Maža gintaro dulkė verčia perrašyti augalų istoriją

Smulkus fosilinio sakų grūdelis, ne didesnis už adatos galvutę, privertė paleontologus pergalvoti, kada augalai pirmą kartą išmoko gaminti sudėtingas apsaugines chemines medžiagas. Tai nėra blizgantis, brangakmenį primenantis gintaras, kurį kolekcionieriai trokšta. Vietoj to tai yra mikroskopinių grūdelių sankaupa, pasislėpusi senoviniame anglies sluoksnyje, kuri nurodo į biologinį gebėjimą atsiradusį daug anksčiau, nei kas nors tikėjosi.

Kai sakai atsirado 150 milijonų metų anksčiau už dinozaurus

Fragmentai buvo rasti Hujiersito formacijoje šiaurės vakarų Kinijoje. Šeimininkinis uolienos sluoksnis datuojamas viduriniu devonu, maždaug prieš 385 milijonus metų. Tai reiškia, kad šie grūdeliai yra maždaug 65 milijonais metų senesni už anksčiau patvirtintą vėlyvojo karbono gintaro įrašą ir apie 150 milijonų metų prieš pirmuosius dinozaurus.

Radinys yra mažas dydžiu, bet didžiulis savo reikšme. Tyrėjai iš 10 kilogramų anglies išskyrė 241 saką primenančią dalelę. Fragmentai svyravo nuo 0,1 iki 1,5 milimetro pločio. Daugelis jų buvo nematomi plika akimi, kol nebuvo apžiūrėti ultravioletiniais spinduliais, kurie privertė juos fluorescuoti prieš tamsią matricą.

Anglies sluoksnis, iš kurio buvo atkastas gintaras.

Kaip komanda įrodė, kad tai tikri gintaro grūdeliai

Pradinis susijaudinimas nuslūgo vietoj to atsiradus griežtai skeptikai. Gintaro identifikacija tokio amžiaus būtų buvusi neįprasta, prisiminė pagrindinis autorius Cihang Luo iš Kinijos mokslų akademijos. Todėl komanda laikė likučius 'sakai primenančia' organine medžiaga, kol laboratoriniai tyrimai galėjo patvirtinti jų kilmę.

• Optinė mikroskopija atskleidė būdingas tekstūras ir fizines savybes.
• Infraraudonųjų spindulių spektroskopija nustatė cheminių ryšių, būdingų terpenoidų junginiams, kurie paprastai randami spygliuočių tipo sakuose.
• Masespektrometrija ir organinės geochemijos analizės patvirtino brendimo istoriją, suderinamą su fosilizuotu augalų saku.

Tik sujungę kelis nepriklausomus įrodymų kelius autoriai padarė išvadą, kad dalelės yra tikras gintaras, susidaręs iš augalų sako. Chemija glaudžiai atitiko tai, ko mokslininkai tikėtųsi iš spygliuočių tipo sakų, nors tikrųjų spygliuočių devone dar nebuvo išsivysčiusių.

Kai kurie gintaro fragmentai. Didžiausias buvo vos 1,5 milimetro (0,059 colio) skersmens. 

Ką tai sako apie ankstyvas sausumos ekosistemas

Dažnai sakus įsivaizduojame kaip evoliucinį atsaką į vabzdžių sukeltą žalą augalams. Tačiau prieš 385 milijonus metų vabzdžiai dar nebuvo tapę dominuojančiais augalų ganytojais, kokie jie tapo vėliau. Tai kodėl tuo metu gaminti sakus? Tyrimas rodo, kad inovaciją galėjo paskatinti kiti atrankos spaudimai.

Žemėje buvo gaisrų ir patogeniškų grybų. Taip pat buvo ankstyvųjų sausumos bestuburių ir mikrobiniai užpuolikai. Tyrėjai siūlo, kad sakai, turtingi terpenoidais ir kitomis sudėtingomis molekulėmis, galėjo veikti kaip daugiafunkcinė gynyba: užsandarinant žaizdas, atbaidant parazitus ir ribojant puvimą po pažeidimo.

"Svarbu ne vien tai, kad įrašas yra senesnis," Luo pasakė žiniasklaidai. "Ankstesnis patvirtintas gintaro įrašas kilo iš vėlyvojo karbono ir greičiausiai buvo susijęs su sėkliniais augalais. Mūsų gintaras yra iš vidurinio devono, prieš sėklinių augalų atsiradimą ir diversifikaciją. Tai reiškia, kad nesėkliniai vamzdiniai augalai jau gebėjo gaminti chemiškai sudėtingą terpenoidinį saką."

Hujiersito aplinka buvo drėgna ir turtinga organinėmis medžiagomis, tinkama anglies susidarymui, su pavienėmis ankstyvos vamzdinės augalijos stovomis. Nors sausumos maisto tinklai buvo paprastesni nei vėlesniuose miškuose, devonas vis tiek buvo didelių biozomų pertvarkymų laikotarpis: augalai augo aukštesni, vystė medienos audinius ir formavo gilesnes šaknų sistemas, transformuodami kraštovaizdžius.

Tas pats gintaro gabalas, matomas aukščiau esančiame paveikslėlyje, fluorescuojantis ultravioletinėje šviesoje. 

Pasekmės augalų chemijos evoliucijai

Sako biosintezė priklauso nuo medžiagų apykaitos kelių, kurie gamina terpenus, chemiškai įvairią molekulių šeimą. Molekulinių laikrodžių tyrimai nurodė, kad genai, atsakingi už terpenų sintezę, galėjo egzistuoti anksčiau nei vidurinis devonas, tačiau fizinių fosilijų įrodymų trūko. Šie grūdeliai suteikia tą fosilinį atskaitos tašką.

Tai svarbu, nes antriniai metabolitai, tokie kaip terpenai, yra daugiau nei cheminiai smalsumai. Jie formuoja ekologinius santykius: tarpininkauja augalų ir patogenų sąveikoms, atbaido ėdrūnus ir veikia skaidymosi spartą. Jei nesėkliniai vamzdiniai augalai jau gamino tokias jungtis, tuomet cheminė gynyba padėjo kelią augalų kolonizacijai ir dominavimui sausumos buveinėse.

Kiek senovinio gintaro galėjo būti praleista?

Yra tikimybė, kad šis atradimas nėra vienintelis. Ankstyvas gintaras tikriausiai buvo mikroskopinis, lokalizuotas ir lengvai supainiojamas su kita organine medžiaga anglyje ir smulkios frakcijos nuosėdose. Paleoįrašas linkęs būti šališkas didesnių, akivaizdesnių fosilijų naudai. Mažesni grūdeliai gali būti praleisti, jei tyrėjai jų aktyviai neieško tinkamais metodais.

"Ankstyvas gintaras tikriausiai buvo mikroskopinis, labai lokalizuotas ir lengvai supainiojamas su kita organine medžiaga, kas gali paaiškinti, kodėl jis buvo praleistas," rašė Luo ir kolegos. Jie rekomenduoja tirti ankstyvojo devono organiškai turtingas anglis, anglingas skalūnus ir smulkiai laminuotas nuosėdas, kurios išsaugo augalų kutikulas ir patyrė palyginti mažą terminį pakitimą. Derinant ultravioletinį skanavimą, kruopštų mikroskopinį išskyrimą, infraraudonųjų spindulių spektroskopiją ir organinės geochemijos analizę, būtų galima atskleisti dar senesnius įrašus.

Kai kurie fosilizuoti augalai, anksčiau rasti Hujiersito formacijoje. 

Eksperto įžvalga

Dr. Elena Márquez, paleobotanikė iš Kembridžo universiteto, kuri nedalyvavo šio tyrimo projekte, pavadino atradimą ryškiu pavyzdžiu, kaip mažyčiai fosilijos gali pakeisti dideles istorijas. "Linkę ieškoti didingų fosilijų, tokių kaip visos kamienų atkarpos ar garsios lapų sankaupos, ir praleidžiame mikrofosilijas, kuriose glūdi molekulinės istorijos," ji sakė. "Šie grūdeliai rodo, kad cheminė inovacija gali atsirasti prieš didelio masto struktūrinę augalų evoliuciją. Tai keičia mūsų modelius apie ankstyvas sausumos ekosistemas ir augalų bei vabzdžių kartu evoliuciją."

Išvada

Mikroskopinis gintaras iš Hujiersito formacijos prideda naują skyrių į sausumos gyvenimo istoriją. Jis įrodo, kad sudėtingos cheminės gynybos jau egzistavo prieš sėklinius augalus ir gerokai prieš dinozaurus. Radinys išplečia senovinių sakų paieškas ir kviečia peržiūrėti, kaip cheminės savybės formavo sausumos ekosistemų kilimą. Nors grūdeliai maži, jų žinia didelė: evoliucinė inovacija dažnai slypi mažiausiuose pėdsakuose.