Вчені виявили давнє крилате насіння рослини віком 360 мільйонів років

Дослідники виявили новий скам’янілий зразок насіння рослини під назвою Alasemenia, що є одним із найдавніших відомих прикладів крилатого насіння. Це відкриття допомогло глибше зрозуміти походження та ранню еволюцію стратегій розповсюдження насіння вітром у рослин.

Дослідження, опубліковане в журналі eLife, описує це насіння з пізнього девонського періоду (приблизно 360–385 мільйонів років тому). За допомогою математичного аналізу було показано, що трикрила структура насіння Alasemenia краще пристосована для розповсюдження вітром, ніж насіння з однією, двома або чотирма крилами.

Розповсюдження насіння за допомогою вітру — це природний механізм, який дозволяє рослинам розсіювати своє насіння на нові території, зменшуючи конкуренцію за ресурси. До прикладів таких стратегій належать крилаті насіння, як у клена, або ж парашути, які можна побачити у кульбаб і молочаїв.

Дослідження показало, що Alasemenia має три крила, які утворюються з покриття насіння і сприяють його ефективному розповсюдженню вітром. Це відкриття є важливим кроком у розумінні того, як рослини розвивали механізми розсіювання насіння, починаючи ще з девонського періоду.

Еволюційне значення пізнього девону

Найдавніші відомі насіння рослин датуються епохою пізнього девону. «Цей період знаменує собою важливу еволюційну віху в історії рослин, оскільки вони перейшли від розмноження на основі спор, як у папоротей і мохів, до розмноження на основі насіння», — пояснює провідний автор Демінг Ванг, професор Ключової лабораторії орогенних поясів і Еволюція земної кори, кафедра геології, Пекінський університет, Пекін, Китай. «Однак мало що відомо про поширення вітром у насінні в цей час, оскільки більшість скам’янілостей не мають крил і зазвичай оточені захисною купулою».

Купули — це чашеподібні структури, які частково охоплюють насіння, подібно до жолудів або каштанів (хоча девонські купули не мають того самого походження, що й ці сучасні), і можуть бути пов’язані з іншими методами розповсюдження, наприклад водним транспортом.

Щоб краще зрозуміти ранній механізм розповсюдження вітром, Ван і його колеги вивчили кілька скам’янілостей насіння пізнього девону, отриманих із шахти Цзяньчуань у місті Сіньхан, провінція Аньхой, Китай. З цього вони ідентифікували нове викопне насіння, Alasemenia.

Вони вперше описали характеристики Alasemenia, ретельно проаналізувавши зразки скам’янілостей, в тому числі зробивши зрізи, щоб побачити внутрішню структуру насіння. Вони виявили, що насіння Alasemenia має довжину приблизно 25-33 мм і явно не мають чашечки, на відміну від більшості інших насіння того періоду. Фактично, це одна з найдавніших відомих записів про насіння без купули, на 40 мільйонів років раніше, ніж вважалося раніше.

Структурний аналіз Alasemenia

Кожне насіння вкрите шаром покриву, або насіннєвої шкірки, яка розходиться назовні, утворюючи три крилоподібні частки. Ці крила звужуються до кінчиків і вигинаються назовні, створюючи широкі, сплощені структури, які допомагали б насінню ловити вітер.

Потім команда порівняла Alasemenia з іншими відомими крилатими насіннями пізнього девону: Warstenia та Guazia. Обидва ці насіння мають по чотири крила: Guazia широкі та плоскі, а Warstenia короткі та прямі. Вони провели кількісний математичний аналіз, щоб визначити, яке насіння мало найбільш ефективне розсіювання вітром. Це показало, що наявність непарної кількості крил, як в Alasemenia, забезпечує більш стабільну, високу швидкість обертання, коли насіння спускається з гілок, дозволяючи їм більш ефективно вловлювати вітер і, отже, розсіюватися далі від материнської рослини.

«Наше відкриття Alasemenia доповнює наші знання про походження стратегій поширення вітру у ранніх наземних рослин», — каже старший автор Пу Хуан, асистент наукового співробітника Нанкінського інституту геології та палеонтології Китайської академії наук, Нанкін, Китай. «У поєднанні з нашими попередніми знаннями про Guazia і Warsteinia ми робимо висновок, що крилате насіння в результаті росту покривів з’явилося як перша форма стратегії поширення вітру протягом пізнього девону, перед іншими методами, такими як парашути або шлейфи».

«За трикрилими насінням, які можна було побачити в Аласеменії під час пізнього девону, згодом з’явилися двокрилі насіння в кам’яновугільному періоді, а потім однокрилі насіння в пермі», – додає Ван.