένα είναι υποχρεωτικά αγαμοσπερμικά, δηλαδή δεν αναπαράγονται ποτέ με σεξουαλικό τρόπο.

«Η υποχρεωτική αγαμοσπερμία είναι εξαιρετικά σπάνια στο φυτικό βασίλειο, επειδή συνοδεύεται συνήθως από σοβαρά μειονεκτήματα, όπως η έλλειψη γενετικής ποικιλότητας, η συσσώρευση επιβλαβών μεταλλάξεων, η εξάρτηση από πολύ συγκεκριμένες συνθήκες και ο αυξημένος κίνδυνος εξαφάνισης», εξηγεί η δρ. Svetlikova. «Διαπιστώσαμε εντυπωσιασμένοι ότι όλα τα υποχρεωτικά αγαμοσπερμικά είδη του Balanophora είναι νησιωτικά, γεγονός που μας οδηγεί στην υπόθεση ότι περισσότερα είδη του γένους μπορεί να είναι προαιρετικά ή ακόμη και υποχρεωτικά αγαμοσπερμικά».

Ένα πλεονέκτημα αυτής της αναπαραγωγικής στρατηγικής είναι ότι επιτρέπει σε μεμονωμένα θηλυκά φυτά να εξαπλώνονται σε νέα νησιά, αποικίζοντας ταχύτατα το εξαιρετικά εξειδικευμένο οικολογικό τους περιβάλλον: το σκοτεινό, υγρό υπόροφο των δασών, όπου ελάχιστα άλλα φυτά μπορούν να επιβιώσουν.

Παρά την ικανότητά του να «κλωνοποιείται», το Balanophora είναι ιδιαίτερα επιλεκτικό ως προς τους ξενιστές του. Μεμονωμένοι πληθυσμοί παρασιτούν μόνο σε λίγα συγκεκριμένα είδη δέντρων. Αυτό καθιστά αυτά τα σπάνια και μοναδικά φυτά ιδιαίτερα ευάλωτα. «Είμαστε ιδιαίτερα ευγνώμονες στους συνεργάτες μας, δρ. Huei-Jiun Su και δρ. Kenji Suetsugu, ειδικούς στα παρασιτικά φυτά, για τη βοήθειά τους στη συλλογή των δειγμάτων, καθώς και στις τοπικές αρχές της Οκινάουα που μας επέτρεψαν να μελετήσουμε αυτά τα εξαιρετικά φυτά», δηλώνει η δρ. Svetlikova.

«Οι περισσότεροι γνωστοί βιότοποι του Balanophora στην Οκινάουα προστατεύονται, ωστόσο οι πληθυσμοί απειλούνται από υλοτομία και παράνομη συλλογή. Ελπίζουμε να μάθουμε όσα περισσότερα μπορούμε για αυτό το εκπληκτικό, αρχαίο φυτό πριν να είναι πολύ αργά. Αποτελεί μια ζωντανή υπενθύμιση του πόσο απρόβλεπτη παραμένει η εξέλιξη».