A megkövesedett példány valószínűleg a lágyszárú barinophytákhoz tartozik, egy szokatlan kihalt növénycsoporthoz, amely a klubmohákkal állhat rokonságban, és az egyik legátfogóbb példája a növényi szaporodásbiológia egy látszólag köztes szakaszának. A mintegy 400 millió éves, a korai devon időszakból származó új faj a spóraméretek spektrumát hozta létre – ez a szárazföldi növények specializált stratégiáinak előfutára, amelyek a világ élőhelyeit behálózzák. A kutatás a Current Biology május 4-i számában jelent meg.

“Általában, amikor heterosporózus növényeket látunk megjelenni a fosszilis feljegyzésekben, ezek csak úgy felbukkannak” – mondta a tanulmány vezető szerzője, Andrew Leslie, a Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth) geológiai tudományok adjunktusa. “Úgy gondoljuk, hogy ez egyfajta pillanatkép lehet az evolúciós történelemnek erről a nagyon ritkán megfigyelhető átmeneti időszakáról, amikor a spórák között a szaporodási szerkezetben nagyfokú változatosságot látunk.”

Egy jelentős váltás

A szárazföldi növények evolúciójának egyik legfontosabb időszaka, a devon a kis moháktól a tornyosuló komplex erdőkig tartó diverzifikáció tanúja volt. A különböző méretű spórák, vagyis a heterospórák kialakulása jelentős módosítást jelent a szaporodás szabályozására – ez a tulajdonság később e szaporodási egységek kis és nagy változataiba fejlődött.

“Gondoljunk csak a virágokban található különböző típusú szexuális rendszerekre – mindezek alapja a különálló kis spórák, vagyis a virágpor, és a nagy spórák, amelyek a magokban vannak” – mondta Leslie. “A két különálló méretkategória hatékonyabb módja az erőforrások csomagolásának, mert a nagy spórák nem tudnak olyan könnyen mozogni, mint a kicsik, de jobban tudják táplálni az utódokat.”

A legkorábbi, 475 millió és 400 millió évvel ezelőtti növényekből hiányzott a reproduktív specializáció abban az értelemben, hogy azonos típusú spórákat készítettek, amelyek aztán kis palántákká nőttek, amelyek valójában reproduktív sejteket adtak át. A reproduktív erőforrások felosztásával a növények a kutatók szerint nagyobb kontrollt vállaltak a szaporodás felett.

Az új faj, a korábban leírt, azonos korú Chaleuria növénycsoporttal együtt, a szárazföldi növények fejlettebb szaporodásbiológiájának első bizonyítéka. A következő példa csak mintegy 20 millió évvel később jelenik meg a fosszilis feljegyzésekben.”

“Az ilyen típusú fosszíliák segítenek megtalálni, hogy a növények mikor és pontosan hogyan érték el a szaporodási erőforrásaik ilyen jellegű felosztását” – mondta Leslie. “A specializáció evolúciós történetének legvégén valami olyasmi áll, mint egy virág.”

Egy szerencsés lelet

A kutatók azután kezdték el a fosszíliák elemzését, hogy évtizedekig a Smithsonian Nemzeti Természettudományi Múzeum gyűjteményeiben tárolták őket. Mintegy 30 apró kőzetdarabból, amelyeket eredetileg a kanadai New Brunswickban található Campbellton Formációból tárt fel a néhai paleobotanikus és a tanulmány társszerzője, Francis Hueber, több mint 80 szaporodási struktúrát, azaz sporangiát azonosítottak. Maguk a spórák átmérője 70 és 200 mikron között mozog – körülbelül egy hajszál és két hajszál között. Míg egyes struktúrák kizárólag nagy vagy kis méretű spórákat tartalmaztak, mások csak közepes méretű spórákat, megint mások a spóraméretek teljes skáláját – valószínűleg egyesek spermiumokat, mások petéket termeltek.

“Ritka, hogy ennyi sporangiát találjunk jól megőrzött spórákkal, amelyeket meg tudunk mérni” – mondta Leslie. “Egyszerűen csak szerencsénk volt a megőrzésükkel.”

A fosszilis és modern heterosporos növények elsősorban vizes élőhelyeken, például ártereken és mocsarakban élnek, ahol a nagyméretű spórák megtermékenyítése a leghatékonyabb. Az ősi faj, amelyet egy következő tanulmányban hivatalosan is leírnak majd, a spórák olyan keverékével rendelkezik, amely nem hasonlít semmi ma élőre, mondta Leslie.

“A szárazföldi növények szaporodásának átfogó története a fokozott munkamegosztás, specializáció és komplexitás, de ennek valahol el kell kezdődnie — és ez egyszerűen a kis és nagy spórák termelésével kezdődött”, mondta Leslie. “Az ilyen típusú fosszíliák segítségével azonosítani tudunk néhány módot, ahogyan a növények képesek voltak erre.”

A tanulmány társszerzői a Brown Egyetem, az Észak-Karolinai Egyetem — Chapel Hill és a Sheffieldi Egyetem munkatársai.