Skamieniały okaz prawdopodobnie należy do zielnych barinofitów, niezwykłej wymarłej grupy roślin, która może być spokrewniona z mchami, i jest jednym z najbardziej wszechstronnych przykładów pozornie pośredniego etapu biologii reprodukcyjnej roślin. Nowy gatunek, który ma około 400 milionów lat i pochodzi z okresu wczesnego dewonu, wytworzył spektrum rozmiarów zarodników — prekursor wyspecjalizowanych strategii roślin lądowych, które obejmują siedliska na całym świecie. Badania zostały opublikowane w Current Biology maj 4.

„Zazwyczaj, gdy widzimy heterosporous rośliny pojawiają się w zapisie kopalnym, oni po prostu rodzaj pop do istnienia,” powiedział starszy autor badania, Andrew Leslie, adiunkt nauk geologicznych w Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth). „Myślimy, że może to być rodzaj migawki tego bardzo rzadko świadkiem okresu przejściowego w historii ewolucji, gdzie widać wysokie zróżnicowanie wśród zarodników w strukturze reprodukcyjnej.”

Główne przesunięcie

Jeden z najważniejszych okresów dla ewolucji roślin lądowych, dewoński był świadkiem dywersyfikacji od małych mchów do górujących złożonych lasów. Rozwój różnych rozmiarów zarodników, lub heterospory, reprezentuje główną modyfikację w celu kontroli reprodukcji — cechę, która później ewoluowała w małe i duże wersje tych jednostek reprodukcyjnych.

„Pomyśl o wszystkich różnych typach systemów płciowych, które są w kwiatach — wszystko to jest oparte na posiadaniu oddzielnych małych zarodników, lub pyłków, i dużych zarodników, które są wewnątrz nasion,” powiedział Leslie. „Z dwóch dyskretnych klas wielkości, to bardziej efektywny sposób pakowania zasobów, ponieważ duże zarodniki nie mogą poruszać się tak łatwo, jak te małe, ale może lepiej odżywiać potomstwo.”

Najwcześniejsze rośliny, od 475 milionów do 400 milionów lat temu, brakowało reprodukcyjnej specjalizacji w tym sensie, że zrobili te same rodzaje zarodników, które następnie rosną w małe plantlets, które faktycznie przeniesione komórki rozrodcze. Poprzez podział zasobów rozrodczych, rośliny przyjęły większą kontrolę nad reprodukcją, według badaczy.

Nowy gatunek, wraz z wcześniej opisaną grupą roślin Chaleuria z tego samego wieku, stanowi pierwszy dowód bardziej zaawansowanej biologii reprodukcyjnej u roślin lądowych. Następny przykład nie pojawia się w zapisie kopalnym aż do około 20 milionów lat później.

„Tego rodzaju skamieniałości pomagają nam zlokalizować, kiedy i jak dokładnie rośliny osiągnęły ten rodzaj podziału swoich zasobów reprodukcyjnych,” powiedział Leslie. „Sam koniec tej ewolucyjnej historii specjalizacji jest czymś w rodzaju kwiatu.”

Przypadkowe znalezisko

Badacze rozpoczęli analizy skamieniałości po tym, jak były one przechowywane w zbiorach w Smithsonian National Museum of Natural History przez dziesięciolecia. Z około 30 małych kawałków skał wydobytych z formacji Campbellton w Nowym Brunszwiku w Kanadzie przez zmarłego paleobotanika i współautora badań Francisa Huebera, zidentyfikowali ponad 80 struktur reprodukcyjnych, czyli sporangiów. Same zarodniki mają średnicę od około 70 do 200 mikronów – mniej więcej od pasma do dwóch pasm włosów. Podczas gdy niektóre z tych struktur zawierały wyłącznie duże lub małe zarodniki, inne posiadały tylko zarodniki pośredniej wielkości, a jeszcze inne cały zakres rozmiarów zarodników — być może niektóre produkowały spermę, a inne jaja.

„Rzadko się zdarza, by uzyskać tak wiele sporangiów z dobrze zachowanymi zarodnikami, które można zmierzyć,” powiedział Leslie. „Po prostu mieliśmy szczęście w tym, jak zostały zachowane.”

Kopalne i nowoczesne rośliny heterosporowe żyją głównie w środowiskach podmokłych, takich jak rozlewiska i bagna, gdzie zapłodnienie dużych zarodników jest najbardziej skuteczne. Starożytny gatunek, który zostanie formalnie opisany w następnej pracy, ma mieszankę zarodników, która nie jest jak cokolwiek żyjącego dzisiaj, Leslie said.

„The overarching historia w reprodukcji roślin lądowych jest jednym z zwiększonego podziału pracy i specjalizacji i złożoności, ale to musi się gdzieś zacząć — i zaczęło się od po prostu produkując małe zarodniki i duże zarodniki,” Leslie powiedział. „Z tego rodzaju skamieniałości, możemy zidentyfikować niektóre sposoby rośliny były w stanie to zrobić.”

Coautorzy badania są z Brown University, University of North Carolina — Chapel Hill i University of Sheffield.

.