Holzige Urahnen

25.08.2011 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Bis Wälder die Erde bedeckten, mussten erst holzige Pflanzen entstehen. (Quelle: © iStockphoto.com/ Mayumi Terao)
Bis Wälder die Erde bedeckten, mussten erst holzige Pflanzen entstehen. (Quelle: © iStockphoto.com/ Mayumi Terao)

Zehn Millionen Jahre älter als bisher angenommen sind die ersten Vorfahren von Holzpflanzen. Ihre Entwicklung diente zunächst nicht etwa einer notwendigen Stützfunktion, sondern einem verbesserten Wassertransport. Das folgern Forscher aus kleinen Pflanzenfossilien, die typische Merkmale von Holz aufweisen.

Wälder mit verschiedenartigen Bäumen gehören seit Jahrtausenden weltweit zum selbstverständlichen Landschaftsbild. Doch Wissenschaftler fragen sich, wie und warum die Evolution von kleinen krautigen Pflanzen über verholzende Pflanzen bis hin zu stattlichen Bäumen vor sich gegangen ist. Die bisher ältesten fossilen Funde, die auf erste Holzpflanzen hindeuteten, stammten aus dem Erdzeitalter des Mitteldevons (397 bis 385 Millionen Jahre). Evolutionsforscher gingen aufgrund dieser Funde davon aus, das für Holz typische Kambiumgewebe habe sich erst während dieses Erdzeitalters entwickelt - und zwar unabhängig voneinander in mehreren Pflanzenlinien gleichzeitig. Organisation und Funktion des Kambiums variierten in den einzelnen Pflanzenlinien. Einen früheren Hinweis auf holzige Pflanzen erschien den Experten außerdem als unwahrscheinlich, da zuvor - während des Unterdevons (397 - 416 Millionen Jahre) - nur kleine, krautige Pflanzen wuchsen. Dieser Theorie liegt die Annahme zugrunde, dass sich Holz als Stützgewebe in höher wachsenden Pflanzen gebildet hat.

Versteinerte Pflanzenreste weisen Holzgewebe auf

Biologen haben kürzlich ältere Hinweise auf frühere Belege für Holz in Kanada sowie in Frankreich gefunden. Die Wissenschaftler untersuchten versteinerte Stängelstücke von zwei Pflanzenarten aus dem Unterdevon, die nur bis zu einem halben Zentimeter dick und zwölf Zentimeter lang waren. Die Pflanzenstücke aus Frankreich wurden auf ein Alter von etwa 407 Millionen datiert, die Stängel aus Kanada auf etwa 397 Millionen Jahre. Die versteinerten Pflanzen wiesen einen runden primären Xylemstrang auf, der in zahlreichen Proben von Holz umgeben war. Das Xylemgewebe bestand aus wasserleitenden Zellen (Trachieden), die in ringförmigen Reihen nach außen wuchsen. Auch Reste von Kambiumgewebe fanden die Forscher sowie in einigen Proben dickwandige Zellen, die eine Art Rinde bildeten. In modernen Holzpflanzen vergrößert der Kambiumring durch Zellteilung nach innen das Holzgewebe und nach außen die Rinde. Zudem konnten die Forscher in allen Proben Hohlräume erkennen, die von Zellwänden der angrenzenden Trachieden-Zellen umringt waren. Die ursprünglichen Zellen sind vermutlich abgestorben. Diese Hohlräume waren wahrscheinlich für den Wassertransport zuständig.

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Typisch für Bäume sind die Jahresringe, die aufgrund des radialen Dickenwachstums entstehen. Auch die hier besprochenen fossilen Pflanzenreste zeigen Zellen, die in Ringen nach außen gewachsen sind.

Typisch für Bäume sind die Jahresringe, die aufgrund des radialen Dickenwachstums entstehen. Auch die hier besprochenen fossilen Pflanzenreste zeigen Zellen, die in Ringen nach außen gewachsen sind.

Bildquelle: © iStockphoto.com/ Nancy Nehring

Erste holzige Pflanzen entwickelten sich somit etwa 10 Millionen Jahre früher als bisher angenommen. Da diese Pflanzen sehr klein waren, vermuten die Forscher, dass sich das Holzgewebe nicht als Stützgewebe, sondern für eine Verbesserung des Wassertransports entwickelt hat. Erst später nutzten die Pflanzen die damit einhergehenden veränderten physikalischen Eigenschaften für das Höhenwachstum. Auslöser dieser Entwicklungen könnte eine Veränderung der Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre gewesen sein. Diese führten zu einer Zunahme der Stoffwechselaktivitäten, was wiederum mit einem höheren Wasserverbrauch einherging. Als Reaktion auf die veränderten Umweltbedingungen steigerten die Pflanzen die Wassertransportkapazität.

Das Beispiel zeigt, dass die Wege der Evolution nicht immer geradlinig verlaufen. Die Vorteile des holzigen Gewebes mögen zunächst für einen verbesserten Wassertransport notwendig gewesen sein. Im Laufe der Zeit haben verschiedene Pflanzenlinien die damit verbundenen Vorteile der verbesserten Stabilität genutzt und wuchsen höher. Die im Devon stattfindende generelle verstärkte Entwicklung von Gefäßpflanzen wiederum ließ den Sauerstoffgehalt fast bis auf heutige Werte ansteigen und schuf so die Voraussetzung für die Entwicklung großer, komplexer Tiere.

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