Frühe Landpflanzen entwickelten sich aus Süßwasseralgen, zeigen Fossilien

Die Ergebnisse schließen eine 25 Millionen Jahre lange Lücke zwischen der „molekularen Uhr“ und dem Fossilienbestand von Pflanzen

Chestnut Hill, Massachusetts (12.08.2021) — Laut eines neuen Berichts von Forschern in der Zeitschrift „Science“, die sporenähnliche Mikrofossilien mit Eigenschaften, die unser konventionelles Verständnis der Evolution von Landpflanzen in Frage stellen und neu untersucht haben, muß die Welt möglicherweise anders über Pflanzen nachdenken.

Gefunden in Gesteinsproben, die vor mehr als 60 Jahren in Australien gefunden wurden, füllen die Mikrofossilien aus dem unteren Ordovizium vor etwa 480 Millionen Jahren eine Wissenslücke von etwa 25 Millionen Jahren, indem sie die molekulare Uhr – oder das Tempo der Evolution – mit dem fossilen Sporennachweis – den physischen Beweisen für das frühe Pflanzenleben, die Wissenschaftler im Laufe der Jahre gesammelt haben in Einklang bringen.

Diese Versöhnung unterstützt ein evolutionäres Entwicklungsmodell, das den Ursprung von Pflanzen mit Süßwassergrünalgen oder Charophytenalgen verbindet, sagte Paul Strother, Paläobotaniker des Boston College, ein Co-Autor des neuen Berichts. Das „evo-devo“-Modell postuliert ein differenzierteres Verständnis der Pflanzenevolution im Laufe der Zeit, von der einfachen Zellteilung bis zu den ersten embryonalen Stadien, anstatt große Sprünge von einer Art zur anderen.

„Wir fanden eine Mischung aus Fossilien, die ältere, problematischere sporenähnliche Mikrofossilien mit jüngeren Sporen verbinden, die eindeutig von Landpflanzen stammen“, sagte Strother. „Dies hilft, den fossilen Sporenbestand mit den Daten der molekularen Uhr in Einklang zu bringen, wenn wir die Entstehung von Landpflanzen als einen langfristigen Prozess betrachten, der die Evolution der Embryonalentwicklung beinhaltet.“

Der Fossilienbestand bewahrt direkte Beweise für den evolutionären Zusammenbau des regulatorischen und Entwicklungsgenoms der Pflanze, fügte Strother hinzu. Dieser Prozess beginnt mit der Evolution der Pflanzenspore und führt zur Entstehung von Pflanzengeweben, Organen und schließlich makroskopischen, vollständigen Pflanzen – vielleicht ein bisschen ähnlich wie heute lebende Moose.

„Wenn wir Sporen als einen wichtigen Bestandteil der Evolution von Landpflanzen betrachten, gibt es keine Lücke mehr im Fossilienbestand zwischen molekularer Datierung und fossiler Gewinnung“, sagte Strother. Ohne diese Lücke „haben wir ein viel klareres Bild von einem ganz neuen Evolutionsschritt: von der einfachen Zellularität zur komplexen Vielzelligkeit.“

Infolgedessen müssen Forscher und die Öffentlichkeit möglicherweise überdenken, wie sie den Ursprung von Landpflanzen sehen – diesen entscheidenden Schritt des Lebens vom Wasser zum Land, sagte Strother.

„Wir müssen uns davon lösen, den Ursprung von Landpflanzen als eine Singularität in der Zeit zu betrachten, und stattdessen den Fossilienbestand in ein Evo-Devo-Modell der Genommontage über Millionen von Jahren während des Paläozoikums integrieren – insbesondere zwischen dem Kambrium und dem Devon Spaltungen innerhalb dieser Ära“, sagte Strother. „Dies erfordert eine ernsthafte Neuinterpretation problematischer Fossilien, die zuvor als Pilze und nicht als Pflanzen interpretiert wurden.“

Strother und Co-Autor Clinton Foster von der Australian National University wollten einfach eine Ansammlung sporenähnlicher Mikrofossilien aus einer Ablagerung aus dem frühen Ordovizium vor etwa 480 Millionen Jahren beschreiben. Dieses Material füllt eine Lücke von etwa 25 Millionen Jahren im fossilen Sporenbestand und verbindet gut akzeptierte jüngere Pflanzensporen mit älteren, problematischeren Formen, sagte Strother.

Strother und Foster untersuchten Populationen fossiler Sporen, die aus einem 1958 im Norden Westaustraliens gebohrten Gesteinskern gewonnen wurden. Diese Mikrofossilien bestehen aus hochresistenten organischen Verbindungen in ihren Zellwänden, die strukturell Vergraben und Versteinerung überleben können. Sie wurden am Boston College und an der Research School of Earth Sciences der ANU unter Verwendung von Standardlichtmikroskopie untersucht.

„Wir verwenden fossile Sporen, die aus Gesteinsbohrkernen gewonnen wurden, um eine Evolutionsgeschichte von Pflanzen zu konstruieren, die bis zum Ursprung der Pflanzen von ihren Algenvorfahren zurückreicht“, sagte Strother. „Wir haben eine unabhängige Alterskontrolle dieser Gesteinsproben, also untersuchen wir die Evolution, indem wir die Veränderungen der Sporenarten untersuchen, die im Laufe der Zeit auftreten.“

Molekularbiologen betrachten auch die Evolutionsgeschichte im Laufe der Zeit, indem sie Gene aus lebenden Pflanzen verwenden, um den Zeitpunkt des Pflanzenursprungs mithilfe von „molekularen Uhren“ abzuschätzen – eine Messung der evolutionären Divergenz basierend auf der durchschnittlichen Rate, mit der sich Mutationen im Genom einer Art ansammeln.

Es gibt jedoch riesige zeitliche Diskrepanzen, die bis zu zig Millionen Jahre betragen können, zwischen direkten fossilen Daten und molekularen Uhrendaten, sagte Strother. Darüber hinaus gibt es ähnliche Zeitabstände zwischen den ältesten Sporen und dem ersten Auftreten tatsächlicher ganzer Pflanzen.

Diese Lücken führten zu Hypothesen über einen „fehlenden Fossilienbestand“ der frühesten Landpflanzen, sagte Strother.

„Unsere Arbeit versucht, einige dieser Fragen zu lösen, indem wir den fossilen Sporenbestand in ein evolutionäres Entwicklungsmodell der pflanzlichen Herkunft von Algenvorfahren integrieren“, sagte Strother.

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