L’esemplare fossilizzato appartiene probabilmente alle barinofite erbacee, un insolito gruppo estinto di piante che può essere legato ai clubmoss, ed è uno degli esempi più completi di una fase apparentemente intermedia della biologia riproduttiva delle piante. La nuova specie, che ha circa 400 milioni di anni e proviene dal primo periodo Devoniano, ha prodotto uno spettro di dimensioni delle spore – un precursore delle strategie specializzate delle piante terrestri che abbracciano gli habitat del mondo. La ricerca è stata pubblicata in Current Biology maggio 4.

“Di solito quando vediamo piante eterosporose apparire nel record fossile, sono solo una sorta di pop in esistenza”, ha detto l’autore senior dello studio, Andrew Leslie, un assistente professore di scienze geologiche presso la scuola di Stanford di Terra, Energia & Scienze ambientali (Stanford Earth). “Pensiamo che questo possa essere una specie di istantanea di questo periodo di transizione molto raramente testimoniato nella storia evolutiva in cui si vede un’alta variazione tra le spore nella struttura riproduttiva.”

Un grande cambiamento

Uno dei periodi più importanti per l’evoluzione delle piante terrestri, il Devoniano ha assistito alla diversificazione da piccoli muschi a imponenti foreste complesse. Lo sviluppo di spore di dimensioni diverse, o eterosporia, rappresenta una modifica importante per controllare la riproduzione, una caratteristica che si è poi evoluta in versioni piccole e grandi di queste unità riproduttive.

“Pensate a tutti i diversi tipi di sistemi sessuali che si trovano nei fiori, tutto ciò è basato sull’avere spore piccole separate, o polline, e spore grandi, che sono all’interno dei semi”, ha detto Leslie. “Con due classi di dimensioni discrete, è un modo più efficiente di impacchettare le risorse perché le spore grandi non possono muoversi facilmente come quelle piccole, ma possono nutrire meglio la prole.”

Le prime piante, tra 475 milioni e 400 milioni di anni fa, mancavano di specializzazione riproduttiva nel senso che producevano gli stessi tipi di spore, che poi crescevano in piccole piantine che trasferivano effettivamente cellule riproduttive. Suddividendo le risorse riproduttive, le piante assumevano un maggiore controllo sulla riproduzione, secondo i ricercatori.

La nuova specie, insieme al gruppo di piante Chaleuria della stessa età precedentemente descritto, rappresenta la prima prova di una biologia riproduttiva più avanzata nelle piante terrestri. L’esempio successivo non appare nel record fossile fino a circa 20 milioni di anni dopo.

“Questo tipo di fossili ci aiuta a localizzare quando e come esattamente le piante hanno raggiunto quel tipo di suddivisione delle loro risorse riproduttive”, ha detto Leslie. “La fine di quella storia evolutiva di specializzazione è qualcosa come un fiore.”

Una scoperta fortuita

I ricercatori hanno iniziato le analisi dei fossili dopo che erano stati conservati nelle collezioni dello Smithsonian National Museum of Natural History per decenni. Da circa 30 piccole schegge di roccia originariamente scavate dalla Formazione Campbellton del New Brunswick in Canada dal defunto paleobotanico e co-autore dello studio Francis Hueber, hanno identificato più di 80 strutture riproduttive, o sporangi. Le spore stesse vanno da circa 70 a 200 micron di diametro – circa un filo a due fili di capelli. Mentre alcune delle strutture contenevano esclusivamente spore grandi o piccole, altre contenevano solo spore di dimensioni intermedie e altre ancora l’intera gamma di dimensioni delle spore – forse con alcune che producono sperma e altre uova.

“È raro ottenere così tanti sporangi con spore ben conservate che si possono misurare”, ha detto Leslie. “

Le piante eterosporose fossili e moderne vivono principalmente in ambienti umidi, come le pianure alluvionali e le paludi, dove la fecondazione di grandi spore è più efficace. La specie antica, che sarà formalmente descritta in un documento di follow-up, ha un miscuglio di spore che non è come qualcosa che vive oggi, ha detto Leslie.

“La storia generale nella riproduzione delle piante terrestri è una di una maggiore divisione del lavoro e specializzazione e complessità, ma che deve iniziare da qualche parte – e ha cominciato con la semplice produzione di piccole spore e grandi spore,” Leslie ha detto. “Con questi tipi di fossili, possiamo identificare alcuni modi in cui le piante erano in grado di farlo.”

Co-autori dello studio sono della Brown University, l’Università del North Carolina – Chapel Hill e l’Università di Sheffield.