Вельвичия удивительная — два листа на тысячу лет

Директор ботанического сада Кью Джозеф Хукер назвал её самым удивительным растением, какое когда-либо привозили в Англию, — и одним из самых уродливых. За всю жизнь, которая может длиться больше тысячи лет, у вельвичии вырастает ровно два листа.

Лента, которая не кончается

Вельвичия удивительная (Welwitschia mirabilis) растёт на узкой полосе прибрежной пустыни на севере Намибии и юге Анголы, где за год выпадает меньше 50 миллиметров осадков. Формально её описали в 1863 году, и с тех пор о ней спорили Чарльз Дарвин, американский ботаник Эйса Грей и тот же Хукер.

У обычного растения верхушка побега всю жизнь закладывает новые листья. У вельвичии эта верхушка отмирает вскоре после того, как у проростка появляются первые настоящие листья. Дальше всю работу берёт на себя ткань у основания двух листьев — базальная меристема. Она наращивает их снизу, как ленту транспортёра, которая выползает из двух щелей на макушке короткого толстого ствола.

Растут листья медленно — примерно на 10–13 сантиметров в год. На фотографиях двух растений среднего размера, снятых с разницей в 90 лет, их почти невозможно отличить.

На африкаанс её называют «tweeblaarkanniedood» — «два листа, которые не могут умереть».

Сколько ей лет

Радиоуглеродный анализ самых крупных экземпляров показал, что некоторым больше 1500 лет. По другим оценкам, вельвичия может жить и несколько тысяч лет — тогда её листья оказываются самыми долгоживущими в растительном мире.

Скорость роста измеряли без всяких приборов сложнее штангенциркуля. На исследовательской станции Гобабеб в Намибии учёные делали лёгкую царапину поперёк листа у самого его основания, а через месяц измеряли, на сколько она отъехала от меристемы. По таким меткам потом высчитывали возраст разных участков листа.

Слабое место у этого долгожителя одно. В дикой природе вельвичия может оставаться здоровой, даже когда листья почти полностью уничтожены. Но если повреждена меристема у их основания, растение вскоре погибает.

Мужские и женские шишки у вельвичии растут на разных растениях — как у южноафриканского саговника, которого называют самым одиноким растением на Земле: в природе нашли всего одно, мужское, и женской пары ему нет до сих пор.

Что рассказал геном

В 2021 году международная группа учёных опубликовала в журнале Nature Communications полную расшифровку генома вельвичии. Его размер — 6,8 миллиарда пар оснований, а больше половины занимают ретротранспозоны, «прыгающие гены», которые копируют себя по всему геному. Последний всплеск их активности случился 1–2 миллиона лет назад. Ещё раньше, около 86 миллионов лет назад, весь геном вельвичии однажды удвоился.

Чтобы держать «прыгающие гены» в узде, растение метит их химическими метками — метильными группами. Для одного из типов таких меток уровень у вельвичии оказался, по словам авторов, возможно, самым высоким из всех известных у растений. Побочный эффект за миллионы лет — геном, бедный парами Г–Ц. Авторы предполагают, что и это может быть выгодно в пустыне: таким последовательностям требуется меньше азота, которого в песке мало.

В основании листьев исследователи нашли постоянно работающие гены, которые у обычных растений действуют только в точке роста. Там же особенно активны гены белков теплового шока, защищающих другие белки от перегрева и обезвоживания, а также гены синтеза абсцизовой кислоты — гормона, который растения вырабатывают при засухе. Отдельные семейства генов, отвечающих за вытягивание клеток, у вельвичии разрослись сильнее, чем у других изученных растений. По мнению авторов, они помогают строить жёсткие волокнистые листья, которые не так легко съесть животным и порвать ветру с песчаными бурями.

Родня через сто миллионов лет

Вельвичия — единственный вид в своём семействе, хотя новые генетические данные указывают на две обособленные популяции, возможно, подвиды. Она относится к гнетовым — древней группе голосеменных, в которой кроме неё всего два рода: тропический гнетум и эфедра. Судя по окаменелому проростку, найденному в меловых отложениях Бразилии, пути вельвичии и гнетума разошлись больше 110 миллионов лет назад. Ближе всего гнетовые, по нынешним данным, к хвойным.

Образцы для расшифровки генома собирали в национальном парке Намиб-Науклуфт и на северном берегу реки Кёйсеб — в пустыне Намиб, которой от 55 до 80 миллионов лет. Удвоение генома вельвичии случилось ещё раньше.