Det fossila exemplaret tillhör troligen de örtartade barinofyterna, en ovanlig utdöd växtgrupp som kan vara besläktad med klubbmossor, och är ett av de mest omfattande exemplen på ett till synes mellanliggande skede av växternas reproduktionsbiologi. Den nya arten, som är cirka 400 miljoner år gammal och kommer från den tidiga devoniska perioden, producerade ett spektrum av sporstorlekar – en föregångare till de specialiserade strategierna hos landväxter som spänner över världens livsmiljöer. Forskningen publicerades i Current Biology den 4 maj.

”Vanligtvis när vi ser heterosporösa växter dyka upp i fossilregistret så dyker de bara upp”, säger studiens huvudförfattare Andrew Leslie, biträdande professor i geologiska vetenskaper vid Stanfords skola för jord-, energi- och miljövetenskap (Stanford Earth). ”Vi tror att detta kan vara ett slags ögonblicksbild av denna mycket sällan bevittnade övergångsperiod i evolutionär historia där man ser stor variation bland sporer i den reproduktiva strukturen.”

Ett stort skifte

En av de viktigaste tidsperioderna för landväxternas utveckling, Devon, bevittnade en diversifiering från små mossor till höga komplexa skogar. Utvecklingen av olika storlekar på sporer, eller heterospori, är en viktig förändring för att kontrollera reproduktionen – en funktion som senare utvecklades till små och stora versioner av dessa reproduktiva enheter.

”Tänk på alla olika typer av sexuella system som finns i blommor – allt detta bygger på att det finns separata små sporer, eller pollen, och stora sporer, som finns inuti fröna”, säger Leslie. ”Med två skilda storleksklasser är det ett effektivare sätt att förpacka resurser eftersom de stora sporerna inte kan förflytta sig lika lätt som de små, men de kan ge bättre näring till avkomman.”

De tidigaste växterna, för mellan 475 miljoner och 400 miljoner år sedan, saknade reproduktiv specialisering i den bemärkelsen att de tillverkade samma typer av sporer, som sedan växte upp till små plantor som faktiskt överförde reproduktiva celler. Genom att dela upp reproduktionsresurserna antog växterna mer kontroll över reproduktionen, enligt forskarna.

Den nya arten, tillsammans med den tidigare beskrivna växtgruppen Chaleuria med samma ålder, utgör det första beviset på en mer avancerad reproduktionsbiologi hos landväxter. Nästa exempel dyker inte upp i fossilregistret förrän cirka 20 miljoner år senare.

”Den här typen av fossil hjälper oss att lokalisera när och exakt hur växter uppnådde den typen av uppdelning av sina reproduktionsresurser”, säger Leslie. ”Själva slutet av denna evolutionära historia av specialisering är något som en blomma.”

En tillfällig upptäckt

Forskarna påbörjade analyser av fossilerna efter att de hade förvarats i samlingarna på Smithsonian National Museum of Natural History i årtionden. Från ett 30-tal små stenbitar som ursprungligen grävdes ut från Campbellton-formationen i New Brunswick i Kanada av den framlidne paleobotanikern och medförfattaren till studien, Francis Hueber, identifierade de mer än 80 reproduktionsstrukturer, eller sporangier. Själva sporerna varierar från cirka 70 till 200 mikrometer i diameter – ungefär en till två hårstrån. Vissa av strukturerna innehöll uteslutande stora eller små sporer, medan andra innehöll endast mellanstora sporer och andra innehöll hela skalan av sporstorlekar – möjligen med vissa som producerar spermier och andra som producerar ägg.

”Det är sällsynt att få så många sporangier med välbevarade sporer som man kan mäta”, säger Leslie. ”Vi hade bara lite tur med hur de var bevarade.”

Fossila och moderna heterosporösa växter lever främst i våtmarksmiljöer, såsom flodslätter och träsk, där befruktning av stora sporer är mest effektiv. Den gamla arten, som kommer att beskrivas formellt i en uppföljande artikel, har en blandning av sporer som inte liknar något som lever idag, sade Leslie.

”Den övergripande berättelsen om fortplantning av landväxter är en berättelse om ökad arbetsfördelning, specialisering och komplexitet, men det måste börja någonstans – och det började med att helt enkelt producera små sporer och stora sporer”, sade Leslie. ”Med den här typen av fossil kan vi identifiera vissa sätt som växterna kunde göra det på.”

Medförfattare till studien är från Brown University, University of North Carolina — Chapel Hill och University of Sheffield.