“Tanaman, apakah itu— sangat besar, atau mikroskopis, adalah dasar dari semua kehidupan termasuk diri kita sendiri.” Ini adalah pengantar David Attenborough untuk Planet Hijauseri sejarah alam BBC terbaru.

Selama 500 juta tahun terakhir, tanaman telah terjalin ke dalam setiap aspek kehidupan kita. Tumbuhan mendukung semua kehidupan lain di Bumi saat ini. Mereka menyediakan oksigen yang dihirup orang, serta membersihkan udara dan mendinginkan suhu bumi. Tetapi tanpa air, tanaman tidak akan bertahan hidup. Awalnya ditemukan di lingkungan perairan, diperkirakan ada sekitar 500.000 spesies tanaman darat yang muncul dari satu nenek moyang yang mengapung di air.

Dalam makalah terbaru kami, diterbitkan di Ahli Fitologi Barukami menyelidiki, pada tingkat genetik, bagaimana tanaman belajar menggunakan dan memanipulasi air — dari tanaman kecil mirip lumut pertama yang hidup di darat pada periode Kambrium (sekitar 500 juta tahun yang lalu) hingga pohon raksasa yang membentuk hutan kompleks ekosistem hari ini.

Bagaimana tumbuhan berevolusi

Dengan membandingkan lebih dari 500 genom (DNA organisme), hasil kami menunjukkan bahwa berbagai bagian anatomi tanaman yang terlibat dalam pengangkutan air — pori-pori (stomata), jaringan pembuluh darah, akar — terkait dengan metode evolusi gen yang berbeda. Ini penting karena memberi tahu kita bagaimana dan mengapa tanaman berevolusi pada saat yang berbeda dalam sejarah mereka.

Hubungan tanaman dengan air telah berubah secara dramatis selama 500 juta tahun terakhir. Nenek moyang tumbuhan darat memiliki kemampuan yang sangat terbatas untuk mengatur air tetapi keturunan tumbuhan darat telah beradaptasi untuk hidup di lingkungan yang lebih kering.

Ketika tanaman pertama kali menjajah tanah, mereka membutuhkan cara baru untuk mengakses nutrisi dan air tanpa tenggelam di dalamnya. Tantangan berikutnya adalah untuk meningkatkan ukuran dan perawakan. Akhirnya, tanaman berevolusi untuk hidup di lingkungan kering seperti gurun. Evolusi gen ini sangat penting untuk memungkinkan tanaman bertahan hidup, tetapi bagaimana mereka membantu tanaman beradaptasi terlebih dahulu dan kemudian berkembang di darat?

Baca Juga:  7 Rekomendasi Anime Loli yang Absolut Bikin Gemes yang Nonton

Stomata, pori-pori kecil di permukaan daun dan batang, terbuka untuk memungkinkan penyerapan karbon dioksida dan menutup untuk meminimalkan kehilangan air. Studi kami menemukan bahwa gen yang terlibat dalam pengembangan stomata berada di tanaman darat pertama. Ini menunjukkan bahwa tanaman darat pertama memiliki alat genetik untuk membangun stomata, adaptasi kunci untuk kehidupan di darat.

Kecepatan respon stomata bervariasi antar spesies. Misalnya, stomata bunga aster menutup lebih cepat daripada stomata pakis. Studi kami menunjukkan bahwa stomata tanaman darat pertama memang menutup tetapi kemampuan ini dipercepat seiring waktu berkat duplikasi gen saat spesies direproduksi.

Duplikasi gen menghasilkan dua salinan gen, memungkinkan salah satunya menjalankan fungsi aslinya dan yang lainnya mengembangkan fungsi baru. Dengan gen baru ini, stomata tanaman yang tumbuh dari biji (lebih berkembang biak melalui spora) mampu menutup dan membuka lebih cepat, memungkinkan mereka untuk lebih beradaptasi dengan kondisi lingkungan.

Shutterstock

Gen lama dan trik baru

Jaringan vaskular adalah sistem pipa tanaman, memungkinkannya untuk mengangkut air secara internal dan tumbuh dalam ukuran dan tinggi. Jika Anda pernah melihat cincin dari pohon yang dipotong, ini adalah sisa-sisa pertumbuhan jaringan pembuluh darah.

Kami menemukan bahwa alih-alih berevolusi oleh gen baru, jaringan pembuluh darah muncul melalui proses bermain-main genetik. Di sini, gen lama digunakan kembali untuk mendapatkan fungsi baru. Ini menunjukkan bahwa evolusi tidak selalu terjadi dengan gen baru tetapi gen lama dapat mempelajari trik baru.

Sebelum pindah ke darat, tumbuhan ditemukan di habitat air tawar dan laut, seperti kelompok alga Spirogyra. Mereka mengapung dan menyerap air di sekitar mereka. Evolusi akar memungkinkan tanaman untuk mengakses air dari dalam tanah serta menyediakan jangkar.

Baca Juga:  Gugusan Aktor Korea yang Wamil dalam Usia Belia, Jadi Berkah dalam Karier

Kami menemukan bahwa beberapa gen kunci baru muncul pada nenek moyang tanaman yang hidup di darat dan tanaman berbiji, sesuai dengan perkembangan rambut akar dan akar. Ini menunjukkan pentingnya sistem perakaran yang kompleks, memungkinkan tanaman purba untuk mengakses air yang sebelumnya tidak tersedia.

Perkembangan ciri-ciri ini pada setiap langkah utama dalam sejarah tumbuhan menyoroti pentingnya air sebagai pendorong evolusi tumbuhan. Analisis kami menjelaskan dasar genetik penghijauan planet ini, menyoroti berbagai metode evolusi gen dalam diversifikasi kerajaan tumbuhan.

Menanam untuk masa depan

Selain membantu kita memahami masa lalu, pekerjaan ini penting untuk masa depan. Dengan memahami bagaimana tumbuhan berevolusi, kita dapat mulai memahami faktor-faktor pembatas bagi pertumbuhannya. Jika peneliti dapat mengidentifikasi fungsi gen kunci ini, mereka dapat mulai meningkatkan penggunaan air dan ketahanan terhadap kekeringan pada spesies tanaman. Hal ini sangat penting untuk ketahanan pangan.

Tanaman mungkin juga memegang kunci untuk memecahkan beberapa pertanyaan paling mendesak yang dihadapi umat manusia, seperti mengurangi ketergantungan kita pada pupuk kimia, meningkatkan keberlanjutan makanan kita, dan mengurangi emisi gas rumah kaca kita.

Dengan mengidentifikasi mekanisme yang mengendalikan pertumbuhan tanaman, peneliti dapat mulai mengembangkan spesies tanaman yang lebih tangguh dan efisien. Tanaman ini akan membutuhkan lebih sedikit ruang, air, dan nutrisi dan akan lebih berkelanjutan dan dapat diandalkan. Dengan alam menurun, sangat penting untuk menemukan cara untuk hidup lebih harmonis di planet hijau kita.

Artikel ini awalnya diterbitkan pada Percakapan oleh Alexander Bowles di Universitas Bristol. Membaca artikel asli disini.