Volvox, hier unter dem Mikroskop zu sehen, ist eine Gattung von Süßwasser-Grünalgen. (Sinhyu/iStock/Getty Image) Als Pflanzen vor mehr als 500 Millionen Jahren zum ersten Mal das Land betraten und sich aus Süßwasseralgen entwickelten, veränderten sie den Planeten. Indem sie der Luft Kohlendioxid entzogen, kühlten sie die Erde, und durch die Erosion von Gesteinsoberflächen trugen sie zum Aufbau des Bodens bei, der heute so viel Land bedeckt.
Diese Veränderungen der Atmosphäre und der Landoberfläche des Planeten ebneten den Weg für die Entwicklung der uns bekannten Biosphäre. Landpflanzen machen rund 80 Prozent der Biomasse der Erde aus.
Die Pionierpflanzen waren klein und moosartig und mussten zwei große Herausforderungen meistern, um an Land zu überleben: das Austrocknen zu vermeiden und das grelle ultraviolette Licht der Sonne zu überstehen.
In Gesteinsproben aus dem Canning Basin im Norden Westaustraliens haben wir 480 Millionen Jahre alte versteinerte Sporen von frühen Landpflanzen neben Sporen von Wasseralgen unserer Vorfahren entdeckt.
Dies sind die ältesten gefundenen Landpflanzensporen und sie geben uns neue Hinweise darauf, wann und wo Pflanzen den Sprung an Land geschafft haben und auch, wie sie überlebt haben. Die Forschung ist veröffentlicht In Wissenschaft .
Als Pflanzen das Land besiedelten
Schätzungen über den anfänglichen Zeitpunkt der Landbesiedlung durch Pflanzen basieren auf großen versteinerten Pflanzenresten und Berechnungen darüber, wie lange es gedauert hat, bis sich verschiedene Arten entwickelt haben (genannt „ molekulare Uhr ' Daten) und die Aufzeichnung von Pflanzensporen.
Molekularuhrdaten deuten darauf hin, dass die Landbesiedlung vor etwa 515 Millionen Jahren (im Kambrium) stattfand, während die frühesten Pflanzenstammfossilien vor etwa 430 Millionen Jahren (im mittleren Silur) vorkommen.
Diese frühen kleinen Pflanzen verfügten weder über Wurzelsysteme noch über hartes Holzgewebe, was erklären könnte, warum ihre fossilen Überreste selten sind.
Alternativ können wir uns die Sporen von Pflanzen ansehen. Sporen sind einfache Fortpflanzungseinheiten, die genetisches Material tragen (viel einfacher als Samen, die sich erst viel später entwickelt haben).
Für eine erfolgreiche Fortpflanzung mussten die Sporenwände von Landpflanzen stark genug sein, um Austrocknung und Schäden durch ultraviolette Strahlung zu widerstehen.
Diese widerstandsfähigen Sporenwände ermöglichen auch, dass die Sporen über Hunderte von Millionen Jahren in alten Sedimenten erhalten bleiben und aus diesen Sedimenten mit starken Säuren, wie sie in dieser Studie verwendet wurden, extrahiert werden können. Anschließend untersuchten wir die Formen der Sporen unter dem Mikroskop.
Die Form der Sporen
Die Sporen der frühesten Landpflanzen kommen als mehr oder weniger regelmäßig geometrisch angeordnete Gruppen von zwei oder vier Zellen vor. Solche Sporen wurden in Sedimenten gefunden, die bis zu 465 Millionen Jahre alt sind (im Ordovizium), womit sie mindestens 35 Millionen Jahre vor allen bekannten größeren Pflanzenfossilien liegen.
Allerdings wurden auch in den Vereinigten Staaten ältere Sporen (von vor etwa 505 Millionen Jahren) gefunden. Paul Strother (vom Boston College, mein Co-Autor der neuen Canning Basin-Forschung) und seine Kollegen haben gezeigt, dass diese älteren Sporen wahrscheinlich von Süßwasseralgen namens Charophyten stammen.
Diese älteren Sporen kommen als unregelmäßig geformte „Zellpakete“ vor. Dieselben „Pakete“ von Sporen kommen auch in den Fossilien vor, die wir im Canning Basin gefunden haben und die auf etwa 25 Millionen Jahre später datiert wurden.
Charophyten-Algen leben semiaquatisch. Um in dieser Situation zu überleben, entwickelten sie Gene, die der Austrocknung und den schädlichen Auswirkungen von UV-Strahlung widerstehen.
Die frühesten Landpflanzen haben entweder Teile des Algengenoms ihrer Vorfahren übernommen, möglicherweise durch „horizontalen Gentransfer“, bei dem Bakterien Gene von einem Organismus auf einen anderen übertragen, oder sie haben selbst ähnliche Gene entwickelt.
Angesichts des Zeitrahmens von Millionen Jahren lässt dies darauf schließen, dass die Entstehung der Landpflanzen kein singuläres Ereignis war.
Wir fanden sowohl Landpflanzensporen mit entweder zwei oder vier Zellen als auch unregelmäßig verpackte Algensporen in der Canning Basin-Ansammlung, was zeigt, dass Landpflanzen und ihre Algenvorfahren gleichzeitig im selben Gebiet existierten.
Es verringert auch die zeitliche Lücke zwischen Schätzungen der Landbesiedlung anhand von Daten molekularer Uhren (vor 515 Millionen Jahren) und fossilen Beweisen.
Mit einem Alter von rund 480 Millionen Jahren ist der Canning Basin-Rekord der älteste, der jemals auf der Welt gefunden wurde.
Wo haben Landpflanzen ihren Ursprung?
Unsere Entdeckung geht auf frühere Studien zu Landpflanzensporen im Canning Basin zurück. Im Jahr 1991 datierten Sporen vor etwa 440-445 Millionen Jahren wurden gefunden und mehr auf die Zeit vor 460 Millionen Jahren datiert wurden 2016 gefunden.
Diese beiden Aufzeichnungen wurden erst nach der Untersuchung von Extrakten aus etwa 100 Kernproben gefunden, um das Alter der Gesteinssequenzen zu bestimmen, was zeigt, dass die Sporen selten sind.
Die in dieser Zeit im Canning Basin abgelagerten Sedimente stammen hauptsächlich aus Meeresumgebungen, wie wir an Muschelfossilien und Mikrofossilien wie z Conodonten .
Die frühen Landpflanzen wuchsen wie ihre Vorfahren, die Charophytenalgen, in Süßwasserumgebungen am Meeresrand.
Sporen und Sedimente wurden in diese Bereiche gespült. Die Fossilienfunde, die uns überliefert sind, hängen also von der Geographie der antiken Welt ab.
Im Jahr 2020 bohrte Geoscience Australia in Zusammenarbeit mit dem Geological Survey of Western Australia eine Bohrung im südlichen Teil des Canning Basin, um die Geologie der unterirdischen Gesteine zu verstehen.
Nach der Säureextraktion von Gesteinsproben aus einer geologischen Formation namens Nambeet-Formation aus der frühen Ordovizium-Zeit (vor 485 bis 470 Millionen Jahren) identifizierten wir Landpflanzensporen mit der typischen regelmäßigen Anordnung von zwei oder vier Zellen.
Im Rahmen dieser Arbeit untersuchten wir bereits auf Glasträger montierte Präparate von Pflanzensporen aus dem ursprünglichen Abschnitt der Nambeet-Formation, der 1958 erbohrt wurde.
Und hier fanden wir die erste Aufzeichnung von Sporen von Landpflanzen, die mit Sporen ihrer Algenvorfahren in Verbindung gebracht wurden. Unsere Entdeckung wäre ohne den Zugang zu diesen früheren Materialien durch die Regierung von Washington nicht möglich gewesen.
Weitere Studien sind erforderlich, um festzustellen, wo in australischen Sedimenten aus dem späten Kambrium und dem Ordovizium zusätzliche Algen- und Landpflanzensporen vorkommen.
Neue Daten könnten auch Aufschluss darüber geben, wo die Landpflanzen ihren Ursprung hatten: War es auf diesem Kontinent, wie andere vermutet haben?
Die vorliegende Arbeit hat die Bedeutung des Zugangs zu früheren Daten und Materialien hervorgehoben, und wir erkennen die entscheidende Rolle der wissenschaftlichen Infrastruktur bei der Kuratierung geologischer Proben und Daten durch die Regierung von Washington an. 
Clinton Foster , Honorarprofessor, Australische Nationaluniversität .
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