Najstaršie skamenené spóry rastlín prinútili vedcov prehodnotiť, ako sa rastliny vyvíjali

Volvox, videný tu pod mikroskopom, je rod sladkovodných zelených rias. (Sinhyu/iStock/Getty Image)

Keď sa rastliny pred viac ako 500 miliónmi rokov prvýkrát odvážili na zem, vyvinuli sa zo sladkovodných rias, zmenili planétu. Čerpaním oxidu uhličitého zo vzduchu ochladzovali Zem a eróziou skalných povrchov pomohli vybudovať pôdu, ktorá teraz pokrýva toľko pôdy.

Tieto zmeny v atmosfére planéty a povrchu súše vydláždili cestu pre vývoj biosféry, ktorú poznáme. Pozemné rastliny tvoria asi 80 percent biomasy Zeme.

Priekopnícke rastliny boli malé a podobné machu a museli prekonať dve veľké výzvy, aby prežili na zemi: vyhnúť sa vysychaniu a prežiť drsné ultrafialové žiarenie Slnka.



Vo vzorkách hornín z Canning Basin na severe Západnej Austrálie sme objavili 480 miliónov rokov staré fosílne spóry z raných suchozemských rastlín spolu so spórami z predkov žijúcich vo vode.

Toto sú najstaršie nájdené spóry suchozemských rastlín a poskytujú nám nové informácie o tom, kedy a kde rastliny skočili na súš a tiež ako sa im podarilo prežiť. Výskum je uverejnený v Veda .

Keď rastliny kolonizovali krajinu

Odhady počiatočného načasovania kolonizácie pôdy rastlinami sú založené na veľkých fosílnych pozostatkoch rastlín, výpočtoch, ako dlho trvalo rôznym druhom, kým sa vyvinuli (tzv. molekulárne hodiny údaje) a záznam o spórach rastlín.

Údaje o molekulárnych hodinách naznačujú, že kolonizácia pôdy nastala asi pred 515 miliónmi rokov (v období kambria), zatiaľ čo najskoršie fosílie stoniek rastlín sa vyskytujú asi pred 430 miliónmi rokov (v období stredného silúru).

Tieto skoré malé rastliny nemali koreňový systém ani tvrdé drevité tkanivo, čo môže vysvetľovať, prečo sú ich fosílne pozostatky zriedkavé.

Prípadne sa môžeme pozrieť na výtrusy rastlín. Spóry sú jednoduché reprodukčné jednotky, ktoré nesú genetický materiál (oveľa jednoduchšie ako semená, ktoré sa vyvinuli až oveľa neskôr).

Pre úspešné rozmnožovanie museli byť steny spór suchozemských rastlín dostatočne pevné, aby odolali vysychaniu a poškodeniu ultrafialovým žiarením.

Tieto pružné steny spór sú tiež to, čo umožňuje, aby sa spóry uchovali stovky miliónov rokov v starých sedimentoch a aby sa z týchto sedimentov extrahovali pomocou silných kyselín, ako sa používa v tejto štúdii. Potom sme študovali tvary spór pod mikroskopom.

Tvar spór

Spóry najstarších suchozemských rastlín sa vyskytujú ako viac-menej pravidelné geometricky usporiadané skupiny dvoch alebo štyroch buniek. Takéto spóry a boli nájdené v sedimentoch starých až 465 miliónov rokov (v období ordoviku), čo ich umiestňuje najmenej 35 miliónov rokov pred akékoľvek známe väčšie fosílie rastlín.

V Spojených štátoch sa však našli aj staršie spóry (spred približne 505 miliónov rokov). Paul Strother (z Boston College, môj spoluautor nového výskumu Canning Basin) a jeho kolegovia ukázali, že tieto staršie spóry pravdepodobne pochádzajú zo sladkovodných rias nazývaných charofyty.

Tieto staršie spóry sa vyskytujú ako nepravidelne tvarované „balíky“ buniek. Tieto isté „balíky“ spór sa vyskytujú aj vo fosíliách, ktoré sme našli v konzervárskej panve, datovaných približne o 25 miliónov rokov neskôr.

Charofytné riasy žijú polovodne. Aby v tejto situácii prežili, vyvinuli gény, ktoré odolávajú vysychaniu a škodlivým účinkom UV žiarenia.

Najstaršie suchozemské rastliny buď zachytili časti tohto genómu predkov rias, možno prostredníctvom „horizontálneho prenosu génov“, pri ktorom baktérie presúvajú gény z jedného organizmu do druhého, alebo si podobné gény vyvinuli samy.

Vzhľadom na časový rámec miliónov rokov naznačuje, že pôvod suchozemských rastlín nenastal ako jediná udalosť.

Našli sme spóry suchozemských rastlín, buď s dvoma alebo štyrmi bunkami, a nepravidelne zabalené spóry rias v zhromaždení Canning Basin, čo ukazuje, že suchozemské rastliny a ich predkovia rias existovali spolu v rovnakej oblasti v rovnakom čase.

Tiež zmenšuje časovú medzeru medzi odhadmi kolonizácie pôdy z údajov molekulárnych hodín (pred 515 miliónmi rokov) a fosílnych dôkazov.

Rekord Canning Basin je starý približne 480 miliónov rokov a je najstarším doteraz nájdeným kdekoľvek na svete.

Kde začali suchozemské rastliny?

Náš objav vyplýva z predchádzajúcich štúdií spór suchozemských rastlín v Canning Basin. V roku 1991 spory datované asi pred 440-445 miliónmi rokov boli nájdené a ďalšie datované pred 460 miliónmi rokov boli nájdené v roku 2016.

Tieto dva záznamy sa našli až po preskúmaní extraktov z asi 100 vzoriek jadra v snahe určiť vek horninových sekvencií, čo ukazuje, že spóry sú zriedkavé.

Sedimenty uložené v konzervárskej panve v tomto období pochádzajú najmä z morského prostredia, ako môžeme vidieť z lastúrnych fosílií a mikrofosílií ako napr. konodonty .

Prvé suchozemské rastliny, podobne ako ich predkovia charopytných rias, rástli v sladkovodných prostrediach na okraji mora.

Do týchto oblastí boli vyplavené spóry a sedimenty. Takže fosílne záznamy, ktoré sa k nám dostali, závisia od geografie starovekého sveta.

V roku 2020 Geoscience Australia v spolupráci s Geological Survey of Western Australia vyvŕtala studňu v južnej časti Canning Basin, aby pochopila geológiu podpovrchových hornín.

Po kyslej extrakcii vzoriek hornín z geologickej formácie nazývanej formácia Nambeet, ktorá sa datuje do obdobia raného ordoviku (pred 485 miliónmi až 470 miliónmi rokov), sme identifikovali spóry suchozemských rastlín s typickým pravidelným usporiadaním dvoch alebo štyroch buniek.

V rámci tejto práce sme skúmali preparáty rastlinných spór, ktoré už boli namontované na sklenených podložných sklíčkach, z pôvodnej časti formácie Nambeet vyvŕtanej v roku 1958.

A tu sme našli prvý záznam o spórach suchozemských rastlín spojených so spórami ich predkov z rias. Náš objav by nebol možný bez prístupu k týmto skorším materiálom poskytnutým vládou WA.

Na určenie, kde sa v austrálskych sedimentoch z obdobia neskorého kambria a ordoviku vyskytujú ďalšie spóry rias a suchozemských rastlín, sú potrebné ďalšie štúdie.

Nové údaje môžu tiež objasniť, kde začali suchozemské rastliny: bolo to na tomto kontinente, ako navrhli iní?

Táto práca zdôraznila dôležitosť prístupu k predchádzajúcim údajom a materiálom a uznávame úlohu kritickej vedeckej infraštruktúry pri ošetrovaní geologických vzoriek a údajov vládou WA.

Clinton Foster , čestný profesor, Austrálska národná univerzita .

Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia pod licenciou Creative Commons. Čítať pôvodný článok .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.