Powstanie i rozprzestrzenienie się roślin z rodzaju Fuchsia

   Od czasów sprowadzenia do Europy pierwszego okazu fuksji byli ludzie zajmujący się profesjonalnie tym rodzajem. Należeli do nich eksplorerzy i botanicy z różnych krajów. Wraz z rozwojem wiedzy i postępem technik badawczych wzbogacała się także wiedza o fuksjach. Oprócz kolekcjonowania w herbariach kolejnych nowoodkrytych roślin i opisywania ich cech zewnętrznych zaczęto prowadzić pod koniec XX w. zaawansowane badania interdyscyplinarne, pozwalające m.in. na coraz lepsze poznanie historii rozprzestrzeniania lub wewnątrzgatunkowych pokrewieństw. Początek wieku XXI to niesamowita eksplozja nowych odkryć. Średnio co kilka - kilkanaście miesięcy należy aktualizować dane o fuksjach w związku z odkryciami naukowymi. Efektem badań filogenetycznych i biogeograficznych było m.in. wyodrębnienie w 2004 roku nowej sekcji (Verrucosa). Dane i podziały zawarte na tej stronie odzwierciedlają aktualny stan wiedzy i w przyszłosci mogą ulec zmianom lub rozszerzeniom.

   Pierwsze fuksje powstały przed ok. 41 milionami lat na kontynencie, który w tamtym czasie łączył dzisiejszą Amerykę Południową, Antarktydę i Australię. Z biegiem dziejów stamtąd rozprzestrzenił się na Amerykę Środkową a poprzez Australię na Nową Zelandię i obszar Pacyfiku. Do dzisiaj (stan na 2010 rok) w nauce opisanych zostało 107 gatunków botanicznych fuksji.

   Ale... skąd my wiemy, że akurat 41 milionów lat temu powstał rodzaj Fuchsia. Naukowcy z wielu dziedzin botaniki, geobotaniki i paleobotaniki prowadzą intensywne badania nad historią powstawania rodzajów i gatunków od samego zarania ich dziejów. Współczesny postęp w nauce i technice pozwala na prace badawcze, które jeszcze niedawno wydawały się czystą fantastyką. Tutaj przedstawię dwa łączące się przykłady prowadzonych badań.

I. Badania paleopalinologiczne

   Mało kto słyszał nazwę tej dziedziny nauki. Pokrótce postaram się ją opisać.
Paleopalinologia zajmuje się badaniem pyłku kopalnego. Opiera się ona na analizie jakościowej i ilościowej pyłku i zarodników zachowanych w kopalnych osadach. Określa się gatunek (rodzaj lub rodzinę) ziarn pyłku, wystepujących w osadzie oraz ich liczebność. Metoda ta umożliwia ustalenie pewnych grup pyłku przewodniego, co pozwala na datowanie osadów. Jednocześnie, po ustaleniu składu gatunkowego zbiorowisk roślinnych, można rozpoznać warunki klimatyczne i hydrologiczne, jakie panowały w środowisku tworzenia się osadu zawierającego pyłek.
   Ziarenka pyłku są bardzo odporne na zniszczenie - posiadają niezmiernie twardą ścianę komórkową, której część zewnętrzna, zwana egzyną, zbudowana jest z bardzo odpornych substancji - sporopolenin, dzięki czemu mogą przetrwać w osadzie dziesiątki tysięcy lat. Laboratoryjne próby dowiodły, że nie ulegają one zniszczeniu nawet przy ogrzaniu do 300°C oraz przy traktowaniu stężonymi kwasami.
   Szczególny nacisk kładziony jest na dokładne poznanie struktury i rzeźby (skulptury) ściany ziaren. Schemat budowy egzyny może być charakterystyczny dla określonego gatunku i jest brany pod uwagę przy dokonywaniu podziałów taksonomicznych, co stało się możliwe dzięki użyciu mikroskopu elektronowego. Czyli - pyłek jest jak odcisk palca.
   Współczesne badania wymagają współpracy naukowców różnych dziedzin, czyli muszą być interdyscyplinarne. I tak paleopalinolodzy muszą ściśle współpracować np. z sedymentologami. Sedymentologia to nauka o powstawaniu skał osadowych lub inaczej nauka zajmującą się procesami kształtowania, transportu i depozycji materiału. Uznawana jest za część nauk geologicznych lub geograficznych.
   Reasumując, badania paleopalinologiczne we współpracy interdyscyplinarnej umożliwiają poznanie obszaru i czasu występowania danego gatunku na przestrzeni istnienia życia na Ziemi. Dodatkowo dają możliwość określenia klimatu, występującej biosfery itd. Czyli - pyłek wszystko Ci powie.

   W 1999 roku opublikowano w "Abhandlungen der Geologischen Bundesanstalt, Band 56/1, Wien" wyniki badań paleopalinologicznych, przeprowadzonych w trzeciorzędowych piaszczystych osadach przybrzeżnych klifów północno-wschodniej części Ziemi Ognistej.
link do oryginału "Abhandlungen der Geologischen Bundesanstalt, Band 56/1, Wien" w formacie .pdf
To tam znaleziono pyłki fuksji datowane na średni eocen, czyli ok. 41 milionów lat. Nazwa eocen pochodzi od połączenia greckich słów eos - jutrzenka i kainos - nowy (w nieformalnym tłumaczeniu: "świt nowych czasów") i zawdzięcza swą nazwę faktowi, że w czasie jego trwania pojawia się wiele występujących do dziś rzędów ssaków, a także niektóre istniejące nadal rodziny. Był to więc okres niezwykle bujnego działania ewolucji.
   Badania pozwoliły m.in. określić ówczesny klimat i biosferę tej dzisiaj surowej, podbiegunowej części świata. A panowały tam wówczas łagodne i wilgotne warunki lasu tropikalnego, sprzyjające rozwojowi wielu różnorodnych roślin.
Po opublikowaniu tych badań wydawało się, że odkryto miejsce i czas, w którym narodził się rodzaj Fuchsia. Jednak badania DNA przeprowadzone kilka lat później obaliły tą teorię (ale o tym za chwilę). W każdym razie popatrzmy, jak przez 40 milionów lat ewoluowała fuksja - istniała na tym terenie, gdy był tam tropikalny las, ale też pozostała tam w postaci F. magellanica, dzisiaj najbardziej odpornej na zimno fuksji.
   Jako ciekawostkę przedstawiam poniżej mikroskopowe zdjęcia omawianych pyłków fuksji.

II. Badania DNA

   Badania DNA, prowadzone przez profesora Paula E. Berry we współpracy z Wiliamem J.Hahn, Kennethem J. Sytsma, Jocelyn C. Hall i Austinem Mast nad reprezentatywnymi gatunkami fuksji i ich naturalnych hybryd oraz kilkoma gatunkami blisko z nią spokrewnionych rodzajów doprowadziły w kwietniu 2004 roku do opublikowania w American Journal of Botany [ 91(4), str. 601-614. 2004] schematu obrazującego historię rozwoju rodzaju Fuchsia.
 link do oryginału (American Journal of Botany 91(4):601-614. 2004.) - (ang.) w formacie .pdf
   Ilustracja, zamieszczona poniżej, obrazuje, jak przed 52 milionami lat (punkt A) rozdzieliły się rodzaje Hauya i Circaea, a następnie przed 41 milionami lat (punkt B) rozdzieliły się rodzaje Circaea i Fuchsia. Długość linii na rysunku odpowiada skali czasowej - od lewego brzegu do prawego jest dokładnie 52 mln lat.



   Wyniki badań wykazały, że pierwsza dywersyfikacja rodzaju Fuchsia na gatunki nastąpiła przed ok. 31 milionami lat (punkt C). Linia południowopacyficzna podzieliła się przed ok. 30 mln. lat, co zgadza się ze znanymi danymi z badań kopalnych pyłków fuksji z Australii i Nowej Zelandii, dających wynik w zakresie 25-30 mln.lat. Rozdzielenie fuksji karaibskich (reprezentowanych przez F. tryphilla) od fuksji andyjskich nastąpiło przed ok. 25 mln. lat (punkt D). Wydaje się, że początek dywersyfikacji bogatych w gatunki sekcji andyjskich rozpoczął się nie wcześniej niż przed 22 milionami lat (punkt E). Oddzielenie nowozeladzkiej sekcji Procumbentes od południowopacyficznej sekcji Skinnera nastąpiło przed 18 mln. lat (punkt F). Dwie następne ważne daty w rozwoju gatunków fuksji to punkty G i H. Pierwszy jest momentem rozdziału pomiędzy południowoandyjskimi gatunkami (F.lycioides i F.magellanica) a brazylijskimi przedstawicielami sekcji Quelusia przed ok. 13 milionami lat. Drugi obrazuje rozdzielenie przed 8 milionami lat pomiędzy nowozelandzkimi przedstawicielami sekcji Skinnera a F.cyrtandroides z Tahiti. Na podstawie wyników badań nie jest do końca jasne, gdzie dokładnie powstał rodzaj Fuchsia. Bliskie pokrewieństwo z rodzajem Circaea ( z którego wyłonił się rodzaj Fuchsia) oraz z siostrzanym dla niego środkowoamerykańskim rodzajem Hauya świadczy jednak z dużym prawdopodobieństwem, że rodzaj Fuchsia wyodrębnił się gdzieś pomiędzy północną części Ameryki Południowej i południową częścią Ameryki Północnej - ale nie w południowej części Ameryki Południowej jak wcześniej przypuszczano.
   Badania wykazały jak i kiedy kształtowały się obecne gatunki fuksji, ich wzajemne pokrewieństwa oraz spowodowały rewizję wielu dotychczasowych poglądów, m.in. dotyczących czasu dywersyfikacji różnych gatunków oraz n.p. wyodrębnienie nowej monosekcji Verrucosa. Autorzy zapowiadają, iż badania będą prowadzone w przyszłości na większej liczbie gatunków, zwłaszcza z bogatych sekcji, aby w wyniku otrzymać dokładniejsze dane.