Le spécimen fossilisé appartient probablement aux barinophytes herbacées, un groupe éteint inhabituel de plantes qui pourrait être apparenté aux clubmosses, et constitue l’un des exemples les plus complets d’un stade apparemment intermédiaire de la biologie de la reproduction des plantes. La nouvelle espèce, âgée d’environ 400 millions d’années et datant du Dévonien précoce, produisait un éventail de tailles de spores – un précurseur des stratégies spécialisées des plantes terrestres qui couvrent tous les habitats du monde. La recherche a été publiée dans Current Biology le 4 mai.

« Habituellement, lorsque nous voyons des plantes hétérospores apparaître dans les archives fossiles, elles surgissent tout simplement », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Andrew Leslie, professeur adjoint de sciences géologiques à l’école des sciences de la Terre, de l’énergie & environnementale de Stanford (Stanford Earth). « Nous pensons que cela peut être une sorte d’instantané de cette période de transition très rarement observée dans l’histoire de l’évolution où l’on voit une grande variation parmi les spores dans la structure de reproduction. »

Un changement majeur

L’une des périodes les plus importantes pour l’évolution des plantes terrestres, le Dévonien a été témoin de la diversification des petites mousses aux forêts complexes imposantes. Le développement de différentes tailles de spores, ou hétérosporie, représente une modification majeure pour contrôler la reproduction — une caractéristique qui a ensuite évolué vers des versions petites et grandes de ces unités reproductives.

« Pensez à tous les différents types de systèmes sexuels qui sont dans les fleurs — tout cela est prédisposé à avoir des petites spores distinctes, ou pollen, et des grandes spores, qui sont à l’intérieur des graines », a déclaré Leslie. « Avec deux classes de taille discrètes, c’est une façon plus efficace d’emballer les ressources parce que les grosses spores ne peuvent pas se déplacer aussi facilement que les petites, mais peuvent mieux nourrir la progéniture. »

Les premières plantes, entre 475 millions et 400 millions d’années, n’avaient pas de spécialisation reproductive dans le sens où elles fabriquaient les mêmes types de spores, qui se développaient ensuite en petites plantules qui transféraient en fait des cellules reproductives. En partitionnant les ressources reproductives, les plantes ont assumé un plus grand contrôle sur la reproduction, selon les chercheurs.

La nouvelle espèce, avec le groupe de plantes Chaleuria du même âge précédemment décrit, représente la première preuve d’une biologie reproductive plus avancée chez les plantes terrestres. L’exemple suivant n’apparaît dans les archives fossiles qu’environ 20 millions d’années plus tard.

« Ces types de fossiles nous aident à localiser quand et comment exactement les plantes ont atteint ce type de partition de leurs ressources reproductives », a déclaré Leslie. « La toute fin de cette histoire évolutive de spécialisation est quelque chose comme une fleur. »

Une découverte fortuite

Les chercheurs ont commencé à analyser les fossiles après qu’ils aient été stockés dans les collections du Smithsonian National Museum of Natural History pendant des décennies. À partir d’une trentaine de petits éclats de roche excavés à l’origine dans la formation de Campbellton, au Nouveau-Brunswick (Canada), par le paléobotaniste Francis Hueber, aujourd’hui décédé, et coauteur de l’étude, ils ont identifié plus de 80 structures de reproduction, ou sporanges. Les spores elles-mêmes ont un diamètre d’environ 70 à 200 microns, soit environ une à deux mèches de cheveux. Alors que certaines des structures contenaient exclusivement des spores de grande ou de petite taille, d’autres ne contenaient que des spores de taille intermédiaire et d’autres encore contenaient toute la gamme de tailles de spores — peut-être avec certaines produisant des spermatozoïdes et d’autres des œufs.

« Il est rare d’obtenir autant de sporanges avec des spores bien conservées que vous pouvez mesurer », a déclaré Leslie. « Nous avons juste eu un peu de chance dans la façon dont ils ont été préservés. »

Les plantes hétérospores fossiles et modernes vivent principalement dans des environnements de zones humides, comme les plaines inondables et les marécages, où la fertilisation des grandes spores est la plus efficace. L’espèce ancienne, qui sera formellement décrite dans un article de suivi, a un pot-pourri de spores qui ne ressemble à rien de vivant aujourd’hui, a déclaré Leslie.

« L’histoire primordiale de la reproduction des plantes terrestres est celle d’une division accrue du travail et de la spécialisation et de la complexité, mais cela doit commencer quelque part – et cela a commencé par la simple production de petites spores et de grandes spores », a déclaré Leslie. « Avec ce genre de fossiles, nous pouvons identifier certaines façons dont les plantes étaient capables de le faire ».

Les co-auteurs de l’étude sont de l’Université Brown, de l’Université de Caroline du Nord — Chapel Hill et de l’Université de Sheffield.