Por Annelise Frazão

Assim como as melhores explicações para sua história evolutiva, plantas são organismos fantásticos. Dentre as histórias mais complexas e sedutoras da evolução das plantas está a do surgimento das flores. Flores são estruturas tão interessantes que causavam inquietações até em Charles Darwin! O surgimento das plantas com flores foi um dos exemplos da evolução da vida que fazia com que Darwin perdesse as estribeiras e atribuísse à evolução desses organismos como um “mistério abominável”.

Aparentemente, essa perplexidade de Darwin frente a tal grupo de organismos estava associada ao fato de que, de acordo com as evidências fósseis daquela época, angiospermas pareciam ter se originado abruptamente e, ao contrário do esperado em relação à evolução das espécies, diversificado rapidamente ao longo do tempo –em alguns milhares de anos. Essa falta de evidências acerca da origem das angiospermas tem muito a ver com o fato de estruturas florais não fossilizarem facilmente, pois são órgãos muito frágeis e que degradam muito rápido ao longo do tempo.

O surgimento das plantas com flores foi um dos exemplos da evolução da vida que fazia com que Darwin perdesse as estribeiras e atribuísse à evolução desses organismos como um “mistério abominável”.

Apesar das poucas evidências disponíveis, as melhores hipóteses existentes até hoje defendem que as primeiras flores surgiram num período em que o planeta tinha outra “cara” e era habitada por dinossauros. De acordo com especialistas em Biologia Evolutiva, o ancestral comum mais recente das angiospermas viventes deve ter surgido entre 250 e 140 milhões (entre os períodos Triássico e Jurássico) de anos e devia estar associado a ambientes aquáticos ou semiaquáticos. Esses ambientes poderiam ter sido os principais habitats onde as primeiras angiospermas se diversificaram.

 

EN_12_Figura_001
Imagem de uma magnólia, espécie da família Magnoliácea. Imagem: Pixabay.com

A hipótese mais recente para a morfologia das primeiras flores do planeta sugere que elas pareciam com uma magnólia (figura 1). Assim como as magnólias, essas primeiras flores apresentavam pétalas indiferenciadas (as tépalas), livres entre si e organizadas em anéis concêntricos (ou verticilados), proporcionando uma simetria radial para a flor (ou actinomorfa, em bom “botaniquês”). Centralmente às tépalas estavam os estames portando pólen e carpelos formando ovários contendo óvulos (figura 2). Apresentavam três ou mais estames, os quais estavam sempre alinhados às tépalas. Os carpelos em número de cinco ou mais compunham um gineceu (parte reprodutiva feminina das flores) organizado em espiral.

EN_12_Figura_002
Esquema representando como seria a forma da flor ancestral, semelhante à de uma magnólia: em verde, tépalas; em rosa, estames; em azul, carpelos. Os diferentes tons de verde representam os diferentes anéis concêntricos, sempre de forma trímera, ou seja, de 3 em 3. Crédito: Annelise Frazão.

Para chegar a esta morfologia do ancestral comum mais recente das angiospermas, em 2017 os cientistas de diferentes países (incluindo uma brasileira) que propuseram tal hipótese não se basearam somente nas informações fósseis existentes. Para reconstruir esta morfologia ancestral, eles utilizaram uma filogenia datada (ou também chamada de cronograma) com base em inúmeros fósseis e que amostrou 792 espécies de angiospermas viventes.

Inicialmente, eles registraram características morfológicas –como a presença de pétalas e sua organização, por exemplo– para cada uma das 792 espécies. Feito isto, mapearam a distribuição dessas características na filogenia das angiospermas verificando a probabilidade de elas terem existido no passado. Com base nesse mapeamento, eles chegaram à morfologia ancestral das angiospermas.

EN_12_Figura_003
Filogenia sinalizando eventos de mudanças da organização das peças florais nos diferentes grupos das angiospermas. Adaptado de Sauquet et al., 2017.

Esta é uma das formas que os cientistas interessados em compreender a evolução das espécies trabalha. Isso é possível justamente porque a evolução é um processo biológico real e porque o compartilhamento de ancestralidade da vida existe. Por conta dessa ancestralidade, é possível inferir como deveria ser o ancestral de duas espécies. Por exemplo, se duas espécies que compartilham um ancestral comum mais recente em relação a outras espécies apresentam flor amarela, a chance deste ancestral também ter flor amarela é muito grande. Com base em cada uma dessas inferências do passado baseadas na filogenia das angiospermas, os cientistas conseguiram chegar à morfologia descrita anteriormente.

Para reconstruir esta morfologia ancestral, eles utilizaram uma filogenia datada (ou também chamada de cronograma) com base em inúmeros fósseis e que amostrou 792 espécies de angiospermas viventes.

É interessante reparar que esta morfologia ancestral é referente ao ancestral comum mais recente compartilhado por todas as angiospermas somente. Assim, pode ser que outras morfologias tenham existido antes disso, em grupos já extintos, porém associados ao ramo da filogenia das angiospermas. Para visualizar a reconstrução em 3D da morfologia ancestral das flores das angiospermas modernas, acesse este link (https://media.nature.com/original/nature-assets/ncomms/2017/170801/ncomms16047/extref/ncomms16047-s25.mov) para baixar o arquivo.

As vantagens da bissexualidade

Até 2017, existia um embate em relação à evolução da sexualidade das flores. Após o trabalho que propôs o modelo anteriormente apresentado, a melhor explicação é que as primeiras flores eram bissexuadas, evidenciando que ter flores de um só sexo é uma novidade evolutiva nas angiospermas. Curiosamente a linhagem mais antiga das plantas com flores vivente, a Amborella, apresenta flores funcionalmente unissexuadas, contrastando com a explicação da bissexualidade.

EN_12_Figura_004
Reconstrução do sexo das flores na filogenia das angiospermas. Em amarelo grupos com flores bissexuais e em azul com flores unissexuais. Os pequenos círculos amarelos no centro da filogenia são gráficos que mostram a alta chance de grupos mais antigos apresentarem a bissexualidade. Adaptado de Sauquet et al., 2017.

Apesar de existirem diversas desvantagens em ter um sistema bissexual, como por exemplo a possibilidade de autofecundação, a presença de ambos os sexos na mesma flor pode ter favorecido as primeiras angiospermas. Em um contexto de colonização de novos ambientes, ter a possibilidade de se reproduzir sexuadamente –o que é mais vantajoso por conta do aumento da diversidade genética na população de uma espécie– pode garantir um maior sucesso reprodutivo. Essa é uma das explicações possíveis para a existência de plantas bissexuadas e deste ser um sistema reprodutivo ancestral das angiospermas. Claro, existem desdobramentos muito mais complexos em relação à evolução do sexo das flores, mas esses são cenas para os próximos capítulos.

Curiosamente a linhagem mais antiga das plantas com flores vivente, a Amborella, apresenta flores funcionalmente unissexuadas, contrastando com a explicação da bissexualidade.

 

Referências utilizadas

Sauquet, H. et al. 2017. The ancestral flower of angiosperms and its early diversification. Nature Comunications 8: 16047.

Gomez, B., Daviero-Gomez, V., Coiffard, C., Martín-Closas, C. & Dilcher, D. L. 2015. Montsechia, an ancient aquatic angiosperm. PNAS 112: 10985–10988.

Friedman, W.E. 2009. The meaning of Darwin’s “abominable mystery”. American Journal of Botany 96(1): 5-21.

Sobre a autora: Annelise Frazão é estudante de doutorado do Departamento de Botânica do Instituto de Biociências da USP, onde desenvolve seu projeto no Laboratório de Sistemática.