Wątrobowce są jednymi z pierwszych osadników, którzy pojawili się na Ziemi. Stało się to jakieś 450 – 500 milionów lat temu. W taksonomii nazywane są żywymi skamieniałościami, ponieważ przetrwały do dzisiaj w prawie niezmienionej postaci morfologicznej. Obecnie na całej kuli ziemskiej występuje ok. 7000 gatunków tej rośliny, z czego w Polsce jest ich 250, najliczniej w górach i na Pomorzu.
Wątrobowce są małe i niepozorne, a wiele z nich to gatunki kryptyczne czyli takie, których budowę morfologiczną można rozróżnić dopiero analizując sekwencje DNA. Dla naukowców wielu dziedzin stwarza to pole do ciekawych badań.
Ponieważ wątrobowce jako pierwsze „wyszły” na ląd, charakteryzuje je mało skomplikowana budowa morfologiczna i powszechność występowania. Kosmopolityczna natura tych roślin sprawia, że wybrane gatunki spotkać można zarówno podczas zagranicznych wakacji, jak i w najbliższym sąsiedztwie domu. Marchantia pospolita (porostnica wielokształtna) np. tworzy plechowate kolonie w wilgotnej przestrzeni między szynami tramwajowymi, toteż często mylona jest ze swoim młodszym kuzynem mchem. Te dwie grupy roślin odróżnia m.in. budowa morfologiczna, która u wątrobowców jest prostsza.
Wątrobowce dzielą się na dwie grupy: plechowate i liściaste. Plechowate są ewolucyjnie starsze, natomiast znacznie liczniejsze są te liściaste. Obie grupy charakteryzuje zmienność genetyczna w różnych populacjach. Środowisko, w którym występuje największa różnorodność wątrobowców, charakteryzować się powinno dużą wilgotnością, dlatego w Polsce najpełniej reprezentowane są na Pomorzu i w górach. Przyjazne dla nich środowisko to m.in. torfowiska, ale swoje kolonie tworzą też na skałach oraz w zbiorowiskach powyżej górnej granicy lasu.
Prof. UAM Katarzyna Buczkowska-Chmielewska i prof. UAM Alina Bączkiewicz z Zakładu Genetyki na Wydziale Biologii UAM od wielu lat prowadzą badania nad tą szczególną grupą roślin. Badania te obejmują analizę genów (ich przepływu oraz poziomu ich zmienności), która pozwala opisać zróżnicowanie genetyczne wewnątrz gatunków w środowiskach naturalnych. Są to zagadnienia związane z genetyką populacyjną. Poprzez analizy sekwencji DNA możliwe jest opisanie różnic, które niewidoczne są gołym okiem. Taksonomia molekularna pozwala wyznaczyć granice między gatunkami, które dotychczas uchodziły za bliźniacze, czy - w odniesieniu do świata roślin - kryptyczne. Wśród roślin takie sytuacje są bardzo częste, zwłaszcza wśród wątrobowców, które są organizmami o bardzo prostej budowie morfologicznej, co powoduje, że trudno znaleźć subtelne cechy różniące takie gatunki .
Odkrycie gatunków kryptycznych jest przykładem specjacji czyli rozdzielenia „gatunku pierwotnego”, która wynika najczęściej ze zmiany środowiska i pozwala odtworzyć kolejne etapy ewolucji roślin. To także pozwala snuć hipotezy znacznie bardziej dalekosiężne, dotyczące np. historii Ziemi. Mechanizm powstawania takich zmian zostaje uruchomiony przez powstanie bariery geograficznej. W przeszłości była nią np. wędrówka kontynentów, która na pewnym etapie uniemożliwiła przepływ genów wewnątrz wybranego gatunku. Każda z grup zaczęła gromadzić swoje mutacje, doprowadzając w skrajnych przypadkach do powstania bariery genetycznej, uniemożliwiającej swobodne krzyżowanie się. Takim przykładem jest np. jeden z gatunków Calypogeia, który reprezentowany jest przez dwa różne podgatunki: amerykański C. fissa ssp. neogea i europejski C. fissa ssp. fissa, morfologicznie bardzo podobne, ale różniące się znacznie na poziomie sekwencji DNA
Mało skomplikowana budowa jest zaletą wątrobowców, ale też ich wadą. Sprawia bowiem, że mają mało cech, które umożliwiałyby udokumentowanie nowego gatunku.
- W naszej grupie badawczej – mówi prof. Buczkowska-Chmielewska - zajmujemy się sprawdzaniem różnic gatunkowych na poziomie molekularnym. Jednak odkrycie nowego gatunku można postulować tylko wtedy, kiedy różnice genetyczne skorelowane są z cechami morfologicznymi. Takie są wymagania przy opisie taksonomicznym gatunku.
Prof. Buczkowska-Chmielewska wywodzi się z grupy prof. Jerzego Szweykowskiego, wybitnego poznańskiego genetyka i briologa (nauka o glewikach, wątrobowcach i mchach), współautora podręcznika do botaniki. U boku profesora uczestniczyła w badaniach, w trakcie których udało się wyodrębnić i opisać nowy gatunek wątrobowców Conocephalum salebrosum. Różnice morfologiczne, które zaobserwowali naukowcy zostały poparte wynikami badań biochemicznych.
- Udokumentowanie nowego gatunku jest długim i złożonym procesem, który nie zawsze zakończony jest sukcesem – mówi prof. Buczkowska-Chmielewska. - Czasem jest niestety tak, że wykryjemy jakąś różnicę genetyczną, ale roślina jest tak prosta genetycznie, że nie możemy wyodrębnić cech morfologicznych, które mogłyby potwierdzić nasze obserwacje.
Cel, jaki przyświeca genetykom z UAM, to poznanie i wyodrębnienie poszczególnych gatunków wątrobowców i na tej podstawie opisanie kolejnych zmian ewolucyjnych, jakie zachodziły u tych roślin na przestrzeni wieków. - Wspólnie z Uniwersytetem Warmińsko-Mazurskim realizujemy dwa projekty badawcze dotyczące wątrobowców – mówi prof. Buczkowska-Chmielewska. - Wątków, które obejmują te badania, jest kilka. Chcemy m.in. opisać mechanizmy determinacji płci u Calypogeia. Wewnątrz tej grupy obserwujemy różne systemy rozmnażania się, są gatunki rozdzielnopłciowe, obupłciowe, takie które się chętnie rozmnażają, i takie, które mają z tym trudności. W projekcie tym poszukujemy specyficznych sekwencji genów odpowiedzialnych za ekspresje płci. Zamierzamy również zsekwencjonować genomy chloroplastowe i mitochondrialne Calypogeia i na tej podstawie zrekonstruować filogenezę całej rodziny.
W ramach projektu prof. Buczkowska-Chmielewska wspólnie z prof. Bączkiewicz przemierzają całą Polskę i pozyskują nowe egzemplarze roślin do badań. Wspólnie z zespołem znalazły już, w obrębie Aneura pinguis, 10 gatunków kryptycznych czyli morfologicznie podobnych, ale na poziomie genetycznym całkowicie różnych. Co ciekawe, jest to gatunek, który jeszcze do niedawna uchodził za taksonomicznie jednorodny na całym świecie.
Naukowcy próbują odpowiedzieć na pytanie, co powoduje zróżnicowanie wewnątrz gatunków. Interesuje ich w szczególności Aneura pinguis. Jak przypuszczają, jedną z przyczyn może być obecność grzybów endofitycznych, występujących wewnątrz plechy niektórych wątrobowców. Jest to pewien rodzaj symbiozy, który może mieć wpływ na budowę genetyczną tych roślin. Te zagadnienia są przedmiotem badań prowadzonych w ramach drugiego projektu realizowanego wspólnie z prof. Bączkiewicz i grupą naukowców z UW-M.
- Dzisiaj jest nam o wiele łatwiej prowadzić badania. Wiemy, gdzie szukać wątrobowców, ponieważ mamy skatalogowane stanowiska, w których występują i opisane ich współrzędne - więc przy pomocy GPS możemy bez trudu dotrzeć do wybranego miejsca. – mówi prof. Buczkowska-Chmielewska. - Prof. Szweykowski, który zapoczątkował badania nad wątrobowcami na naszym uniwersytecie, miał dużo trudniej. Jeździł i szukał ich po całej Polsce, mając do dyspozycji jedynie opis terenu. Uczestniczyłam w tych wyprawach na początku mojej pracy na UAM. Profesor chciał stworzyć florę wątrobowców Polski, opisać ich gatunki, a także rozmieszczenie. Wiele nauczyłam się podczas tych terenowych wypraw. Prof. Szweykowski pokazał nam, jak rozpoznawać siedliska wątrobowców, a także nauczył jak odróżniać po kolorze i strukturze gatunki. Po śmierci profesora staramy się kontynuować jego pracę.
Zob. też.
