それは、チャールズ・ダーウィンが1879年に書いた「忌まわしい謎」であった。 また別のところでは、「最も不可解な現象」とも表現している。 彼の代表作『種の起源』の出版から20年後、進化生物学の父を悩ませる進化の側面がまだ残っていたのである。

クチナシからイネ科の植物、スイレンから小麦まで、花を咲かせる植物は、被子植物と呼ばれる大きく多様なグループに属している。 クチナシ、イネ、スイレンのような花は、被子植物という大きなグループに属し、他のほとんどの植物とは異なり、種子を含む果実を実らせる。 ダーウィンが心配したのは、白亜紀の中頃、約1億年前に化石記録された最古のサンプルが、驚くほど多種多様な形と大きさで存在していたことだ。 このことは、顕花植物がその起源から間もなく爆発的に多様化したことを示唆しており、もしそれが本当なら、自然選択による漸進的進化というダーウィンのモデル全体を揺るがす恐れがありました。 しかし、これでもまだ多くの重要な疑問が残っている。 約35万種の顕花植物は、現存する全植物種の約90％を占めています。 また、二酸化炭素の排出を吸収する最も重要な二酸化炭素吸収源の一つも失われている。 では、その植物はどこでどのように生まれたのだろうか。 そして、おそらくもっと重要なことは、なぜ彼らはこれほどまでに目を見張るような成功を収めたのかということだ」

ダーウィンは、間違いなく起源の専門家だった。 自然淘汰は、わずかな、連続した、好ましい変化を積み重ねることによってのみ作用するので、大きな、あるいは急激な変化を生み出すことはできず、非常に短くゆっくりとした段階によってのみ作用することができる」と、彼は「種の起源」に書いています。 被子植物は、特にフラストレーションの原因でした。 被子植物は地球の歴史の大部分において、単に存在しなかっただけなのです。 初期の森林には、原始的な樹木のような奇妙な植物が生息しており、現在の植物群落のごく一部であるコケやスギナの仲間に近いものだった。 その後、裸子植物と呼ばれる、針葉樹のような種子を持たない植物が支配的になった。 3549>

19世紀初頭、アドルフ・テオドール・ブロンニャールのような科学者が、化石植物について当時知られていたすべての情報を照合し始めた。 その結果、白亜紀の地質学的な時期に突然、多種多様な被子植物（19世紀には「高等植物」または双子葉植物と呼ばれた）が出現したことが明らかになったのである。 それはダーウィンの進化モデルに対する弾薬だった

「これほど多くの双子葉植物が突然出現したことは…いかなる形の進化を信じている人にとっても、特に極めて緩やかな進化を信じている人にとっては、最も不可解な現象のように私には見える」、とダーウィンは 1875 年にスイスの自然科学者オズワルド・ハイアーに書いています。

しかし、ダーウィンは解決策を提案した。 彼は、被子植物は、まだ科学者が調査していない世界の遠隔地で徐々に進化した可能性があると述べた。 白亜紀の中頃になると、何かのきっかけで、その原産地から流出し、急速に世界中に広がったのである。 これでは、ヨーロッパや北アメリカの研究者に、多種多様な顕花植物が同時に進化したかのような誤解を与えてしまう」と、ダーウィンは考えた。 ダーウィンは、自説を裏付ける証拠がないことを承知の上で、それを「惨めなほど貧しい」と表現した

実際、彼の推測はその後、部分的に正しいことが証明された。 白亜紀中期の標本より何千万年も前の被子植物が、中国の岩石から発見され始めたのである。 しかし、ヨーロッパやアメリカでも非常に珍しい初期の被子植物が見つかっているので、ダーウィンは詳細を完全に把握していたわけではありません。

フランス、ボルドーの国立農業研究所のローラン・アグスト氏は、「19世紀末から私たちの知識は大きく増えました」と言います。 古生植物学者の間では、顕花植物がいつどこで最初に進化したのか、まだ正確には一致していないかもしれませんが、化石記録には以前知られていたよりもずっと早く登場しており、ダーウィンの漸進進化論にとってはもはや問題ではなくなっているのです。 しかし、被子植物に関するその他の議論、特にその見事な多様性に関する議論は、依然として活発に行われています。 「多くの生態系で、被子植物は種でもバイオマスでも優勢であり、この被子植物の生態学的優勢はまだ説明されていない」

顕花植物の究極の起源を知る手がかりは、オーストラリアの東約1600キロの小さな島、ニューカレドニアにある。 この島では、ダーウィンが被子植物問題に苦悩していた頃、植物学者たちがアンボレラという植物を発見している。 前世紀に渡る入念な研究により、この植物は被子植物の進化樹の最も初期の枝の一つをなす唯一の生き残りであることが明らかになった。 一見地味ですが、アンボレラは被子植物がどのように進化してきたかについて、最も精巧な蘭の花よりも多くのことを教えてくれるのです」

昨年、この植物はついにその秘密の一端を明かしました。 アンボレラゲノムプロジェクトは、この植物のゲノムのドラフト版を公開した。 最初の被子植物は、当時世界を席巻していた裸子植物の1種から進化したに違いない。 アンボレラのゲノムは、最初の被子植物はおそらく、祖先の裸子植物が約2億年前に「全ゲノム倍加」現象を起こしたときに現れたことを示唆している。

花は進化の非常に早い段階から被子植物の特徴だった

ゲノム倍増は、生物が性生殖の一部として起こる細胞分裂中に誤ってそのすべての遺伝子のコピーを余分に獲得してしまったときに起こる。 余分な遺伝物質は、ゲノム倍加生物に、競争上の優位性をもたらす新しい形質を進化させる可能性を与える。 初期の被子植物の場合、遺伝物質が増えることで、花のようなこれまでに見たことのない新しい構造を持つ植物が進化する可能性があるのだ。 アンボレラゲノムの結果は、花が被子植物の進化の非常に早い時期から、被子植物を特徴づけるものであったことを強く示唆しています。 花そのものが、なぜ被子植物がこれほど多様になったのかを説明する一助となり得るだろうか。

ダーウィンはその可能性を確かに受け入れていた。 彼は、被子植物の突然の出現がもたらす問題と格闘しているときに、フランスの生物学者ガストン・ド・サポルタから手紙を受け取った。彼は、19世紀の化石記録から、この植物グループが突然出現したという明らかな証拠があることは、ダーウィンの漸進進化論にとって問題である必要はない、と言った。 ダーウィンの漸進的進化論にとって問題である必要はなく、被子植物はダーウィンの一般法則の例外であることを示すに過ぎないのだ。 サポルタは、開花植物とその受粉昆虫は共に進化し、この「共進化」によって両グループは異常に急速に多様化したと推論した。 「しかし、これは、ある神秘的な現象の新しく単純な説明を初めて聞いたときに、いつもそうなるものだ」

しかし、この理論は今日、問題に直面していると、アウグスト氏は言う。 初期の被子植物には花があったかもしれませんが、その最初の花は非常に地味で、おそらく受粉媒介者にとってそれほど魅力的ではなかったことが、現在では化石からわかっています。 3549>

2009年にオランダのワーヘニンゲン大学のフランク・ベレンセとマルテン・シェファーが発表した別の説は、被子植物が針葉樹などの裸子植物よりもはるかに生産的であるという事実に基づいています。 ベレンセは、「私たちの論文は、植物学者と化石植物を研究する人たちが、被子植物の目覚ましい成長を説明するために、より緊密に協力することを奨励するために、少し挑発的にするつもりでした」と述べています。

顕花植物の多様性と生態学的優位性には、単純な説明はありません

実際、両者はすでに共同作業を始めていました。 2009年の初めに、オーストラリアのホバートにあるタスマニア大学のティム・ブロドリブ率いるチームは、化石の葉を調べることによって被子植物の進化を探る一連の論文の第一弾を発表しました。 その結果、白亜紀の間に葉に多くの葉脈ができ、光合成のために多くの水を供給し、より速く成長できるようになったことがわかりました。

「これは、我々の考えを非常に強く支持するものでした」とベレンセ教授は述べています。 しかし、花の仮説と同様に、栄養素をもとにした説にも問題が残されている。 たとえば、個々の被子植物の葉は針葉樹の葉よりも光合成の効率が高いのですが、針葉樹の葉は平均的な被子植物の葉よりも全体としてはるかに大きな表面積を持っているので、それを補うことができるかもしれません。

残念ながら、顕花植物の多様性と生態的優位性を簡単に説明できるわけではありません。 ベレンセは、「おそらく単一の理論では被子植物の大発展を説明できない」と認めている。

むしろ、いくつかの要因が役割を果たし、それぞれが特定の場所と時間で重要性を増したか減じた可能性が高いと、アウグストは言う。 例えば、ベレンセの生産性理論は、土壌が豊かな熱帯地域では、栄養分を多く必要とする被子植物が裸子植物に対して優位に立てるかもしれませんが、土壌が痩せている地域では、被子植物に必要な栄養分が不足する可能性があり、説明がつかない可能性があります。 また、初期の被子植物のシンプルな花は、被子植物グループの進化にほとんど寄与しなかったかもしれませんが、精巧な花がようやく現れたとき、おそらく被子植物グループの世界征服の原動力になったことでしょう。 35 万種の被子植物が知られているのに、裸子植物は 1000 種もなく、そのほとんどが針葉樹なのに、そうではないと言うのは奇妙に思えるかもしれません。 しかし、ブロドリブ氏によれば、成功には多様性以上のものがある。 北半球では、針葉樹は広大な北方領土と温帯の大部分を支配しています」とブロドリブ氏は言います。 これらの地域の多くでは、被子植物は生態学的に支配的な存在にはなっていない、と彼は付け加えている。 これは、ベレンデスの考えと同じように、土壌が貧弱で栄養的に優位に立てないからかもしれないし、気温が低すぎて生き残れないからかもしれない。 しかし、なぜ35万回もの試行錯誤を経ても、被子植物がこれらの問題を克服し、北半球の針葉樹に勝る種を生み出さないのか、これもまた未解決の謎である。

北半球では針葉樹が支配する

今日の植物科学者は、当然のことながら、ダーウィンよりも顕花植物の起源をよく理解していますが、このグループの多様性や、それにもかかわらず世界の一部の地域で支配的になれなかった理由について、いまだに説明に苦慮しているのです。 この魅力は、今日の被子植物の生態学的、経済的重要性に由来することは間違いありませんが、おそらくダーウィンと彼の言葉の使い方にも起因しているのでしょう。 この「忌まわしい謎」という言葉は、被子植物に対する一般的な関心に貢献していると思います」とアウグスト氏は付け加えます。