Obwohl Pflanzen und Vegetation Schlüsselfaktoren für das Ökosystem der Erde sind, ist wenig über die Herkunft ihrer Wurzeln bekannt. In einer neuen Studie, die in Nature veröffentlicht wurde, beschreiben die Wissenschaftler der Oxford University jedoch eine Übergangswurzel aus dem frühesten Ökosystem der Erde, die Aufschluss darüber gibt, wie sich die Wurzeln entwickelt haben.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich Pflanzenwurzeln mehr als einmal entwickelt haben und dass sich die Merkmale der Wurzeln schrittweise entwickelten – wobei sich zuerst das zentrale Wurzelorgan entwickelte. Die Wurzelkappe kommt später.
Dr. Sandy Hetherington und Professor Liam Dolan, beide am Oxford Department of Plant Sciences und am Magdalen College Oxford, führten eine mikroskopische Untersuchung des ältesten bekannten Pflanzenökosystems durch – des 407 Millionen Jahre alten Rhynie Chert.
Dr. Hetherington sagte: “Das Niveau der Konservierung in der Rhynie Chert ist wirklich bemerkenswert – es erstaunt mich immer wieder, dass ich in der Lage bin, die zelluläre Organisation von Pflanzen zu untersuchen, die vor 407 Millionen Jahren wuchsen. Es bietet ein außergewöhnliches Fenster in das Leben der terrestrischen Oberfläche zu dieser Zeit.
Das Merkmal der heutigen Pflanzenwurzeln ist das Meristem – eine sich selbst erneuernde Struktur, die an ihrer Spitze von einer Kappe bedeckt ist. Wurzelmeristeme sind in dem fragmentarischen Fossilienbestand schwer zu erkennen, was es schwierig machen kann, den evolutionären Ursprung der Wurzeln aufzudecken.
Die Autoren fanden Hinweise auf Wurzelmeristeme, die zur Lycopsidpflanze Asteroxylon mackiei gehören. Lycopsiden – allgemein bekannt als Klumpenmoose, sind Gefäßpflanzen (diejenigen mit Geweben, die innerlich Ressourcen bewegen), deren Linie früh abzweigt, und zwar noch vor den anderen höheren Pflanzen (den Euphyllophyten).
Das Team konnte eine 3D-Rekonstruktion des fossilen Meristems erstellen.
Die Fossilanalyse zeigt, dass den Meristeme von A. mackiei sowohl Wurzelhaare als auch Kappen fehlen – sie werden stattdessen von einer kontinuierlichen Schicht Oberflächengewebes bedeckt. Diese Struktur macht diese Wurzeln einzigartig unter den Gefäßpflanzen.
Die Schlussfolgerung des Papers legt nahe, dass diese Wurzeln einen Übergangsschritt zu modernen, verwurzelten Gefäßpflanzen darstellen. Die Ergebnisse stützen die Idee, dass, da diese kappenlose Übergangsstruktur in einer Pflanze auftritt, die bereits ein Lycopsid ist, sich die Wurzeln mit Kappen in Lycopsiden und Euphyllophyten getrennt von ihren gemeinsamen wurzellosen Vorfahren entwickelten.
Professor Dolan besprach Pläne zur Erweiterung dieser Arbeit: “Unsere Entdeckung legt nahe, dass Pflanzenorgane im Laufe der Evolution der Pflanzen Schritt für Schritt aufgebaut wurden.
“Die Entwicklung der Wurzeln war eine kritische Zeit in der Geschichte der Erde und führte zu einer dramatischen Reduzierung des atmosphärischen Kohlenstoffs. Jetzt, wo wir wissen, dass sich die Wurzeln in einer schrittweisen Art und Weise entwickelt haben, können wir zu uralten Gesteinen zurückkehren, auf der Suche nach Strukturen, denen “Teile” fehlen, die in rezenten Wurzeln jedoch vorhanden sind.
“Ich möchte wirklich herausfinden, woher die heutigen Wurzelkappen kommen. Sie schienen aus dem Nichts aufgetaucht zu sein. Sie sind sehr wichtig in den rezenten Wurzeln; Die Wurzelkappe ist notwendig, um die Wurzel zu schützen, während sie durch den Boden dringt und es ist der Ort, wo Wurzeln die Schwerkraft erkennen. Wie haben diese alten Wurzeln ohne eine Kappe auskommen können, aber trotzdem diese Funktionen erfüllen können?
Veröffentlichung: Alexander J. Hetherington, Liam Dolan. Stepwise and independent origins of roots among land plants. Nature, 2018; DOI: 10.1038/s41586-018-0445-z
Quelle: off. Pm der University of Oxford
Titelbildunterschrift: Ein mikroskopisches Bild, das die zelluläre Organisation und die außergewöhnliche Erhaltung eines Meristems von A. mackiei zeigt.
(Bildnachweis: OU)
Pia Gaupels
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