Когда Земля пережила самое разрушительное массовое вымирание, жизнь на суше оказалась на грани исчезновения. Жара испепелила континенты, леса вымерли, а огромные участки планеты остались опустошенными и непригодными для жизни. Однако одна необычная группа древних растений нашла способ не только пережить вымирание, но и распространиться в его условиях. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.
Новое исследование предполагает, что ликофиты справлялись с этим, используя необычную форму фотосинтеза, которая помогала им противостоять экстремальной жаре и недостатку воды.
Исследователи из Университета Лидса утверждают, что ликофиты раннего триаса были тесно связаны с современными изоетальцами, включая перьевые растения, и что их химический состав в ископаемых указывает на CAM-подобную форму фотосинтеза. В этой системе растения открывают свои устьица ночью, а не днем, поглощая углекислый газ в более прохладную погоду и удерживая при этом больше воды.
Пермско-триасовое массовое вымирание, произошедшее около 252 миллионов лет назад, остается самым серьезным кризисом биоразнообразия, известным в истории Земли. Темпы вымирания океанических видов превысили 81 процент, в то время как наземные роды четвероногих понесли потери в размере 89 процентов.
На суше за кризисом последовала масштабная смена флоры: растения, доминировавшие до вымирания, уступили место сообществам с низким видовым разнообразием, в которых преобладали ликофиты.
Примерно пять миллионов лет после массового вымирания планета оставалась чрезвычайно тёплой. Температура поверхности моря в экваториальных регионах поднялась выше 35°C, температура поверхности суши в экваториальных районах превысила 45°C, а концентрация углекислого газа в атмосфере, вероятно, превысила 2600 частей на миллион.
Эти условия выходили за рамки как идеального диапазона температур для фотосинтеза, так и точки насыщения CO2 для современных растений C3, что отчасти объясняет, почему так много растительности в прошлом погибло.
Именно поэтому ликофиты так интересны в этом регионе. Это были простые по структуре травянистые растения, и тем не менее, похоже, они стали первопроходцами ландшафта после вымирания. Распространение этих ликофитов в широком диапазоне широт, от Южного Китая до Сибири, совпало с исчезновением ранее доминирующих пермских групп растений.
Большинство растений открывают свои устьица в течение дня, когда солнечный свет доступен для фотосинтеза. Проблема в том, что в очень жарких и засушливых условиях это также означает потерю драгоценной воды. Фотосинтез CAM предлагает обходной путь. Растение открывает свои устьица ночью, запасает поступающий углекислый газ в виде кислоты, а затем использует этот запасённый CO2 в течение дня, держа устьица закрытыми.
В исследовании утверждается, что эта стратегия могла дать ликофитам существенное преимущество в условиях «суперпарникового эффекта» раннего триаса. Если это так, то это делает их особенно важными. Фотосинтез CAM в настоящее время в основном ассоциируется с растениями, обитающими в жарких и засушливых условиях, и сегодня он составляет лишь небольшую долю растительности в мире.
«Наши результаты показывают, что в условиях будущего потепления растения с CAM-фотосинтезом могут стать гораздо более важными», — сказал ведущий автор исследования Чжэнь Сюй из Университета Лидса. «Если мир столкнется с продолжительной экстремальной жарой, растительные сообщества могут сместиться в сторону видов, лучше переносящих высокие температуры и недостаток влаги».
Чтобы выяснить, как эти растения выжили, исследователи объединили несколько различных видов доказательств. Группа исследователей собрала данные по 485 образцам спорофиллов ликофитов, в том числе по 285 образцам из пород поздней перми — среднего триаса на юго-западе Китая и еще 200 образцам, описанным в более ранних работах.
Исследователи сосредоточились на спорофиллах, поскольку они особенно богаты признаками, которые помогают различать виды и понимать их функции. Они оценили 127 морфологических признаков и использовали эти данные для сравнения вымерших форм с ныне живущими родственниками.
Сравнение показало, что растения раннего триаса были тесно связаны с современными изоеталами, группой, известной своей необычайной экологической гибкостью. Однако одной лишь морфологии было недостаточно.
Команда также изучила изотопы углерода, сохранившиеся в отдельных ископаемых спорофиллах из Южного Китая, а также в окружающих отложениях, чтобы убедиться, что они считывают именно сигнал растения.
Эти изотопные значения напоминали значения изотопов ныне живущих видов рода Isoetes , использующих CAM-фотосинтез, что убедительно свидетельствует о схожей физиологической стратегии в глубокой древности.
Затем исследователи добавили к этой картине моделирование климата, используя модель земной системы HadCM3BL. Они сравнили находки ископаемых с имитированными температурами поверхности земли и обнаружили, что эти ликофиты обитали в и без того суровых условиях. В некоторых районах максимальная температура поверхности могла превышать 50°C (122°F).
Особенность этого исследования заключается в том, что оно не ограничивается вопросом выживания. Исследователи утверждают, что ликофиты, возможно, помогли сохранить функционирование наземной биосферы в период чрезвычайных потрясений.
Поскольку они продолжали фотосинтезировать и поглощать углерод из атмосферы, они, возможно, сыграли роль в восстановлении экосистемы, а также в повышении своей выживаемости.
В ходе анализа были объединены различные научные дисциплины, чтобы изучить, как эта группа загадочных растений не только пережила «великое вымирание», но и сумела процветать в условиях сильного стресса.
«Объединив эти данные, мы сможем лучше понять адаптацию растений к прошлым климатическим чрезвычайным ситуациям, углубляя наше понимание устойчивости земной системы к климатическим возмущениям», — сказал соавтор исследования Барри Ломакс из Ноттингемского университета.
Вероятно, именно этот более широкий тезис объясняет актуальность статьи в настоящее время. Растения являются основой наземных пищевых цепей, и когда меняются доминирующие стратегии растений, вся система может измениться вместе с ними.
Исследование предполагает, что после самого страшного массового вымирания на Земле победителями стали не древние гиганты пермского периода, а более мелкие, необычные растения, обладающие подходящей физиологией для более жаркого будущего.
Понимание того, как растения использовали различные стратегии выживания в прошлом, помогает ученым прогнозировать, как растительность может реорганизоваться в будущем. Поскольку растения составляют основу наземных пищевых цепей, изменения в доминирующих стратегиях растений в конечном итоге могут изменить функционирование всей земной системы.
Nature Medicine: Выявлено неожиданное влияние менструального цикла на организм
Ученым Орхусского университета впервые удалось показать, что менструальный цикл воздействует на широкий спектр белков в организмах женщины. Работу опубликовали в журнале Nature Medicine. До этого времени такие исследования были ограничены…
Первобытные люди превратили скалы в конвейеры по изготовлению орудий труда
Примерно 220 000 лет назад группа охотников-собирателей собралась вокруг обнажения сланца в восточных степях Южной Африки. Рядом протекала река Джоджоси, и местные жители умело ударяли друг о друга камни, постепенно…
СE&E: В тихом регионе Италии обнаружен огромный резервуар магмы
Членами международной группы ученых обнаружен крупный резервуар магмы, аналогичный по масштабам с системами супервулканов, в центре Италии. Работу опубликовали в журнале Communications Earth & Environment (CE&E). Исследование провели эксперты Женевского…
МО: за ночь над регионами России сбили 155 украинских БПЛА
Силы ПВО за ночь сбили 155 украинских БПЛА над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены и уничтожены 155 украинских беспилотных…
В Сызрани при обрушении части жилого дома из-за атаки БПЛА пострадали 11 человек
Два этажа обрушились в подъезде четырехэтажного дома в Сызрани Самарской области, под завалами могут находиться два человека, в том числе ребенок, сообщили ТАСС в МЧС. ТАСС собрал основное о происшествии.…
ФСБ: в Крыму пресекли деятельность агента ГУР Украины
Деятельность агента Главного управления разведки МО Украины, который собирал данные о подразделениях Минобороны РФ, пресечена в Крыму. Об этом журналистам сообщили в пресс-службе управления ФСБ России по Республике Крым и…
Макрон подставляет Польшу под ядерный ответ России
Эммануэль Макрон заявил о возможности «рассредоточенного развертывания» французских самолетов-носите...
ДНК охотников-собирателей объясняет, почему некоторые люди доживают до 100 лет
Группа итальянских ученых недавно обнаружила связь между людьми с исключительной продолжительностью ...
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".