Die ältesten versteinerten Sporen von Landpflanzen lassen Wissenschaftler überdenken, wie sich Pflanzen entwickelt haben

Als sich vor mehr als 500 Millionen Jahren Pflanzen aus Süßwasseralgen auf die Erde wagten, veränderten sie den Planeten. Indem sie der Luft Kohlendioxid entzogen, kühlten sie die Erde ab und halfen durch die Erosion von felsigen Oberflächen beim Aufbau des Bodens, der heute eine große Landfläche bedeckt.

Diese Veränderungen in der Atmosphäre des Planeten und der Erdoberfläche ebneten den Weg für die Entwicklung der Biosphäre, wie wir sie kennen. Landpflanzen machen etwa 80 Prozent der Biomasse der Erde aus.

Die Pionierpflanzen waren winzig und algenähnlich und mussten zwei große Herausforderungen meistern, um auf der Erde zu überleben: Dürre zu vermeiden und die harten ultravioletten Strahlen der Sonne zu überleben.

In Gesteinsproben aus dem Canning Basin im Nordwesten Australiens entdeckten wir 480 Millionen Jahre alte versteinerte Sporen von alten Landpflanzen zusammen mit Sporen von angestammten wasserbewohnenden Algen.

Dies sind die ältesten Pflanzensporen, die gefunden wurden, und sie geben uns neue Hinweise darauf, wann und wo Pflanzen zu Boden gesprungen sind und wie sie es geschafft haben, zu überleben. Suche veröffentlicht in einem Wissenschaften.

Als Pflanzen die Erde besiedelten

Schätzungen des anfänglichen Zeitpunkts der Pflanzenkolonisation der Erde basieren auf großen versteinerten Pflanzenresten und Berechnungen, wie lange es dauerte, bis sich verschiedene Arten entwickelten (genanntmolekulare Uhr“Data), eine Aufzeichnung von Pflanzensporen.

Daten der molekularen Uhr weisen darauf hin, dass die Besiedlung der Erde vor etwa 515 Millionen Jahren (im Kambrium) stattfand, während die ältesten Fossilien von Pflanzenstämmen vor etwa 430 Millionen Jahren (im mittleren Silur) auftraten.

Diese frühen kleinen Pflanzen hatten weder Wurzelsysteme noch hartes Holzgewebe, was erklären könnte, warum ihre fossilen Überreste so selten sind.

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Alternativ können wir uns die Sporen von Pflanzen ansehen. Sporen sind einfache Fortpflanzungseinheiten, die genetisches Material tragen (viel einfacher als Samen, die sich erst viel später entwickelt haben).

Für eine erfolgreiche Vermehrung müssen die Sporenwände von Landpflanzen stark genug sein, um Trockenheit und UV-Schäden zu widerstehen.

Diese flexiblen Sporenwände ermöglichen es auch, Sporen für Hunderte von Millionen Jahren in alten Sedimenten zu konservieren und aus diesen Sedimenten mit starken Säuren zu extrahieren, wie sie in dieser Studie verwendet wurden. Dann untersuchten wir die Formen der Sporen unter dem Mikroskop.

Form von Keimen

Sporen früher Landpflanzen treten als mehr oder weniger geometrisch angeordnete Gruppen von zwei oder vier Zellen auf. Diese Sporen wurden in Sedimenten gefunden, die 465 Millionen Jahre alt sind (im Ordovizium), also mindestens 35 Millionen Jahre, bevor größere Pflanzenfossilien bekannt sind.

In den Vereinigten Staaten wurden jedoch ältere Sporen (vor etwa 505 Millionen Jahren) gefunden. Paul Strother (vom Boston College, Co-Autor des neuen Canning Basin Papers) und Kollegen zeigen, dass diese alten Sporen wahrscheinlich aus Süßwasseralgen namens Charophyten stammen.

Diese alten Sporen treten als unregelmäßig geformte “Pakete” von Zellen auf. Dieselben “Pakete” von Sporen finden sich auch in den Fossilien, die wir im Canning Basin gefunden haben, die etwa 25 Millionen Jahre später datieren.

Charophyte-Algen leben halbaquatisch. Um in diesem Zustand zu überleben, entwickelten sie Gene, um der Austrocknung und den schädlichen Auswirkungen von ultravioletten Strahlen zu widerstehen.

Die ältesten Landpflanzen haben entweder Teile des Algengenoms der Vorfahren eingefangen, möglicherweise durch “horizontalen Gentransfer”, bei dem Bakterien Gene von einem Organismus auf einen anderen übertragen, oder sie haben selbst ähnliche Gene entwickelt.

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Angesichts des Zeitrahmens von Millionen von Jahren deutet dies darauf hin, dass die Entstehung von Landpflanzen nicht als einzigartiges Ereignis aufgetreten ist.

Wir fanden sowohl Wildpflanzensporen mit zwei oder vier Zellen als auch unregelmäßig gepackte Algensporen im Konserventeichbecken, was zeigt, dass Wildpflanzen und ihre Algenvorfahren gleichzeitig im selben Gebiet vorhanden waren.

Es verringert auch die Zeitlücke zwischen Schätzungen der Landbesiedelung aus molekularen Uhrendaten (vor 515 Millionen Jahren) und fossilen Beweisen.

Der Rekord im Canning Basin ist etwa 480 Millionen Jahre alt und der älteste der Welt.

Wo haben die Pflanzen der Erde angefangen?

Unsere Entdeckung stammt aus früheren Studien von terrestrischen Pflanzensporen im Konserventeich. 1991 datierte Keime Vor etwa 440-445 Millionen Jahren Gefunden und mehr Es stammt aus vor 460 Millionen Jahren 2016 gefunden.

Diese beiden Aufzeichnungen wurden erst gefunden, nachdem Extrakte aus etwa 100 Kernproben untersucht wurden, um das Alter der Gesteinssequenzen zu bestimmen, was zeigt, dass Sporen selten sind.

Die in dieser Zeit im Konservenbecken abgelagerten Sedimente stammen hauptsächlich aus der Meeresumwelt, wie wir an Muschel- und Mikrofossilien wie z Konodonten.

Frühe Landpflanzen wuchsen wie ihre Vorfahren der granulierten Algen in Süßwassergebieten an den Rändern des Meeres.

In diesen Bereichen wurden Sporen und Sedimente weggespült. Die Fossilienfunde, die uns überliefert sind, basieren also auf der Geographie der Antike.

Im Jahr 2020 bohrte Geoscience Australia in Zusammenarbeit mit dem Western Australian Geological Survey im südlichen Teil des Canning-Beckens eine Bohrung, um die Geologie von Tiefengestein zu verstehen.

Nach Säureextraktion von Gesteinsproben aus einer geologischen Formation namens Nambet-Formation, die aus dem frühen Ordovizium (vor 485 Millionen bis 470 Millionen Jahren) stammt, identifizierten wir Sporen von Landpflanzen mit typischen regelmäßigen Anordnungen von zwei oder vier Zellen.

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Im Rahmen dieser Arbeit untersuchten wir Pflanzensporenpräparate, die bereits auf Objektträgern montiert waren, aus dem 1958 ausgegrabenen Originalabschnitt der Nambit-Formation.

Hier fanden wir den ersten Nachweis von Landpflanzensporen, die mit Sporen ihrer Algenvorfahren in Verbindung gebracht wurden. Unsere Entdeckung wäre ohne Zugang zu diesem früheren Material, das von der westaustralischen Regierung bereitgestellt wurde, nicht möglich gewesen.

Weitere Studien sind erforderlich, um die Position zusätzlicher Algensporen und Landpflanzen in australischen Sedimenten aus dem späten Kambrium und Ordovizium zu bestimmen.

Die neuen Daten könnten auch Aufschluss darüber geben, wo die Wildpflanzen ihren Ursprung haben: Waren sie auf diesem Kontinent, wie andere vorgeschlagen haben?

In der aktuellen Arbeit wurde die Bedeutung des Zugangs zu früheren Daten und Materialien hervorgehoben und die kritische Rolle der wissenschaftlichen Infrastruktur für Probenahmen und geologische Daten durch die westaustralische Regierung anerkannt.

Clinton FosterEmeritierter Professor Australische Nationaluniversität.

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