新发现的4亿年前的植物捕捉到的进化快照

古代新物种化石

在这张新远古物种的生殖结构的图像中,一排孢子囊的椭圆形印痕可以看到,而在顶部的另一排是保存下来的碳化孢子团。信贷:安德鲁。莱斯利

研究人员发现了一种古老的植物物种,它的生殖生物学捕捉到了从一种孢子大小到两种孢子大小的进化过程——这是我们赖以生存的种子和开花植物成功过渡的关键yabo124。

在一场精彩的舞蹈中,风、雨、昆虫和动物连接的花朵、松果和橡子,确保了种子植物繁殖的未来。但在植物实现这些复杂的专一性之前,它们经历了数百万年的进化。现在,随着一种新的古代植物物种的发现,研究人员已经瞥见了这种进化过程。

该化石标本可能属于草本植物,这是一种不同寻常的已灭绝的植物,可能与石松藓有关,是植物生殖生物学似乎处于中间阶段的最全面的例子之一。yabo124这个新物种大约有4亿年的历史,从早期泥盆纪开始,产生了一系列孢子大小的光谱——这是陆生植物跨越世界栖息地的特殊策略的先驱。这项研究发表在当代生物学yabo1242020年5月4日。

“通常,当我们在化石记录中看到异孢子植物时,它们只是突然出现了,”该研究的资深作者安德鲁·莱斯利(Andrew Leslie)说,他是斯坦福大学地球、能源和环境科学学院(Stanford Earth)的地质学助理教授。“我们认为这可能是进化史上非常罕见的过渡时期的快照,在这里你可以看到生殖结构中的孢子之间的高度变异。”

一个重大转变

泥盆纪是陆地植物进化最重要的时期之一,见证了从小苔藓到高耸的复杂森林的多样化。不同大小的孢子的发展,或称异孢子,代表了控制繁殖的一种主要改变——这一特征后来演变成了这些生殖单位的大小版本。

莱斯利说:“想想花中所有不同类型的生殖系统——所有这些都是建立在独立的小孢子或花粉和大孢子的基础上的,这些小孢子是在种子内部的。”“两种不同大小的孢子是包装资源的一种更有效的方式,因为大孢子不像小孢子那样容易移动,但可以更好地滋养后代。”

最早的植物,从4.75亿到4亿年前,缺乏生殖专门化,因为它们产生相同类型的孢子,然后这些孢子长成小植株,实际上转移了生殖细胞。根据研究人员的说法,通过分配繁殖资源,植物对繁殖有了更多的控制。

新物种,连同先前所描述的植物群Chaleuria这是陆生植物更先进的生殖生物学的第一个证据。yabo124下一个例子直到2000万年后才出现在化石记录中。

莱斯利说:“这些化石帮助我们定位植物是何时以及如何精确地分配它们的繁殖资源的。”“特殊化进化史的尽头就像一朵花。”

一个偶然的发现

在这些化石被存放在史密森尼国家自然历史博物馆(Smithsonian National Museum of Natural History)几十年后,研究人员开始对它们进行分析。来自加拿大新不伦瑞克坎贝尔顿岩层的30块岩石碎片最初是由晚期古植物学家和研究合著者弗朗西斯·休贝尔(Francis Hueber)挖掘的,他们鉴定出了80多个生殖结构,或称孢子囊。孢子本身的直径在70到200微米之间——大约是一缕头发到两缕头发。有些结构只包含大孢子或小孢子,有些只有中等大小的孢子,还有一些则包含孢子大小的全部范围——可能有些产生精子,有些产生卵子。

莱斯利说:“能有这么多保存完好的孢子孢子囊,你可以测量到,这是很罕见的。”“我们只是幸运地发现了它们是如何被保存下来的。”

化石和现代异孢子植物主要生活在湿地环境中,如泛滥平原和沼泽,在那里大孢子的施肥是最有效的。莱斯利说,这个古老的物种,将在后续的论文中正式描述,它的孢子混合在一起,与今天的任何生物都不一样。

莱斯利说:“陆地植物繁殖的首要故事是劳动分工、专业化和复杂性的增加,但这必须从某个地方开始——它始于简单地生产小孢子和大孢子。”“通过这些化石,我们可以确定植物能够做到这一点的一些方式。”

参考文献:《早期泥盆世植物的一种新的生殖策略》,作者:Nikole K. Bonacorsi, Patricia G. Gensel, Francis M. Hueber, Charles H. Wellman和Andrew B. Leslie, 2020年5月4日,当代生物学yabo124
DOI: 10.1016 / j.cub.2020.03.040

这项研究的共同作者来自布朗大学、北卡罗来纳大学教堂山分校和谢菲尔德大学。

第一个发表评论“新发现的4亿年前植物的进化快照”

留下你的评论

邮箱地址可选。如果提供,您的电子邮件将不会被公布或共享。