Det fossile eksemplar tilhører sandsynligvis de urteagtige barinofytter, en usædvanlig uddød plantegruppe, der kan være beslægtet med kludemosser, og er et af de mest omfattende eksempler på et tilsyneladende mellemstadie i planters reproduktionsbiologi. Den nye art, der er ca. 400 millioner år gammel og stammer fra den tidlige devoniske periode, producerede et spektrum af sporestørrelser – en forløber for de specialiserede strategier hos landplanter, der spænder over verdens levesteder. Forskningen blev offentliggjort i Current Biology den 4. maj.
“Normalt, når vi ser heterosporøse planter dukke op i de fossile optegnelser, opstår de bare lige pludselig”, siger undersøgelsens seniorforfatter, Andrew Leslie, der er assisterende professor i geologiske videnskaber ved Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth). “Vi tror, at dette kan være en slags øjebliksbillede af denne meget sjældent sete overgangsperiode i udviklingshistorien, hvor man ser stor variation blandt sporer i den reproduktive struktur.”
Et stort skift
En af de vigtigste tidsperioder for udviklingen af landplanter, Devon, var vidne til en diversificering fra små mosser til tårnhøje komplekse skove. Udviklingen af forskellige størrelser af sporer, eller heterospori, repræsenterer en vigtig ændring for at kontrollere reproduktionen – et træk, der senere udviklede sig til små og store versioner af disse reproduktive enheder.
“Tænk på alle de forskellige typer af seksuelle systemer, der findes i blomster – alt dette er baseret på at have separate små sporer, eller pollen, og store sporer, som er inde i frøene,” sagde Leslie. “Med to forskellige størrelsesklasser er det en mere effektiv måde at pakke ressourcerne på, fordi de store sporer ikke kan bevæge sig så let som de små, men de kan bedre ernære afkommet.”
De tidligste planter, fra for mellem 475 millioner og 400 millioner år siden, manglede reproduktiv specialisering i den forstand, at de lavede de samme typer sporer, som så voksede til små planteled, der faktisk overførte reproduktive celler. Ved at opdele de reproduktive ressourcer påtog planterne sig mere kontrol over reproduktionen, ifølge forskerne.
Den nye art udgør sammen med den tidligere beskrevne plantegruppe Chaleuria af samme alder det første bevis på en mere avanceret reproduktionsbiologi hos landplanter. Det næste eksempel dukker først op i fossilregistret omkring 20 millioner år senere.
“Den slags fossiler hjælper os med at lokalisere, hvornår og hvordan præcist planter opnåede denne form for opdeling af deres reproduktionsressourcer,” siger Leslie. “Den yderste ende af denne evolutionære historie med specialisering er noget i stil med en blomst.”
Et tilfældigt fund
Forskerne begyndte at analysere fossilerne, efter at de havde været opbevaret i samlinger på Smithsonian National Museum of Natural History i årtier. Fra ca. 30 små klippestykker, der oprindeligt blev udgravet fra Campbellton-formationen i New Brunswick i Canada af den afdøde palæobotaniker og medforfatter til undersøgelsen Francis Hueber, identificerede de mere end 80 reproduktive strukturer eller sporangier. Selve sporerne varierer fra ca. 70 til 200 mikrometer i diameter – ca. et hårstrå til to hårstrå. Mens nogle af strukturerne udelukkende indeholdt store eller små sporer, indeholdt andre kun mellemstore sporer, og andre indeholdt hele sporstørrelsesområdet – muligvis producerede nogle af dem sæd og andre æg.
“Det er sjældent, at man får så mange sporangier med velbevarede sporer, som man kan måle”, sagde Leslie. “Vi var bare lidt heldige med, hvordan de var bevaret.”
Fossile og moderne heterosporøse planter lever primært i vådområde-miljøer, såsom flodsletter og sumpe, hvor befrugtning af store sporer er mest effektiv. Den gamle art, som vil blive formelt beskrevet i en opfølgende artikel, har en blanding af sporer, der ikke ligner noget, der lever i dag, sagde Leslie.
“Den overordnede historie i landplanters reproduktion er en historie om øget arbejdsdeling og specialisering og kompleksitet, men det skal begynde et sted – og det begyndte med simpelthen at producere små sporer og store sporer,” sagde Leslie. “Med denne type fossiler kan vi identificere nogle måder, hvorpå planterne var i stand til at gøre det.”
Medforfattere til undersøgelsen er fra Brown University, University of North Carolina — Chapel Hill og University of Sheffield.