Fossiilisoitunut yksilö kuuluu todennäköisesti ruohovartisiin barinofyyteihin, epätavalliseen sukupuuttoon kuolleeseen kasviryhmään, joka saattaa olla sukua kerrossammalille, ja se on yksi kattavimmista esimerkeistä kasvien lisääntymisbiologian näennäisestä välivaiheesta. Uusi laji, joka on noin 400 miljoonaa vuotta vanha ja varhaiselta devonikaudelta, tuotti erilaisia itiökokoja – esiasteena maakasvien erikoistuneille strategioille, jotka kattavat kaikki maailman elinympäristöt. Tutkimus julkaistiin Current Biology -lehdessä 4. toukokuuta.
”Yleensä kun näemme heterosporisia kasveja esiintyvän fossiileissa, ne vain ikään kuin putkahtavat esiin”, sanoo tutkimuksen vanhempi kirjoittaja Andrew Leslie, Stanfordin geologisten tieteiden apulaisprofessori Stanfordin maan-, energia-, & ympäristötieteiden tiedekunnassa (Stanford Earth). ”Uskomme, että tämä voi olla eräänlainen tilannekuva tästä hyvin harvoin nähtävästä siirtymävaiheesta evoluutiohistoriassa, jolloin itiöiden keskuudessa nähdään suurta vaihtelua lisääntymisrakenteessa.”
Suuri siirtymä
Devoniaika on yksi tärkeimmistä ajanjaksoista maakasvien evoluution kannalta, sillä se todisti monipuolistumista pienistä sammalista tornimaisiin monimutkaisiin metsiin. Erilaisen itiökoon eli heterosporian kehittyminen edustaa merkittävää muutosta lisääntymisen hallitsemiseksi – ominaisuus, joka myöhemmin kehittyi näiden lisääntymisyksiköiden pieniksi ja suuriksi versioiksi.
”Ajatelkaapa kaikkia kukkien erityyppisiä sukupuolijärjestelmiä – kaikki ne perustuvat siihen, että on olemassa erillisiä pieniä itiöitä eli siitepölyä ja isoja itiöitä, jotka ovat siementen sisällä”, Leslie sanoi. ”Kun on kaksi erillistä kokoluokkaa, se on tehokkaampi tapa pakata resursseja, koska isot itiöt eivät pääse liikkumaan yhtä helposti kuin pienet, mutta ne pystyvät paremmin ravitsemaan jälkeläisiä.”
Varhaisimmissa kasveissa, 475 miljoonasta 400 miljoonaan vuotta sitten, ei ollut lisääntymiseen liittyvää erikoistumista siinä mielessä, että ne valmistivat samantyyppisiä itiöitä, jotka sitten kasvoivat pieniksi kasvulohkareiksi, jotka itse asiassa siirsivät lisääntymiskykyisiä soluja. Tutkijoiden mukaan lisääntymisresursseja jakamalla kasvit ottivat lisääntymisen paremmin haltuunsa.
Uusi laji yhdessä aiemmin kuvatun samanikäisen Chaleuria-kasviryhmän kanssa on ensimmäinen todiste kehittyneemmästä lisääntymisbiologiasta maakasveilla. Seuraava esimerkki esiintyy fossiiliaineistossa vasta noin 20 miljoonaa vuotta myöhemmin.
”Tällaiset fossiilit auttavat meitä paikantamaan, milloin ja miten tarkalleen ottaen kasvit saavuttivat tuollaisen lisääntymisresurssiensa jakamisen”, Leslie sanoi. ”Aivan tuon erikoistumisen evoluutiohistorian loppupäässä on jotain kukan kaltaista.”
Sattumalöytö
Tutkijat aloittivat fossiilien analyysit sen jälkeen, kun niitä oli säilytetty vuosikymmeniä Smithsonianin luonnonhistoriallisen kansallismuseon kokoelmissa. Noin 30 pienestä kivilohkareesta, jotka edesmennyt paleobotanikko ja tutkimuksen toinen kirjoittaja Francis Hueber oli alun perin kaivanut Kanadan New Brunswickin Campbellton Formationista, he tunnistivat yli 80 lisääntymisrakennetta eli sporangiaa. Itse itiöt ovat halkaisijaltaan noin 70-200 mikrometriä – noin hiussuikaleesta kahteen hiussuikaleeseen. Osa rakenteista sisälsi yksinomaan suuria tai pieniä itiöitä, osa vain keskikokoisia itiöitä ja osa koko itiökokovalikoiman kokoisia itiöitä – mahdollisesti toiset tuottivat siittiöitä ja toiset munasoluja.
”On harvinaista saada näin monta sporangiaa, joissa on hyvin säilyneitä itiöitä, jotka voi mitata”, Leslie sanoi. ”Meillä oli vain jonkinlainen onni siinä, miten ne olivat säilyneet.”
Fossiiliset ja nykyaikaiset heterosporiset kasvit elävät ensisijaisesti kosteikoissa, kuten tulvaniityillä ja rämeillä, joissa suurten itiöiden hedelmöittyminen on tehokkainta. Muinaisella lajilla, joka kuvataan virallisesti myöhemmässä artikkelissa, on itiöiden sekoitus, joka ei ole samanlainen kuin mikään nykyään elävä, Leslie sanoi.
”Maakasvien lisääntymisen yleinen tarina on lisääntynyt työnjako, erikoistuminen ja monimutkaisuus, mutta sen on aloitettava jostain – ja se alkoi yksinkertaisesti pienten ja suurten itiöiden tuottamisesta”, Leslie sanoi. ”Tällaisten fossiilien avulla voimme tunnistaa joitakin tapoja, joilla kasvit pystyivät siihen.”
Tutkimuksen kirjoittajat ovat Brownin yliopistosta, Pohjois-Carolinan yliopistosta — Chapel Hillistä ja Sheffieldin yliopistosta.