Las esporas de plantas terrestres fosilizadas más antiguas llevan a los científicos a repensar la evolución de las plantas
Cuando las plantas se aventuraron por primera vez en la tierra, evolucionando a partir de algas de agua dulce hace más de 500 millones de años, transformaron el planeta. Al extraer dióxido de carbono del aire, enfriaron la Tierra y, al erosionar las superficies rocosas, ayudaron a construir el suelo que ahora cubre tanta tierra.
Estos cambios en la atmósfera y la superficie terrestre del planeta allanaron el camino para la evolución de la biosfera tal como la conocemos. Las plantas terrestres constituyen aproximadamente el 80 por ciento de la biomasa de la Tierra.
Las plantas pioneras eran pequeñas y parecidas al musgo, y tuvieron que superar dos grandes desafíos para sobrevivir en la tierra: evitar secarse y sobrevivir a la intensa luz ultravioleta del sol.
En muestras de rocas de Canning Basin en el norte de Australia Occidental, hemos descubierto esporas fosilizadas de 480 millones de años de antiguas plantas terrestres, así como esporas de algas acuáticas ancestrales.
Estas son las esporas de plantas terrestres más antiguas encontradas y nos dan nuevas pistas sobre cuándo y dónde las plantas dieron el salto a la tierra y también cómo lograron sobrevivir. La investigacion es publicado dentro Ciencia.
Cuando las plantas colonizaron la tierra
Las estimaciones del tiempo inicial de colonización de la tierra por plantas se basan en grandes restos vegetales fosilizados, cálculos del tiempo que tardaron las diferentes especies en evolucionar (llamado «reloj molecular«datos) y el registro de esporas de plantas.
Los datos del reloj molecular sugieren que la colonización de la tierra ocurrió hace unos 515 millones de años (en el Cámbrico), mientras que los primeros fósiles de tallos de plantas ocurrieron hace unos 430 millones de años (en el medio del Silúrico).
Estas pequeñas plantas tempranas no tenían un sistema de raíces ni un tejido leñoso duro, lo que puede explicar por qué sus restos fósiles son escasos.
Alternativamente, podemos mirar las esporas de las plantas. Las esporas son unidades reproductivas simples que transportan material genético (mucho más simple que las semillas, que evolucionaron mucho más tarde).
Para una reproducción exitosa, las paredes de las esporas de las plantas terrestres tenían que ser lo suficientemente fuertes para resistir la desecación y el daño de los rayos ultravioleta.
Estas resistentes paredes de esporas son también las que permiten que las esporas se almacenen durante cientos de millones de años en sedimentos antiguos y se extraigan de estos sedimentos utilizando ácidos fuertes como los que se utilizan en este estudio. Luego estudiamos las formas de las esporas bajo el microscopio.
La forma de las esporas
Las esporas de las primeras plantas terrestres tienen la forma de grupos dispuestos geométricamente de forma más o menos regular de dos o cuatro células. Estas esporas se han encontrado en sedimentos de hasta 465 millones de años (en la época del Ordovícico), colocándolos al menos 35 millones de años antes que cualquier fósil vegetal conocido más grande.
Sin embargo, también se han encontrado esporas más viejas (alrededor de 505 millones de años) en los Estados Unidos. Paul Strother (del Boston College, mi coautor de New Canning Basin Research) y sus colegas demostraron que estas esporas más antiguas probablemente provenían de algas de agua dulce llamadas carófitas.
Estas esporas más viejas aparecen como «grupos» de células de forma irregular. Estos mismos «manojos» de esporas también se encuentran en los fósiles que encontramos en Canning Basin, que datan de unos 25 millones de años después.
Las algas carofitas viven en condiciones semiacuáticas. Para sobrevivir en esta situación, desarrollaron genes para resistir la desecación y los efectos dañinos de los rayos UV.
Las primeras plantas terrestres capturaron partes de este genoma de algas ancestrales, quizás a través de una «transferencia horizontal de genes» en la que las bacterias mueven genes de un organismo a otro, o los han desarrollado, incluso genes similares.
Considerando el período de millones de años, esto sugiere que el origen de las plantas terrestres no ocurrió como un evento singular.
Encontramos esporas de plantas terrestres, con dos o cuatro células, y esporas de algas empaquetadas irregularmente en el conjunto de Canning Basin, lo que demuestra que las plantas terrestres y sus antepasados de algas existían juntos en la misma área al mismo tiempo.
También reduce la brecha de tiempo entre las estimaciones de la colonización de la tierra a partir de los datos del reloj molecular (hace 515 millones de años) y la evidencia fósil.
Con alrededor de 480 millones de años, el registro de Canning Basin es el más antiguo jamás encontrado en el mundo.
¿Dónde empezaron las plantas terrestres?
Nuestro descubrimiento se deriva de estudios previos de esporas de plantas terrestres en Canning Basin. En 1991, las esporas datan hace unos 440-445 millones de años fueron encontrados, y más fechado hace 460 millones de años se encontraron en 2016.
Estos dos registros solo se encontraron después de examinar extractos de aproximadamente 100 núcleos con el fin de determinar la edad de las secuencias de rocas, lo que muestra que las esporas son raras.
Los sedimentos depositados en la cuenca de Canning durante este período provienen principalmente de ambientes marinos, como lo demuestran los fósiles de conchas y microfósiles como conodontos.
Las primeras plantas terrestres, como sus antepasados las algas carófitas, crecieron en ambientes de agua dulce junto al mar.
Las esporas y los sedimentos se eliminaron en estas áreas. Por lo tanto, el registro fósil que nos ha llegado depende de la geografía del mundo antiguo.
En 2020, Geoscience Australia, en colaboración con el Servicio Geológico de Australia Occidental, perforó un pozo en la parte sur de Canning Basin para comprender la geología de las rocas subterráneas.
Después de la extracción ácida de muestras de rocas de una formación geológica llamada Formación Nambeet, que data del período del Ordovícico Inferior (hace 485 a 470 millones de años), identificamos esporas de plantas terrestres con los arreglos regulares típicos de dos o cuatro células.
Como parte de este trabajo, examinamos preparaciones de esporas de plantas, ya montadas en portaobjetos de vidrio, de la sección original de la Formación Nambeet perforada en 1958.
Y aquí encontramos el primer registro de esporas de plantas terrestres asociadas con esporas de sus antepasados de algas. Nuestro descubrimiento no hubiera sido posible sin el acceso a estos documentos anteriores proporcionados por el gobierno de WA.
Se necesitan más estudios para determinar dónde se encuentran otras esporas de algas y plantas terrestres en los sedimentos australianos de los períodos Cámbrico tardío y Ordovícico.
Los nuevos datos también pueden arrojar luz sobre el origen de las plantas terrestres: ¿estaba en este continente, como han sugerido otros?
Este trabajo ha enfatizado la importancia del acceso a datos y materiales históricos, y reconocemos el papel fundamental de la infraestructura científica en la preservación de muestras y datos geológicos por parte del Gobierno de Australia Occidental.
Clinton Foster, profesor honorario, Universidad Nacional Australiana.
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