Das versteinerte Exemplar gehört wahrscheinlich zu den krautigen Barinophyten, einer ungewöhnlichen, ausgestorbenen Pflanzengruppe, die möglicherweise mit den Klumpfußgewächsen verwandt ist, und ist eines der umfassendsten Beispiele für eine scheinbare Zwischenstufe der pflanzlichen Fortpflanzungsbiologie. Die neue Art, die etwa 400 Millionen Jahre alt ist und aus dem frühen Devon stammt, produzierte ein Spektrum von Sporengrößen – ein Vorläufer der spezialisierten Strategien von Landpflanzen, die die Lebensräume der Welt umspannen. Die Forschungsergebnisse wurden am 4. Mai in der Zeitschrift Current Biology veröffentlicht.
„Normalerweise tauchen heterosporöse Pflanzen im Fossilbericht einfach auf“, sagte der Hauptautor der Studie, Andrew Leslie, ein Assistenzprofessor für geologische Wissenschaften an der Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth). „Wir denken, dass dies eine Art Schnappschuss dieser sehr seltenen Übergangsperiode in der Evolutionsgeschichte ist, in der man eine große Variation zwischen den Sporen in der Fortpflanzungsstruktur sieht.“
Eine große Veränderung
Eine der wichtigsten Zeitperioden für die Evolution der Landpflanzen, das Devon, war Zeuge der Diversifizierung von kleinen Moosen zu hoch aufragenden komplexen Wäldern. Die Entwicklung unterschiedlicher Sporengrößen, auch Heterosporie genannt, stellt eine wichtige Änderung zur Kontrolle der Fortpflanzung dar – ein Merkmal, das sich später zu kleinen und großen Versionen dieser Fortpflanzungseinheiten entwickelte.
„Denken Sie an all die verschiedenen Arten von Sexualsystemen, die in Blumen vorkommen – all das beruht darauf, dass es getrennte kleine Sporen oder Pollen und große Sporen gibt, die sich in den Samen befinden“, so Leslie. „
Die frühesten Pflanzen, die vor 475 Millionen bis 400 Millionen Jahren entstanden sind, hatten keine reproduktive Spezialisierung in dem Sinne, dass sie die gleichen Arten von Sporen herstellten, die dann zu kleinen Pflänzchen heranwuchsen, die tatsächlich reproduktive Zellen übertrugen. Durch die Aufteilung der Fortpflanzungsressourcen übernahmen die Pflanzen den Forschern zufolge mehr Kontrolle über die Fortpflanzung.
Die neue Art stellt zusammen mit der zuvor beschriebenen gleichaltrigen Pflanzengruppe Chaleuria den ersten Beweis für eine fortgeschrittenere Fortpflanzungsbiologie bei Landpflanzen dar. Das nächste Beispiel taucht im Fossilbericht erst etwa 20 Millionen Jahre später auf.
„Diese Art von Fossilien hilft uns, herauszufinden, wann und wie genau Pflanzen diese Art der Aufteilung ihrer Fortpflanzungsressourcen erreicht haben“, so Leslie. „
Ein zufälliger Fund
Die Forscher begannen mit der Analyse der Fossilien, nachdem diese jahrzehntelang in den Sammlungen des Smithsonian National Museum of Natural History gelagert worden waren. Aus etwa 30 kleinen Gesteinssplittern, die ursprünglich von dem verstorbenen Paläobotaniker und Mitautor der Studie, Francis Hueber, aus der Campbellton-Formation in New Brunswick in Kanada ausgegraben worden waren, identifizierten sie mehr als 80 Fortpflanzungsstrukturen, die sogenannten Sporangien. Die Sporen selbst haben einen Durchmesser von etwa 70 bis 200 Mikrometern – etwa eine bis zwei Haarsträhnen. Einige der Strukturen enthielten ausschließlich große oder kleine Sporen, andere nur mittelgroße Sporen und wieder andere die gesamte Bandbreite an Sporengrößen, wobei einige möglicherweise Spermien und andere Eier produzierten.
„Es ist selten, dass man so viele Sporangien mit gut erhaltenen Sporen findet, die man messen kann“, sagte Leslie. „
Fossile und moderne heterosporöse Pflanzen leben in erster Linie in Feuchtgebieten, wie Überschwemmungsgebieten und Sümpfen, wo die Befruchtung durch große Sporen am effektivsten ist. Die uralte Spezies, die in einem Folgeartikel formell beschrieben wird, hat eine Vielfalt von Sporen, die mit keiner heute lebenden Art vergleichbar ist, so Leslie.
„Die übergreifende Geschichte der Reproduktion von Landpflanzen ist die einer zunehmenden Arbeitsteilung, Spezialisierung und Komplexität, aber das muss irgendwo beginnen – und es begann einfach mit der Produktion von kleinen und großen Sporen“, so Leslie. „Mit dieser Art von Fossilien können wir einige Wege aufzeigen, wie die Pflanzen das tun konnten.“
Koautoren der Studie sind von der Brown University, der University of North Carolina – Chapel Hill und der University of Sheffield.