نظر دانشمندان در مورد چگونگی تکامل گیاهان تغییر کرد

فرادید| هنگامی که گیاهان برای اولین بار بر روی زمین ظهور کردند و از جلبک‌های آب شیرین تکامل یافتند، بیش از ۵۰۰ میلیون سال پیش، این سیاره را متحول کردند. آن‌ها با استخراج دی اکسید کربن از هوا، زمین را خنک کردند و با فرسایش سطوح سنگی به تشکیل خاکی که اکنون زمین زیادی را پوشانده است، کمک کردند. این تغییرات در جو و سطح زمین سیاره راه را برای تکامل زیست کره‌ای که می‌شناسیم هموار کرد. گیاهان خشکی حدود ۸۰ درصد از زیست توده زمین را تشکیل می‌دهند.

گیاهان پیشگام، کوچک و خزه مانند بودند و برای زنده ماندن در خشکی باید بر دو چالش بزرگ غلبه می‌کردند: اجتناب از خشک شدن و زنده ماندن از نور ماوراء بنفش شدید خورشید.

در نمونه‌های سنگی از حوضه کنینگ در شمال غرب استرالیا، ما اسپور‌های فسیل شده ۴۸۰ میلیون ساله از گیاهان خشکی اولیه را در کنار اسپور‌های جلبک‌های آب نشین اجدادی آن‌ها کشف کرده ایم.

این‌ها قدیمی‌ترین هاگ‌های گیاهان خشکی یافت شده هستند و سرنخ‌های جدیدی در مورد زمان و مکان انتقال گیاهان به خشکی و همچنین نحوه زنده ماندن آن‌ها به ما می‌دهند. این تحقیق در Science منتشر شده است.

وقتی گیاهان زمین را مستعمره کردند

برآورد زمان اولیه استعمار زمین توسط گیاهان بر اساس بقایای بزرگ گیاهان فسیل شده، محاسبه مدت زمان تکامل گونه‌های مختلف (داده‌های "ساعت مولکولی") و ثبت اسپور‌های گیاهی است.

داده‌های ساعت مولکولی نشان می‌دهد که این استعمار در حدود ۵۱۵ میلیون سال پیش (در دوره کامبرین) رخ داده است، در حالی که اولین فسیل‌های ساقه گیاه حدود ۴۳۰ میلیون سال پیش (در اواسط دوره سیلورین) رخ داده است.

این گیاهان کوچک اولیه دارای سیستم ریشه یا بافت چوبی سخت نبودند، که ممکن است توضیح دهد چرا بقایای فسیلی آن‌ها نادر است.

از طرف دیگر، می‌توانیم به اسپور‌های گیاهان نگاه کنیم. اسپور‌ها واحد‌های تولید مثل ساده‌ای هستند که مواد ژنتیکی را حمل می‌کنند (بسیار ساده‌تر از دانه‌ها، که تا دیرتر تکامل نیافتند).

برای تولید مثل موفق، دیواره‌های اسپور گیاهان خشکی باید به اندازه کافی قوی باشند تا در برابر خشک شدن و آسیب ناشی از اشعه ماوراء بنفش مقاومت کنند.

این دیوار‌های اسپور انعطاف پذیر نیز باعث می‌شوند که اسپور‌ها صد‌ها میلیون سال در رسوبات باستانی حفظ شوند و با استفاده از اسید‌های قوی در این مطالعه از آن رسوبات استخراج شوند. سپس اشکال اسپور‌ها را در زیر میکروسکوپ مطالعه کردیم.

شکل اسپور‌ها

اسپور‌های اولیه گیاهان خشکی به صورت گروه‌های کم و بیش منظم هندسی از دو یا چهار سلول به وجود می‌آیند. چنین اسپور‌هایی در رسوبات قدیمی ۴۶۵ میلیون سال (در دوره اردوویسیان) یافت شده است، که آن‌ها را حداقل ۳۵ میلیون سال قبل از فسیل‌های بزرگتر گیاه شناخته شده قرار می‌دهد.

با این حال، اسپور‌های قدیمی (مربوط به حدود ۵۰۵ میلیون سال پیش) نیز در ایالات متحده پیدا شده اند. پل استرتر (از کالج بوستون، نویسنده مشترک من در تحقیقات جدید کنسینگ حوضه) و همکارانش نشان داده اند که این هاگ‌های قدیمی احتمالاً از جلبک‌های آب شیرین به نام کاروفیت نشأت می‌گیرند.

این اسپور‌های قدیمی به صورت "بسته" از سلول‌ها با شکل نامنظم ایجاد می‌شوند. این "بسته"‌های اسپور نیز در فسیل‌هایی که در حوضه کنسرو پیدا کردیم، وجود دارد که قدمت آن‌ها حدود ۲۵ میلیون سال بعد است.

جلبک‌های کاروفیت نیمه آبزی زندگی می‌کنند. آن‌ها برای زنده ماندن در این وضعیت ژن‌هایی ایجاد کردند که در برابر خشک شدن و اثرات مخرب اشعه ماوراء بنفش مقاوم بودند.

اولین گیاهان خشکی یا بخشی از آن ژنوم جلبک اجدادی را گرفتند، شاید از طریق "انتقال ژن افقی" که در آن باکتری‌ها ژن‌ها را از یک موجود به جاندار دیگر منتقل می‌کنند، یا به تنهایی ژن‌های مشابهی را توسعه داده اند.

با توجه به بازه زمانی میلیون‌ها سال، نشان می‌دهد که منشاء گیاهان خشکی به عنوان یک رویداد منحصر به فرد رخ نداده است.

ما هر دو اسپور گیاهان خشکی را، با دو یا چهار سلول، و اسپور جلبک‌های نامنظم بسته بندی شده در مجموعه Canning Basin پیدا کردیم، که نشان می‌دهد گیاهان خشکی و اجداد جلبکی آن‌ها همزمان در یک منطقه وجود داشته اند.

همچنین فاصله زمانی بین برآورد استعمار زمین از داده‌های ساعت مولکولی (۵۱۵ میلیون سال پیش) و شواهد فسیلی را کاهش می‌دهد.

با حدود ۴۸۰ میلیون سال قدمت، رکورد Canning Basin قدیمی‌ترین رکورد موجود در جهان است.

گیاهان خشکی از کجا شروع شدند؟

اکتشاف ما از مطالعات قبلی در مورد اسپور‌های گیاهان خشکی در حوضه کنسینگ حاصل می‌شود. در سال ۱۹۹۱ اسپور‌های مربوط به ۴۴۰-۴۴۵ میلیون سال قبل پیدا شد و تعداد بیشتری از آن‌ها به ۴۶۰ میلیون سال قبل در سال ۲۰۱۶ پیدا شد.

این دو پرونده تنها پس از بررسی عصاره‌های حدود ۱۰۰ نمونه اصلی در تلاش برای تعیین سن دنباله‌های سنگ یافت شد، که نشان می‌دهد اسپور‌ها نادر هستند.

رسوبات رسوب شده در حوضه کنسینگ در این دوره عمدتا از محیط‌های دریایی است، همانطور که از فسیل‌های پوسته‌ای و ریز فسیل‌ها مانند کنودونت‌ها می‌توانیم مشاهده کنیم.


گیاهان خشکی اولیه، مانند اجداد جلبک‌های چارفیت، در محیط آب شیرین در حاشیه دریا رشد کردند.

اسپور‌ها و رسوبات به این مناطق شسته شد؛ بنابراین اسناد فسیلی که به دست ما رسیده بستگی به جغرافیای جهان باستان دارد.

در سال ۲۰۲۰، Geoscience Australia با همکاری سازمان زمین شناسی غرب استرالیا برای درک زمین شناسی سنگ‌های زیرسطحی، چاهی را در قسمت جنوبی حوضه کنسرو حفر کردند.

پس از استخراج اسید نمونه‌های سنگ از یک سازند زمین شناسی به نام سازند Nambeet، که مربوط به دوره اولیه اردوویسیان (۴۸۵ تا ۴۷۰ میلیون سال پیش) است، ما اسپور‌های گیاهان خشکی را با آرایش معمولی معمولی دو یا چهار سلول شناسایی کردیم.

به عنوان بخشی از این کار، ما آماده سازی اسپور‌های گیاهی را که از قبل بر روی سرسره‌های شیشه‌ای نصب شده بود، از قسمت اصلی سازند Nambeet که در سال ۱۹۵۸ حفر شده بود، بررسی کردیم؛ و در اینجا ما اولین رکورد اسپور گیاهان خشکی مربوط به اسپور‌های نیاکان جلبکی آن‌ها را پیدا کردیم. کشف ما بدون دسترسی به این مواد اولیه که توسط دولت WA ارائه شده بود ممکن نبود.

مطالعات بیشتر مورد نیاز است تا مشخص شود که اسپور‌های جلبک و زمین اضافی در رسوبات استرالیا از دوره‌های کامبرین و اردوویسیان پس از آن در کجا رخ می‌دهد.

داده‌های جدید همچنین ممکن است محل آغاز کار گیاهان خشکی را روشن کند: آیا همانطور که دیگران پیشنهاد کرده اند در این قاره بوده است؟

کار حاضر بر اهمیت دسترسی به داده‌ها و مواد قبلی تأکید کرده است، و ما نقش زیرساختی حیاتی علم در انتخاب نمونه‌ها و داده‌های زمین شناسی توسط دولت WA را تأیید می‌کنیم.

منبع: ScienceAlert