Le più antiche spore fossili di piante terrestri fanno ripensare agli scienziati come si sono evolute le piante

Quando le piante si sono avventurate per la prima volta sulla Terra, si sono evolute dalle alghe d’acqua dolce, più di 500 milioni di anni fa, hanno cambiato il pianeta. Traendo anidride carbonica dall’aria, hanno raffreddato la Terra e, erodendo le superfici rocciose, hanno contribuito a costruire il suolo che ora copre una vasta area di terra.

Questi cambiamenti nell’atmosfera del pianeta e nella superficie terrestre hanno aperto la strada all’evoluzione della biosfera come la conosciamo. Le piante terrestri costituiscono circa l’80% della biomassa terrestre.

Le piante pioniere erano minuscole e simili alle alghe e dovevano superare due grandi sfide per sopravvivere sulla Terra: evitare la siccità e sopravvivere ai duri raggi ultravioletti del sole.

Nei campioni di roccia del Canning Basin nell’Australia nordoccidentale, abbiamo scoperto spore fossili di 480 milioni di anni fa da antiche piante terrestri insieme a spore di alghe ancestrali che abitano l’acqua.

Queste sono le spore di piante più antiche trovate e ci danno nuovi indizi su quando e dove le piante sono saltate a terra e anche su come sono riuscite a sopravvivere. ricerca pubblicato in un scienze.

Quando le piante colonizzarono la terra

Le stime dei tempi iniziali della colonizzazione delle piante della Terra si basano su grandi resti di piante fossili e calcoli di quanto tempo hanno impiegato diverse specie per evolversi (chiamatoorologio molecolare“Dati), un record di spore vegetali.

I dati dell’orologio molecolare indicano che la colonizzazione della Terra è avvenuta circa 515 milioni di anni fa (nel periodo Cambriano), mentre i più antichi fossili di steli vegetali si sono verificati circa 430 milioni di anni fa (nel periodo medio Siluriano).

Queste prime piccole piante non avevano sistemi di radici o tessuti legnosi duri, il che potrebbe spiegare perché i loro resti fossili sono così rari.

In alternativa, possiamo guardare le spore delle piante. Le spore sono semplici unità riproduttive che trasportano materiale genetico (molto più semplici dei semi che si sono sviluppati molto più tardi).

Per una riproduzione di successo, le pareti delle spore delle piante terrestri devono essere abbastanza forti da resistere alla siccità e ai danni dei raggi UV.

Queste pareti di spore flessibili sono anche ciò che consente alle spore di essere conservate per centinaia di milioni di anni in antichi sedimenti e di essere estratte da quei sedimenti usando acidi forti come usati in questo studio. Poi abbiamo studiato le forme delle spore al microscopio.

forma di germi

Le spore delle prime piante terrestri si presentano come gruppi più o meno geometrici di due o quattro cellule. Queste spore sono state trovate in sedimenti che hanno 465 milioni di anni (nel periodo Ordoviciano), mettendole almeno 35 milioni di anni prima che si conoscessero fossili di piante più grandi.

Tuttavia, negli Stati Uniti sono state trovate spore più antiche (circa 505 milioni di anni fa). Paul Strother (del Boston College, coautore del nuovo articolo di Canning Basin) e colleghi mostrano che queste antiche spore erano probabilmente derivate da alghe d’acqua dolce chiamate charophytes.

Queste antiche spore si presentano come “pacchetti” di cellule di forma irregolare. Questi stessi “pacchetti” di spore si trovano anche nei fossili che abbiamo trovato nel bacino di inscatolamento, risalenti a circa 25 milioni di anni dopo.

Le alghe carofite vivono semi-acquatiche. Per sopravvivere in questo stato, hanno sviluppato geni per resistere alla disidratazione e agli effetti dannosi dei raggi ultravioletti.

Le piante terrestri più antiche catturavano parti del genoma algale ancestrale, probabilmente attraverso il “trasferimento genico orizzontale” in cui i batteri trasferivano geni da un organismo a un altro, o sviluppavano geni simili da soli.

Dato il lasso di tempo di milioni di anni, suggerisce che l’origine delle piante terrestri non sia avvenuta come un evento unico.

Abbiamo trovato sia spore di piante selvatiche, con due o quattro cellule, sia spore di alghe irregolarmente impacchettate nella pozza del laghetto, il che dimostra che le piante selvatiche e i loro antenati algali erano presenti insieme nella stessa area allo stesso tempo.

Riduce anche il divario temporale tra le stime della colonizzazione del territorio dai dati dell’orologio molecolare (515 milioni di anni fa) e le prove fossili.

Il record di Canning Basin ha circa 480 milioni di anni ed è il più antico trovato in tutto il mondo.

Dove sono iniziate le piante della terra?

La nostra scoperta deriva da studi precedenti sulle spore di piante terrestri nello stagno di conserve. Nel 1991 datato germi Circa 440-445 milioni di anni fa Trovato e altro Risale a 460 milioni di anni fa Trovato nel 2016.

Questi due record sono stati trovati solo dopo aver esaminato estratti da circa 100 campioni di carote nel tentativo di determinare l’età delle sequenze di rocce, dimostrando che le spore sono rare.

I sedimenti depositati nel bacino di inscatolamento in questo periodo provengono principalmente da ambienti marini, come si può vedere da conchiglie e microfossili come conodonti.

Le prime piante terrestri, come i loro antenati delle alghe granulate, crescevano nelle aree di acqua dolce ai margini del mare.

Spore e sedimenti sono stati lavati in queste aree. Quindi i reperti fossili che ci sono pervenuti si basano sulla geografia del mondo antico.

Nel 2020, Geoscience Australia in collaborazione con il Western Australian Geological Survey ha perforato un pozzo nella parte meridionale del bacino di inscatolamento per comprendere la geologia delle rocce plutoniche.

Dopo l’estrazione acida di campioni di roccia da una formazione geologica chiamata Formazione Nambet, che risale all’Ordoviciano antico (da 485 milioni a 470 milioni di anni fa), abbiamo identificato spore di piante terrestri con tipiche disposizioni regolari di due o quattro cellule.

Come parte di questo lavoro, abbiamo esaminato preparazioni di spore vegetali, già montate su vetrini, dalla sezione originale della Formazione Nambit scavata nel 1958.

Qui abbiamo trovato il primo record di spore di piante terrestri associate a spore dei loro antenati algali. La nostra scoperta non sarebbe stata possibile senza l’accesso a questo materiale precedente fornito dal governo dell’Australia occidentale.

Sono necessari ulteriori studi per determinare la posizione di ulteriori alghe e spore di piante terrestri nei sedimenti australiani del tardo Cambriano e dell’Ordoviciano.

I nuovi dati potrebbero anche far luce su dove hanno avuto origine le piante selvatiche: erano in questo continente, come altri hanno suggerito?

Il lavoro attuale ha sottolineato l’importanza dell’accesso a dati e materiali precedenti e ha riconosciuto il ruolo fondamentale dell’infrastruttura scientifica per il campionamento e i dati geologici da parte del governo dell’Australia occidentale.

Clinton FosterProfessore Emerito Università Nazionale Australiana.

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