ШКОЛА ЗЕМЛИ, ЭНЕРГИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ НАУК СТАНФОРДА 5 МАЯ 2020 ГОДА
Исследователи обнаружили древние виды растений, репродуктивная биология которых отражает эволюцию от одного до двух размеров спор. Это свидетельствует о существенном развитии семян и цветковых растений, от которых мы зависим.
В блестящем танце изобилия цветов: сосновых шишек и желудей, связанных ветром, дождем, насекомыми и животными, обеспечивает репродуктивное будущее семян растений. Но прежде чем растения достигли этих сложных специализаций для размножения, они прошли миллионы лет эволюции. Теперь исследователи мельком увидели этот эволюционный процесс с открытием нового древнего вида растений.
Окаменелый образец, вероятно, относится к травянистым баринофитам - необычной вымершей группе растений, которые могут быть связаны с клубнями. Они являются одним из наиболее полных примеров промежуточной стадии репродуктивной биологии растений. Новый вид, которому около 400 миллионов лет и который относится к периоду раннего девона, породил спектр размеров спор - предшественник специализированных видов наземных растений, охватывающих много мест обитания в мире. Исследование было опубликовано в Current Biology 4 мая 2020 года.
«Обычно, когда мы видим, что гетероспористые растения появляются в отчете окаменелостей, они просто как бы появляются», - говорит старший автор исследования, Эндрю Лесли, доцент кафедры геологических наук в Стэнфордской школе наук о Земле, энергии и окружающей среде (Stanford Earth). ). «Мы думаем, что это может быть своего рода снимком этого очень редко встречающегося переходного периода в эволюционной истории, когда вы видите значительные различия среди спор в репродуктивной структуре».
Главный сдвиг
Один из самых важных периодов времени для развития наземных растений - девонский засвидетельствовал диверсификацию от маленьких мхов до высоких сложных лесов. Развитие различных размеров спор, или гетероспор, представляет собой серьезную модификацию для контроля размножения. Это особенность, которая впоследствии превратилась в маленькие и большие версии этих репродуктивных единиц.
«Подумайте обо всех типах систем размножения в цветах - все это основано на наличии отдельных маленьких спор или пыльцы и больших спор, которые находятся внутри семян», - сказал Лесли. «С двумя классами дискретного размера - это более эффективный способ упаковки ресурсов, потому что большие споры не могут перемещаться так же легко, как маленькие, но могут лучше питать потомство».
Самые ранние растения - от 475 миллионов до 400 миллионов лет назад, испытывали недостаток в репродуктивной специализации. В том смысле, что они производили споры тех же типов, которые затем превращались в маленькие ростки, которые фактически переносили репродуктивные клетки. По словам исследователей, благодаря разделению репродуктивных ресурсов, растения обрели более строгий контроль над размножением.
Новый вид, вместе с ранее описанной группой растений Chaleuria того же возраста, представляет собой первое свидетельство более развитой репродуктивной системы у наземных растений. Следующий пример не появляется в летописи окаменелостей до 20 миллионов лет спустя.
«Эти виды окаменелостей помогают нам определить, когда и как именно растения достигли такого разделения своих репродуктивных ресурсов», - сказал Лесли. «Сам конец этой эволюционной истории похож на цветок».
Случайная находка
Исследователи начали анализ окаменелостей после того, как они были сохранены в коллекциях в Смитсоновском национальном музее естественной истории в течение десятилетий. Около 30 маленьких кусочков породы, первоначально раскопанных из формации Кэмпбеллтон в Нью-Брансуике в Канаде покойным палеоботаником и соавтором исследования Фрэнсисом Хьюбером, выявили более 80 репродуктивных структур, или спорангий. Сами споры имеют диаметр от 70 до 200 микрон - от прядей до двух прядей волос. В то время как некоторые структуры содержали исключительно большие или маленькие споры, другие содержали только споры среднего размера, а другие содержали весь диапазон размеров спор - возможно, с некоторыми производящими репродуктивной системы.
«Редко можно получить столько спорангиев с хорошо сохранившимися спорами, которые вы можете измерить», - сказал Лесли. «Нам просто повезло, как они были сохранены».
Ископаемые и современные гетероспористые растения, в основном, живут в условиях водно-болотных угодий, таких как поймы и болота, где оплодотворение крупных спор наиболее эффективно. Древний вид, который будет формально описан в последующей статье, имеет смесь спор, которая не похожа ни на что живущее сегодня, сказал Лесли.
«Всеобъемлющая история воспроизводства наземных растений связана с растущим разделением труда, специализацией и сложностью, но это должно начаться где-то - и началось с простого производства маленьких и больших спор», - сказал Лесли. «С этими видами окаменелостей мы можем определить, каким образом растения смогли это сделать».
Ссылка: «Новая репродуктивная стратегия в растении раннего девона» Николь К. Бонакорси, Патриция Дж. Генсел, Фрэнсис М. Хьюбер, Чарльз Х. Веллман и Эндрю Б. Лесли, 4 мая 2020 г.,
