Когда растения впервые появились на суше, эволюционировав из пресноводных водорослей, более 500 миллионов лет назад, они изменили планету. Вытягивая углекислый газ из воздуха, они охлаждали Землю, а, размывая поверхность горных пород, они помогли создать почву, которая теперь покрывает так много земли.
Эти изменения в атмосфере планеты и поверхности суши проложили путь к эволюции известной нам биосферы. Наземные растения составляют около 80 процентов биомассы Земли.
Первые растения были маленькими и похожими на мох, и им пришлось преодолеть две большие проблемы, чтобы выжить на суше: избежать высыхания и выжить в суровом ультрафиолетовом свете Солнца.
В образцах горных пород из бассейна Каннинг на севере Западной Австралии мы обнаружили лет, а также споры предковых водорослей, обитающих в воде.
Это самые старые найденные споры наземных растений, и они дают нам новые подсказки о том, когда и где растения совершили прыжок на землю, а также как им удалось выжить. Исследование опубликовано в Science .
Когда растения колонизировали землю
Оценки начальных сроков заселения земли растениями основаны на больших окаменелых останках растений, расчетах того, сколько времени потребовалось различным видам для эволюции (данные так называемых « молекулярных часов »), а также на записях спор растений.
Данные молекулярных часов показывают, что колонизация суши произошла около 515 миллионов лет назад (в кембрийский период), в то время как самые ранние окаменелости стеблей растений встречаются около 430 миллионов лет назад (в середине силурийского периода).
У этих ранних небольших растений не было корневой системы или твердой древесной ткани, что может объяснить, почему их ископаемые останки редки.
Как вариант, мы можем посмотреть на споры растений. Споры - это простые репродуктивные единицы, несущие генетический материал (намного проще, чем семена, которые появились гораздо позже).
Для успешного размножения споровые стенки наземных растений должны быть достаточно прочными, чтобы противостоять высыханию и повреждению ультрафиолетовым излучением.
Эти упругие стенки спор также позволяют спорам сохраняться в течение сотен миллионов лет в древних отложениях и извлекаться из этих отложений с использованием сильных кислот, используемых в этом исследовании. Затем мы изучили форму спор под микроскопом.
Форма спор
Споры самых ранних наземных растений встречаются в виде более или менее правильных геометрически расположенных групп из двух или четырех клеток. Такие споры были обнаружены в отложениях возрастом 465 миллионов лет (в ордовикский период), что ставит их по крайней мере на 35 миллионов лет раньше любых известных более крупных окаменелостей растений.
Однако более старые споры (около 505 миллионов лет назад) также были обнаружены в Соединенных Штатах. Пол Стротер (из Бостонского колледжа, мой соавтор нового исследования Canning Basin) и его коллеги показали, что эти старые споры, скорее всего, происходят от пресноводных водорослей, называемых харофитами.
Эти более старые споры представляют собой «пакеты» клеток неправильной формы. Эти же «пакеты» спор встречаются и в окаменелостях, обнаруженных нами в бассейне Каннинг и датируемых примерно 25 миллионами лет спустя.
Водоросли харофитные живут полуводно. Чтобы выжить в этой ситуации, они разработали гены, противостоящие высыханию и разрушающему воздействию ультрафиолета.
Самые ранние наземные растения либо захватили части этого генома предковых водорослей, возможно, посредством «горизонтального переноса генов», при котором бактерии перемещают гены от одного организма к другому, либо сами разработали аналогичные гены.
Учитывая временные рамки в миллионы лет, это говорит о том, что происхождение наземных растений не произошло как единичное событие.
Мы обнаружили как споры наземных растений с двумя или четырьмя клетками, так и споры водорослей с неправильной упаковкой в комплексе Canning Basin, что показывает, что наземные растения и их предки существовали вместе в одном районе в одно и то же время.
Это также сокращает временной разрыв между оценками колонизации суши по данным молекулярных часов (515 миллионов лет назад) и свидетельствами окаменелостей.
Рекорд Каннинг-Басин, возраст которого составляет около 480 миллионов лет, является старейшим из когда-либо обнаруженных в мире.
Откуда взялись наземные растения?
Наше открытие следует из более ранних исследований спор наземных растений в бассейне Каннинг. В 1991 году были обнаружены споры, датированные 440-445 миллионами лет назад , а в 2016 году были обнаружены еще споры, датированные 460 миллионами лет назад .
Эти две записи были обнаружены только после изучения экстрактов примерно из 100 образцов керна в попытке определить возраст последовательностей горных пород, что показывает, что споры встречаются редко.
Осадки, отложившиеся в бассейне Каннинг в этот период, в основном происходят из морской среды, как мы можем видеть по окаменелостям ракушек и микрофоссилиям, таким как конодонты .
Ранние наземные растения, как и их предки харофитные водоросли, росли в пресноводных условиях на окраине моря.
На эти участки смывались споры и отложения. Итак, дошедшие до нас летописи окаменелостей зависят от географии древнего мира.
В 2020 году Geoscience Australia в сотрудничестве с Геологической службой Западной Австралии пробурили скважину в южной части бассейна Каннинг, чтобы понять геологию подземных пород.
После кислотной экстракции образцов горных пород из геологической формации, называемой формацией Намбит, которая относится к раннему ордовику (485–470 миллионов лет назад), мы идентифицировали споры наземных растений с типичным регулярным расположением двух или четырех клеток.
В рамках этой работы мы исследовали препараты спор растений, уже размещенные на предметных стеклах, из первоначального разреза формации Намбит, пробуренного в 1958 году.
И здесь мы нашли первую запись о спорах наземных растений, связанных со спорами их предков водорослей. Наше открытие было бы невозможным без доступа к этим более ранним материалам, предоставленным правительством Западной Австралии.
Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, где в австралийских отложениях позднего кембрия и ордовика встречаются дополнительные споры водорослей и наземных растений.
Новые данные могут также пролить свет на то, откуда появились наземные растения: на этом континенте, как предполагали другие?
В настоящей работе подчеркивается важность доступа к предыдущим данным и материалам, и мы признаем важную роль в научной инфраструктуре сбора геологических образцов и данных правительством штата Вашингтон.
