أقدم أبواغ النباتات البرية المتحجرة تجعل العلماء يعيدون التفكير في كيفية تطور النباتات

فولفوكس ، الذي يظهر هنا تحت المجهر ، هو جنس من طحالب المياه العذبة الخضراء. (Sinhyu / iStock / Getty Image)

عندما غامرت النباتات لأول مرة على الأرض ، تطورت من الطحالب التي تعيش في المياه العذبة ، منذ أكثر من 500 مليون سنة ، غيرت الكوكب. من خلال سحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء ، قاموا بتبريد الأرض ، ومن خلال تآكل الأسطح الصخرية ساعدوا في بناء التربة التي تغطي الآن مساحة كبيرة من الأرض.

مهدت هذه التغييرات في الغلاف الجوي للكوكب وسطح الأرض الطريق لتطور المحيط الحيوي الذي نعرفه. تشكل النباتات الأرضية حوالي 80 في المائة من الكتلة الحيوية للأرض.

كانت النباتات الرائدة صغيرة الحجم وشبيهة بالطحالب ، وكان عليها التغلب على تحديين كبيرين للبقاء على قيد الحياة على الأرض: تجنب الجفاف ، والبقاء على قيد الحياة تحت أشعة الشمس فوق البنفسجية القاسية.

في عينات صخرية من حوض Canning في شمال غرب أستراليا ، اكتشفنا جراثيم متحجرة عمرها 480 مليون عام من نباتات برية قديمة إلى جانب أبواغ من أجداد الطحالب التي تعيش في المياه.

هذه أقدم جراثيم نباتية تم العثور عليها ، وهي تعطينا أدلة جديدة حول متى وأين قفزت النباتات إلى الأرض وأيضًا كيف تمكنت من البقاء على قيد الحياة. البحث نشرت في علوم .

عندما استعمرت النباتات الأرض

تستند تقديرات التوقيت الأولي لاستعمار النباتات للأرض إلى بقايا نباتات متحجرة كبيرة ، وحسابات المدة التي استغرقتها الأنواع المختلفة لتتطور (تسمى ' الساعة الجزيئية البيانات) ، وسجل الجراثيم النباتية.

تشير بيانات الساعة الجزيئية إلى أن استعمار الأرض حدث منذ حوالي 515 مليون سنة (في العصر الكمبري) ، في حين أن أقدم حفريات جذعية نباتية حدثت منذ حوالي 430 مليون سنة (في منتصف العصر السيلوري).

لم يكن لهذه النباتات الصغيرة المبكرة أنظمة جذرية أو أنسجة خشبية صلبة ، وهو ما قد يفسر سبب ندرة بقايا أحافيرها.

بدلاً من ذلك ، يمكننا النظر إلى جراثيم النباتات. الجراثيم عبارة عن وحدات تكاثر بسيطة تحمل مادة وراثية (أبسط بكثير من البذور التي لم تتطور إلا بعد ذلك بوقت طويل).

من أجل التكاثر الناجح ، يجب أن تكون الجدران البوغية للنباتات الأرضية قوية بما يكفي لمقاومة الجفاف والأضرار الناجمة عن الأشعة فوق البنفسجية.

هذه الجدران البوغية المرنة هي أيضًا ما يسمح بالحفاظ على الجراثيم لمئات الملايين من السنين في الرواسب القديمة ، واستخراجها من تلك الرواسب باستخدام الأحماض القوية كما هو مستخدم في هذه الدراسة. ثم درسنا أشكال الجراثيم تحت المجهر.

شكل الجراثيم

تحدث أبواغ النباتات البرية المبكرة كمجموعات مرتبة هندسيًا أكثر أو أقل من خليتين أو أربع خلايا. تم العثور على هذه الجراثيم في رواسب عمرها 465 مليون سنة (في العصر الأوردوفيشي) ، مما يجعلها 35 مليون سنة على الأقل قبل أي أحافير نباتية أكبر معروفة.

ومع ذلك ، تم العثور على جراثيم أقدم (منذ حوالي 505 مليون سنة) في الولايات المتحدة. أظهر بول ستروثر (من كلية بوسطن ، المؤلف المشارك لي في بحث Canning Basin الجديد) وزملاؤه أن هذه الجراثيم القديمة من المحتمل أن تكون مشتقة من طحالب المياه العذبة المسماة بـ charophytes.

تحدث هذه الجراثيم القديمة على شكل 'حزم' غير منتظمة الشكل من الخلايا. توجد هذه 'الحزم' نفسها من الأبواغ أيضًا في الحفريات التي وجدناها في حوض التعليب ، والتي يعود تاريخها إلى حوالي 25 مليون سنة بعد ذلك.

تعيش الطحالب Charophyte بشكل شبه مائي. للبقاء على قيد الحياة في هذه الحالة ، طوروا جينات لمقاومة الجفاف والآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية.

أقدم النباتات البرية إما استولت على أجزاء من جينوم الطحالب السلفية ، ربما من خلال 'النقل الأفقي للجينات' حيث تنقل البكتيريا الجينات من كائن حي إلى آخر ، أو طورت جينات مماثلة من تلقاء نفسها.

بالنظر إلى الإطار الزمني لملايين السنين ، فإنه يشير إلى أن أصل النباتات الأرضية لم يحدث كحدث فريد.

وجدنا كلا من جراثيم النباتات البرية ، مع خليتين أو أربع خلايا ، وجراثيم طحلبية غير منتظمة التعبئة في تجمع حوض التعليب ، والذي يظهر أن النباتات البرية وأسلافها الطحالب كانت موجودة معًا في نفس المنطقة في نفس الوقت.

كما أنه يقلل الفجوة الزمنية بين تقديرات استعمار الأراضي من بيانات الساعة الجزيئية (منذ 515 مليون سنة) والأدلة الأحفورية.

يبلغ عمر سجل Canning Basin حوالي 480 مليون عام ، وهو الأقدم الذي تم العثور عليه في أي مكان في العالم.

من أين بدأت نباتات الأرض؟

يأتي اكتشافنا من دراسات سابقة لأبواغ نباتات اليابسة في حوض التعليب. في عام 1991 مؤرخة الجراثيم منذ حوالي 440-445 مليون سنة تم العثور عليها والمزيد يعود تاريخها إلى 460 مليون سنة مضت تم العثور عليها في عام 2016.

تم العثور على هذين السجلين فقط بعد فحص مقتطفات من حوالي 100 عينة أساسية في محاولة لتحديد عمر تسلسل الصخور ، مما يدل على أن الجراثيم نادرة.

الرواسب التي ترسبت في حوض التعليب في هذه الفترة هي أساسًا من البيئات البحرية ، كما يمكننا أن نرى من الحفريات الصدفية والحفريات الدقيقة مثل كونودونتس .

نمت النباتات البرية المبكرة ، مثل أسلافها من الطحالب المحببة ، في مناطق المياه العذبة على أطراف البحر.

تم غسل الأبواغ والرواسب في هذه المناطق. لذا فإن سجلات الحفريات التي وصلت إلينا تعتمد على جغرافية العالم القديم.

في عام 2020 ، قامت Geoscience Australia بالتعاون مع هيئة المسح الجيولوجي لأستراليا الغربية بحفر بئر في الجزء الجنوبي من حوض التعليب لفهم جيولوجيا الصخور الجوفية.

بعد الاستخراج الحمضي لعينات الصخور من تكوين جيولوجي يسمى تكوين نامبيت ، والذي يعود تاريخه إلى العصر الأوردوفيشي المبكر (485 مليون إلى 470 مليون سنة مضت) ، حددنا جراثيم نباتات اليابسة بترتيبات منتظمة نموذجية من خليتين أو أربع خلايا.

كجزء من هذا العمل ، قمنا بفحص الاستعدادات لجراثيم النبات ، المثبتة بالفعل على شرائح زجاجية ، من القسم الأصلي لتكوين نامبيت الذي تم حفره في عام 1958.

وهنا وجدنا أول سجل لأبواغ نبات الأرض المرتبطة بالجراثيم من أسلافهم الطحالب. لم يكن اكتشافنا ممكنًا بدون الوصول إلى هذه المواد السابقة التي قدمتها حكومة غرب أستراليا.

هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتحديد مكان وجود الطحالب وجراثيم النباتات الأرضية الإضافية في الرواسب الأسترالية من أواخر العصر الكمبري والفترات الأوردوفيشي.

قد تسلط البيانات الجديدة الضوء أيضًا على المكان الذي بدأت منه النباتات البرية: هل كانت في هذه القارة ، كما اقترح آخرون؟

أكد العمل الحالي على أهمية الوصول إلى البيانات والمواد السابقة ، ونقر بالدور الحاسم للبنية التحتية العلمية لرعاية العينات والبيانات الجيولوجية من قبل حكومة غرب أستراليا.

كلينتون فوستر أستاذ فخري الجامعة الوطنية الاسترالية .

تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة بموجب رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقالة الأصلية .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.