Det var, skrev Charles Darwin i 1879, “et afskyeligt mysterium”. Andetsteds beskrev han det som “et yderst forvirrende fænomen”. Tyve år efter udgivelsen af hans grundlæggende værk The Origin of Species var der stadig aspekter af evolutionen, som generede faderen til den evolutionære biologi. Det vigtigste af disse var blomsterproblemet.

Blomstrende planter fra gardeniaer til græsser, vandliljer til hvede tilhører en stor og forskelligartet gruppe kaldet angiospermer. I modsætning til næsten alle andre plantetyper producerer de frugter, der indeholder frø. Det, der bekymrede Darwin, var, at de allerførste prøver i de fossile optegnelser alle dateres tilbage til midten af kridttiden, for omkring 100 millioner år siden, og at de kom i en forbløffende bred vifte af former og størrelser. Det tydede på, at blomstrende planter havde oplevet et eksplosivt udbrud af mangfoldighed meget kort tid efter deres oprindelse – hvilket, hvis det var sandt, truede med at underminere hele Darwins model om gradvis udvikling gennem naturlig udvælgelse.

Faktisk har nyligt offentliggjort forskning afsløret, at angiospermer alligevel udviklede sig relativt gradvist. Dette efterlader dog stadig en række centrale spørgsmål. De ca. 350.000 kendte arter af blomstrende planter udgør ca. 90 % af alle levende plantearter. Uden dem ville vi ikke have nogen af vores vigtigste afgrøder, herunder dem, der bruges til at fodre husdyr, og en af de vigtigste kulstofdræner, der opsamler vores kuldioxidemissioner, ville mangle. Hvordan og hvor stammer de fra? Og, måske endnu vigtigere, hvorfor blev de så spektakulært succesfulde?

Darwin var en uomtvistelig ekspert i oprindelsen. Hans bemærkelsesværdige indsigt var med til at etablere en ramme for, hvordan nye arter dannes – og han var fast besluttet på, at processen var langsom og gradvis.

“Da naturlig udvælgelse udelukkende virker ved at akkumulere små, successive, gunstige variationer, kan den ikke frembringe nogen stor eller pludselig ændring; den kan kun virke med meget korte og langsomme skridt,” skrev han i The Origin of Species.

Men Darwin var smerteligt klar over, at der var åbenlyse undtagelser til hans langsomme og stabile regel. Angiospermerne var en særlig kilde til frustration. Angiospermer eksisterede simpelthen ikke i det meste af Jordens historie. De tidlige skove var befolket af bizarre primitive trælignende planter, der var nært beslægtet med de køllemosser og padderokke, som er en meget lille del af nutidens plantesamfund. Senere tog en gruppe kaldet gymnospermer – planter med uindkapslede frø som f.eks. nåletræer – over. Og så kom angiospermerne.

Tidligt i det 19. århundrede begyndte videnskabsmænd som Adolphe-Théodore Brongniart at samle alt, hvad man dengang vidste om fossile planter. Arbejde som dette fremhævede det faktum, at en enorm variation af angiospermer – ofte kaldet “højere planter” eller dicotyledoner i det 19. århundrede – dukkede alt for pludseligt op midt i den geologiske periode i kridttiden.

Den pludselige fremkomst af blomstrende planter var mere end blot forvirrende. Det var ammunition mod Darwins udviklingsmodel

“pludselig fremkomst af så mange tokimbladede planter … forekommer mig at være et meget forvirrende fænomen for alle, der tror på nogen form for evolution, især for dem, der tror på en ekstremt gradvis udvikling,” skrev Darwin til den schweiziske naturforsker Oswald Heer i 1875.

Han var godt klar over, at den pludselige fremkomst af blomstrende planter var mere end bare forvirrende. Det gav også hans kritikere ammunition mod hans evolutionære model.

Darwin foreslog dog en løsning. Angiospermer, sagde han, kan have udviklet sig gradvist i en fjerntliggende region af verden, som endnu ikke var udforsket af forskerne. I midten af kridttiden var der noget, der fik dem til at slippe ud af deres hjemland og hurtigt sprede sig over hele verden. Dette, ræsonnerede Darwin, ville give forskere i Europa og Nordamerika det misvisende indtryk, at en bred vifte af blomstrende plantearter alle havde udviklet sig på samme tid. Darwin var klar over manglen på beviser til støtte for sin teori og beskrev den som “elendigt dårlig”.

Så har hans spekulationer siden vist sig at være delvist korrekte. Angiospermer, der er titusindvis af millioner af år ældre end eksemplarerne fra den midterste kridttid, er begyndt at dukke op i sten fra Kina. Men Darwin fik ikke helt ret i detaljerne, for der er også fundet meget sjældne tidlige angiospermer i Europa og USA.

“Vores viden er blevet meget større siden slutningen af det 19. århundrede”, siger Laurent Augusto fra det nationale institut for landbrugsforskning i Bordeaux i Frankrig. Palæobotanikerne er måske endnu ikke enige om, præcis hvor og hvornår blomstrende planter først udviklede sig, men deres forekomst i de fossile optegnelser meget tidligere end tidligere kendt betyder, at de ikke længere er et problem for Darwins teori om gradvis udvikling. Andre debatter om dem, især om deres spektakulære mangfoldighed, er dog stadig aktive.

“Vores verden er en verden af angiospermer”, siger Augusto. “I mange økosystemer dominerer de i arter og i biomasse – denne økologiske dominans af angiospermer er stadig uforklarlig.”

Spørgsmål om blomstrende planters endelige oprindelse findes på Ny Kaledonien, en lille ø ca. 1.600 km øst for Australien. Her opdagede botanikere omkring den tid, hvor Darwin plagede sig med sit angiospermeproblem, en plante kaldet Amborella. En omhyggelig undersøgelse i løbet af det sidste århundrede har vist, at den er den eneste overlevende fra en af de allerførste grene af angiospermernes evolutionære træ. Det betyder, at dens forhold til alle levende blomster svarer lidt til det, som et næbdyr har til alle levende pattedyr: den ser måske ikke særlig anmassende ud, men Amborella kan fortælle os mere end selv den mest udspekulerede orkidé om, hvordan angiospermerne først udviklede sig.

Sidste år afslørede planten endelig nogle af sine hemmeligheder. Amborella Genome Project afslørede et udkast til en version af plantens genom. De første angiospermer må have udviklet sig fra en af de gymnosperme-arter, der dominerede verden på det tidspunkt. Amborella-genomet tyder på, at de første angiospermer sandsynligvis opstod, da den forfødte gymnosperm gennemgik en “hel genomfordobling” for omkring 200 millioner år siden.

Blomster har været et definerende træk ved angiospermerne fra meget tidligt i deres udvikling

Genomfordobling sker, når en organisme ved en fejl får en ekstra kopi af hvert af sine gener under den celledeling, der sker som en del af den seksuelle formering. Det ekstra genetiske materiale giver organismer med fordoblet genom potentiale til at udvikle nye egenskaber, der kan give en konkurrencefordel. I tilfældet med de tidligste angiospermer gav det ekstra genetiske materiale planterne mulighed for at udvikle nye, aldrig før sete strukturer – som f.eks. blomster. Verdens flora ville aldrig blive den samme igen.

Den Amborella-genomresultater tyder stærkt på, at blomster har været et definerende træk ved angiospermerne fra meget tidligt i deres udvikling. Kunne blomsterne i sig selv være med til at forklare, hvorfor angiospermerne blev så forskellige?

Darwin var bestemt åben over for denne mulighed. Mens han kæmpede med det problem, som den tilsyneladende pludselige fremkomst af angiospermerne gav anledning til, modtog han et brev fra Gaston de Saporta, en fransk biolog, som sagde, at de tilsyneladende beviser i det 19. århundredes fossilregister, der tyder på, at plantegruppen opstod pludseligt, ikke behøver at være et problem for Darwins teori om gradvis udvikling. Det viste blot, at angiospermer var en usædvanlig undtagelse fra hans generelle regel. Blomstrende planter og deres insektbestøvere udviklede sig sammen, argumenterede Saporta, og denne “co-evolution” fik begge grupper til at sprede sig usædvanligt hurtigt.

“Din idé … forekommer mig glimrende,” svarede en begejstret Darwin. “Jeg er overrasket over, at idéen aldrig er faldet mig ind, men det er altid tilfældet, når man først hører en ny og enkel forklaring på et mystisk fænomen.”

Men teorien løber ind i problemer i dag, siger Augusto. Tidlige angiospermer kan have haft blomster, men vi ved nu fra fossiler, at disse første blomster var meget enkle – og sandsynligvis ikke så attraktive for bestøvere. Da de store, dristige blomster, der lokker insekterne til, dukkede op, var angiospermerne allerede mangfoldige.

En anden teori, som Frank Berendse og Marten Scheffer fra Wageningen University i Holland fremlagde i 2009, bygger på det faktum, at angiospermerne er meget mere produktive end gymnospermer som nåletræerne. Måske udkonkurrerede de simpelthen konkurrerende planter ved at vokse hurtigere og opsluge størstedelen af næringsstofferne, foreslog de.

“Vores artikel skulle være lidt provokerende”, siger Berendse, “for at tilskynde botanikere og dem, der studerer fossile planter, til at arbejde tættere sammen om at forklare den spektakulære fremkomst af angiospermerne.

Der findes ingen enkle forklaringer på blomstrende planters mangfoldighed og økologiske dominans

Faktisk var de to allerede begyndt at arbejde sammen. Tidligere i 2009 offentliggjorde et hold under ledelse af Tim Brodribb fra University of Tasmania i Hobart, Australien, det første i en række artikler, der udforskede angiospermernes evolution ved at undersøge fossile blade. De fandt ud af, at deres blade fik mange flere årer i løbet af kridttiden, hvilket ville have givet dem mere vand til fotosyntese og gjort det muligt for dem at vokse hurtigere.

“Det gav meget stærk støtte til vores idéer”, siger Berendse. Men ligesom med blomsterhypotesen er der stadig problemer med den næringsstofbaserede teori. For eksempel er de enkelte blade fra angiospermer mere effektive til at lave fotosyntese end nåle fra nåletræer, men nåletræer kan måske kompensere, fordi deres nåle samlet set har et meget større overfladeareal end bladene på et gennemsnitligt angiospermetræ.

Der findes desværre ingen enkle forklaringer på de blomstrende planters mangfoldighed og økologiske dominans. “Der er højst sandsynligt ingen enkelt teori, der kan forklare den massive fremkomst af angiospermerne,” indrømmer Berendse.

Det er mere sandsynligt, siger Augusto, at flere faktorer har spillet en rolle, og at de hver især har været mere eller mindre vigtige på bestemte steder og tidspunkter. F.eks. kan Berendses produktivitetsteori måske gælde i de tropiske bælter, hvor rige jorde kan give næringssultne angiospermer en vital fordel i forhold til gymnospermer, men den forklarer måske ikke, hvad der foregår i regioner med fattige jorde, hvor angiospermer potentielt bliver udsultet for de næringsstoffer, de har brug for. Og de tidlige angiospermers enkle blomster har måske ikke gjort meget for gruppens udvikling, men da der endelig dukkede udførlige blomster op, var de sandsynligvis med til at få plantegruppen til at overtage verden.

Det vil sige, hvis de virkelig overtog verden. Det kan virke mærkeligt at påstå noget andet, når der er noget i retning af 350.000 kendte angiosperme-arter og ikke meget mere end 1000 gymnospermer, hvoraf de fleste er nåletræer. Men der er mere til succes end mangfoldighed, siger Brodribb. Mange af de få arter af nåletræer, der overlever, er superrigelige.

“På den nordlige halvkugle hersker nåletræerne i den store boreale og store dele af den tempererede zone”, siger Brodribb. Han tilføjer, at angiospermerne ikke er blevet økologisk dominerende i mange af disse regioner. Det kan skyldes, at jorden der er for fattig til, at de kan opnå en ernæringsmæssig fordel, hvilket er i overensstemmelse med Berendse’s idéer, eller måske er det fordi temperaturen falder for lavt til, at de kan overleve. Men hvorfor angiospermerne selv i 350.000 forsøg ikke har fundet frem til arter, der kan overvinde disse problemer og udkonkurrere de nordlige nåletræer, er endnu et uløst mysterium.

På den nordlige halvkugle hersker nåletræerne

Dagens planteforskere har forståeligt nok bedre styr på de blomstrende planters oprindelse, end Darwin havde, men de kæmper stadig med at forklare gruppens mangfoldighed, og hvorfor den på trods heraf ikke er lykkedes med at blive dominerende i nogle dele af verden.

Augusto er i det mindste sikker på, at der på et tidspunkt vil blive fundet svar, bl.a. fordi disse mysterier fortsat fascinerer forskerne. Og selv om der næppe er tvivl om, at denne fascination til dels skyldes angiospermernes økologiske og økonomiske betydning i dag, skyldes det måske også til dels Darwin og hans måde at bruge ord på. “Jeg tror, at citatet om det “afskyelige mysterium” bidrager til den generelle interesse for angiospermer,” tilføjer Augusto.