Seit wann genau gibt es Landpflanzen?

Es geht um eine Differenz von mindestens 80 Millionen Jahren: Nach der sogenannten molekularen Uhr auf Basis von Genanalysen könnten die ersten Pflanzen vor rund 500 bis 600 Millionen Jahren das Wasser verlassen haben sind. Fossile Funde hingegen reichen dagegen nur etwa 420 Millionen Jahre weit zurück. Liegen die genetischen Analysen falsch? Oder haben ältere fossile Spuren die Jahrmillionen einfach nicht überstanden?

Nun hat ein Fund aus Westaustralien zu einer neuen Hypothese geführt. Sie würde auch das Verständnis davon verändern, auf welchem Weg Embryophyten – wie Landpflanzen fachsprachlich genannt werden – entstanden sind.

480 Millionen Jahre alte Sporen analysiert

Im Wissenschaftsmagazin „Science“ berichten zwei Forscher von fossilisierten Sporen – sogenannten Kryptosporen, die im Canningbecken in Westaustralien entdeckt worden sind. An der Fundstelle konnten zum einen Kryptosporen von Algen aus der Zeit des Kambriums bis zum Mittleren Ordovizium nachgewiesen werden. Zusätzlich fanden die Forscher:innen etwas jüngere Sporen, die nicht von Algen stammen, sowie andere sporenartige Mikrofossile. Diese Fossilien haben ein Alter von etwa 480 Millionen Jahren.

#####1#####

Dieser Fund könnte damit ein Hinweis darauf sein, dass Landpflanzen tatsächlich früher entstanden sind, als bisherige paläobotanische Entdeckungen nahegelegt haben. Doch bestimmte Eigenschaften der gefundenen Sporen lassen noch eine andere Hypothese plausibel erscheinen. Bis vor etwa 450 Millionen Jahren traten Kryptosporen als unregelmäßig arrangierte Dyaden und Tetraden auf. Jüngere Kryptosporen sind morphologisch sehr ähnlich, aber sehr regelmäßig arrangiert. Das zeigt sich auch an großen und einheitlichen Zell-Zell-Kontaktflächen, die möglicherweise bei meiotischen Zellteilungen entstanden sind.

Einige der jetzt gefundenen Sporen zeigen Eigenschaften sowohl von kambrischen Sporen als auch von jüngeren Embryophyten-Sporen. Auch Hinweise auf ein Sporoderm zeigten sich vereinzelt unter dem Lichtmikroskop – ein Merkmal der Pollen und Sporen von Landpflanzen. Der Fund in Australien würde demnach einen Zwischenzustand beim Übergang zwischen Embryophyten und ihren Algenvorfahren darstellen.

Verwirren Algengene die molekulare Uhr?

Die Beschaffenheit der gefundenen Sporen führte die Forscher:innen auf folgende Hypothese: Zunächst entwickelten sich Sporen mit Zellwand, die von bereits an Land lebenden Algen – aeroterrestrischen Charophyten – einige Gene übernommen haben. Denn Charophyten teilen sich einige ultrastrukturelle und biochemische Eigenschaften mit Landpflanzen. Erst im nächsten Schritt haben sich aus diesen Sporen die ersten „echten“ Landpflanzen weiterentwickelt. Die zwischenzeitliche Übernahme von Algengenen könnte erklären, weshalb die genetische Altersbestimmung das Alter der ersten Landpflanzen überschätzt.

Genom- und Transkriptomanalysen erforderlich

Für einen endgültigen Beweis der neuen Hypothese fehlen aber bislang die genetischen Daten von einigen wichtigen Pflanzengruppen. Hilfreich wären insbesondere Genom- und Transkriptomdaten von den mit den Landpflanzen eng verwandten Streptophyten, früher Landpflanzen wie Bryophyten sowie von einfachen Gefäßpflanzen. Sie könnten weitere Erkenntnisse bringen, wie und wann sich Meiose, Sporenbildung und Mehrzelligkeit evolutionär entwickelt haben.

Quelle:
Strother, K. und Foster, C. (2021): A fossil record of land plant origins from charophyte algae. In: Science, 373, 792-796, (13. August 2021), doi: 10.1126/science.abj2927.

Zum Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:

• Von Grünalgen bis Blütenpflanzen - Umfangreichster Stammbaum von Pflanzen veröffentlicht
• Eintausend Pflanzen-Transkriptomprojekt trägt Früchte - Neue Einblicke in die Evolution der Landpflanzen
• Landeroberung früher als gedacht - Bereits die Vorfahren heutiger Landpflanzen haben an Land gelebt

Titelbild: In Westaustralien wurden spannende Hinweise zum Ursprung der Landpflanzen entdeckt. (Bildquelle: © iStock.com/JohnCarnemolla)