Vor etwa 86 Millionen Jahren verdoppelte sich nach einem Fehler bei der Zellteilung das gesamte Welwitschia-Genom während einer Zeit zunehmender Trockenheit und anhaltender Dürre in der Region – und möglicherweise der Bildung der Namib-Wüste selbst, sagte Tao Wan, Botaniker bei Fairy Lake Botanical Garden in Shenzhen, China, und Hauptautor der Studie. Er sagte, dass „extremer Stress“ oft mit solchen Genom-Duplikationsereignissen verbunden ist.
Dr. Leitch, ein Mitautor der Studie, fügte hinzu, dass auch duplizierte Gene von ihren ursprünglichen Funktionen befreit werden und möglicherweise neue übernehmen.
Mehr genetisches Material zu haben, ist jedoch mit Kosten verbunden, sagte Dr. Wan. „Die grundlegendste Aktivität für das Leben ist die DNA-Replikation. Wenn Sie also ein großes Genom haben, ist es wirklich energieaufwändig, das Leben zu erhalten“, besonders in einer so rauen Umgebung.
Erschwerend kommt hinzu, dass ein großer Teil des Genoms von Welwitschia aus selbstreplizierenden DNA-Sequenzen namens „Schrott“ besteht, die als Retrotransposons bezeichnet werden. „Jetzt muss dieser Müll repliziert und repariert werden“, sagte Dr. Leitch.
Die Forscher entdeckten vor ein bis zwei Millionen Jahren einen „Ausbruch“ der Retrotransposon-Aktivität, höchstwahrscheinlich aufgrund von erhöhtem Temperaturstress. Aber um dem entgegenzuwirken, wurde das Genom von Welwitschia weit verbreiteten epigenetischen Veränderungen unterzogen, die diese Junk-DNA durch einen Prozess namens DNA-Methylierung zum Schweigen brachten.
Dieser Prozess, zusammen mit anderen selektiven Kräften, reduzierte die Größe und die energetischen Wartungskosten der duplizierten DNA-Bibliothek von Welwitschia drastisch, sagte Dr. Wan und gab ihr „ein sehr effizientes, kostengünstiges Genom“.
Die Studie ergab auch, dass Welwitschia andere genetische Optimierungen in den Blättern versteckt hatte.
Das durchschnittliche Pflanzenblatt wächst aus den Spitzen der Pflanze oder den Spitzen des Stängels und der Zweige. Aber die ursprüngliche Wachstumsspitze von Welwitschia stirbt ab und Blätter strömen stattdessen aus einem gefährdeten Bereich der Anatomie der Pflanze, dem Basalmeristem, das der wachsenden Pflanze frische Zellen liefert, sagte Dr. Wan. Eine große Anzahl von Kopien oder eine erhöhte Aktivität einiger Gene, die an einem effizienten Stoffwechsel, Zellwachstum und Stressresistenz in diesem Bereich beteiligt sind, können dazu beitragen, dass es unter extremem Umweltstress weiter wächst. In einer sich erwärmenden Welt können die genetischen Lektionen, die Welwitschia zu bieten hat, den Menschen helfen, widerstandsfähigere, weniger durstige Pflanzen zu züchten.