Az élővilág történetének egyik sorsdöntő fordulata volt a növények szárazföldi megjelenése és térhódítása, amely elképesztő lendületet adott mind a modern ökoszisztémák kifejlődésének, mind a szárazföldi élővilág kibontakozásához szükséges légköri-éghajlati feltételek kialakulásának. A szárazföldi növénytakaró környezet- és éghajlatformáló tulajdonsága pedig a mai napig hatással van a bolygó minden egyes élőlényére.
A rendelkezésre álló fosszilis bizonyítékok alapján ma úgy gondoljuk, hogy valamikor az állati óidő szilur időszakának vége felé, nagyjából 430 millió éve kezdték elfoglalni a szövetes, vagy edényes növények - a mai legtöbb növény őseinek első képviselői a tengerekhez közeli, állandó vízborítású területeket, a tavak és folyók környezetét. Makrofosszíliák, azaz szemmel is látható növényi maradványok kb. 430 millió évvel ezelőttig engedik számunkra feltárni a szárazföld növényvilágának családfáját – ma egy Prágában őrzött Cooksonia lelet számít a legősibb növényi makrofosszíliának. Különböző biomarkerek segítségével azonban ennél korábbi kőzetekből is mutattak már ki növényi spórákra utaló jeleket, amely alapján úgy tűnik, hogy már a középső-ordovíciumban – azaz 470 millió éve – megjelenhettek a szárazföldön az első, májmoha-szerű növények.
Meglehetősen idegen látványt nyújthatott ekkoriban a szárazföld, de a késő szilurtól kezdve aztán a fejlettebb harasztok és korpafüvek is egyre nagyobb mennyiségben és változatosságban népesítették be a szárazföldet. Olyannyira, hogy a szilur legvégének kiterjedt növényvilágáról már kőszéntelepek is tanúskodnak. Végül a devon közepére-végére eljutott oda a növényvilág, hogy több fejlődési vonalon is megjelenhettek az nagyobb méretű növények, és kialakulhattak az első, hatalmas fáknak otthont adó erdőségek.
A paleobotanika történetének elmúlt két évszázada során komoly leletanyag halmozódott fel, amely alapján összeállt egy kép a szárazföldi növények korai evolúciójáról és életközösségéről. Van azonban egy fosszilis csoport, ami immár több, mint másfél évszázada borzolja a kedélyeket az ősnövénytan területén.

A szárazföld úttörői - kora-devon látkép, 408 millió éve (illusztráció: Jurij Priymak)

Egy igazi óriásról van szó, amely már akkor nyolc méter magasra nőtt, amikor a szárazföldi növények egyike nem ért volna még derékig sem az embernek – már, ha lett volna akkor ember. Jóval a fa méretű növények megjelenése és elterjedése előtt, a szilur időszak végén és a korai devonban élt ez az élőlény, amely korának legnagyobb élő organizmusa volt, és igazi felhőkarcolóként tornyosult minden más korai szárazföldi növény fölé.

1843-ban a Kanadai Geológiai Intézet alapítója és első igazgatója, William Edmond Logan, akiről egyébként országának legmagasabb pontját, a Mount Logan-t is elnevezték, a québec-i Gaspé-öböl mentén végzett térképező és feltáró terepi munkát, hogy a Gaspé-félsziget szénben és egyéb ásványi anyagokban ígéretes képződményeit jobban megismerhesse a tudomány.
A munkálatok során a terület 420 millió éves, alsó-devon időszaki rétegeit is feldolgozták, és az ezekből a képződményekből származó növényi fosszíliák adták az egyik első, szisztematikusan tanulmányozható leletegyüttest a devon legkorábbi szakaszának flórájából. Az itt begyűjtött kövületek között volt egy érdekes, hatalmas fatörzsre emlékeztető képződmény, aminek átmérője akár egy méter is lehetett, egykori magassága pedig meghaladhatta a nyolc métert. A földtörténet későbbi korszakainak növényvilágában ez nem lenne nagy szenzáció, hiszen a fák többsége elérheti, vagy jócskán meg is haladhatja ezt a méretet. Azonban ne felejtsük el, hogy egy olyan korban járunk, amikor minden más növény ennél jóval kisebb méretű volt, az akkori flóra egyetlen eleme – a mohák, harasztok vagy korpafűfélék egyike sem haladta meg az egy méteres magasságot. Mi lehetett hát ez a saját korát jóval megelőző, torony magasságú kakukktojás a Gaspé-öbölből?
Érdekes módon a gyűjtemény ezek után hosszú évekig a polcokon porosodott, mígnem egy másik kanadai geológus, a későbbiekben a Darwin-féle evolúciós tanokat hevesen kritizáló műveiről is híres John William Dawson el nem végezte a különös kövület tudományos vizsgálatát. A már meglévő gyűjteményt saját maga által gyűjtött példányokkal is kiegészítette, majd végül 1859-ben keresztelte el a fosszilis fajt Prototaxites logani-nak. Védelmére szóljon, hogy a paleobotanika tudománya ebben az időben nem állt még a helyzet magaslatán, ráadásul Dawson a 7 napos teremtéselmélet elkötelezett híve is volt, így nem okozott neki problémát, hogy a hatalmas kövült törzseket egy egykori tobozos nyitvatermő fa maradványainak tekintse. A nemzetség általa adott neve, a Prototaxites is erre utal, ennek jelentése ugyanis ’első, vagy ősi tiszafa’, erre a mai növényre emlékeztették őt az ősmaradvány bélyegei. Ma már tudjuk, hogy a tobozos növények első képviselői valamikor a karbon időszak vége felé, 300 millió évvel ezelőtt alakultak ki, így a Prototaxites semmiképpen nem lehetett ennek a csoportnak a képviselője. Annyiban azonban már Dawson is közel állt az igazsághoz, miszerint a kövület bizonyos képletei alapján arra a következtetésre jutott, hogy annak bizonyos részét képezhették valamilyen gomba-szerű létformák maradványai is.

 A Prototaxites metszeti rajza és egész alakos rekonstrukciója Dawson egy 1888-as tanulmányából.

Ám nem sokáig volt egyeduralkodó a Prototaxites ezen interpretációja, 1872-ben ugyanis a Londoni Természettudományi Múzeum skót botanikusa, William Carruthers tanulmányában kifejtette, hogy Dawson ötlete a nyitvatermővel kapcsolatban egyenesen nevetséges, és – annak ellenére, hogy a kövület szárazföldi eredetére már ekkor is sok bizonyíték utalt – a titokzatos ősmaradványt a tengeri algák egy csoportjába sorolta. Lelkesedése odáig fajult, hogy Dawson eredeti elnevezését, a Prototaxites nemzetséget egyenesen felülírta saját ötletével, és a fosszíliának a Nematophycus, azaz a „szálas növény” nevet adta. Annak ellenére, hogy az ezt követő bő egy évszázad során pusztán egyetlen alkalommal próbálták cáfolni a rejtélyes, törzsszerű maradvány alga-mivoltát, a Nematophycus nevet végül hivatalosan nem fogadták el, és a tudományos nomenklatúrában a mai napig a szintén helytelen rendszertani besorolás nyomán megalkotott Prototaxites, ’ősi tiszafa’ név alatt találhatjuk meg ezt a fosszilis nemzetséget.
A fent említett egyetlen cáfolat még 1919-ben érkezett. Ekkor vetette fel egy szintén brit botanikus, Arthur Harry Church, hogy a Prototaxites felépítése és egykori élőhelyének ismert jellemzői akkor nyernek értelmet, ha azt feltételezzük, hogy valamiféle gomba volt. Sajnos az elgondolás – talán a háború utáni állapotok hatására – teljes apátiával szembesült a kor tudományos közegében, és a huszadik század hátralévő részében már nem is történt semmi érdemleges a Prototaxites kutatásának háza táján. Továbbra is kétséges maradt, hogy ez a hatalmas monstrum – amelynek példányai aztán a késő-szilurtól a késő-devonig terjedő időszak kőzeteiből több lelőhelyről is előkerültek – egy hínárszerű alga, egy méretes gomba vagy valamilyen zúzmóféle maradványa lehet-e.

A kutatás aztán az új évezred beköszöntével ismét fellendült.

A washingtoni Smithsonian Intézet Természettudományi Múzeumának munkatársa, Francis Hueber – a fosszília keresztapjához, Dawsonhoz hasonlóan – saját gyűjtésű példányokat vizsgált, de ő nem csak Kanadából, hanem ausztrál és szaúd-arábiai lelőhelyekről is. Miután szorgalmasan többszáz vékony darabra vágta és csiszolta őket, Dawsonhoz hasonlóan ő is figyelmes lett a Prototaxites kövületeinek érdekes, nagyon apró, csőszerű képleteire, amelyek elektronmikroszkóp alatt úgy néztek ki, mint a mai gombák hifái, azaz gombafonalai. Ezek a gombafonalak micéliumokba rendeződve, az élőlény fő testéből kiindulva hatalmas hálózatot is létrehozhatnak, ami – a mai gombák egy részének esetében – más növényekkel való hasznos együttéléssel, szimbiózissal is járhat. Ennek egyik napjainkban sokat emlegetett változata a mikorrhiza.

Egy mai gomba felépítése a gombafonalakkal (hyphae) és azok föld alatti hálózatával, a micéliummal (forrás: Katrin Tazelaar, Hogeschool INHolland)

2001-ben megjelent tanulmányában az alaktani jegyek alapján tehát Hueber arra a következtetésre jutott, hogy a Prototaxites gomba volt. A későbbiekben ezt a tanulmányt újabb kutatások követték, és ezúttal a morfológia mellett a modern biogeokémiai ismereteket is segítségül hívták. Egy 2007-ben publikált vizsgálat során a maradványok szénizotópos összetételét vizsgálták, és jutottak a 2001-essel azonos eredményre. A kutatás alapját az képezte, hogy a növényekben – mivel minden esetben ugyanonnan, a légkör CO² tartalmából nyerik a szenet – javarészt azonos tömegszámú izotópok találhatók, mint pl. ¹²C és ¹³C. Ha egy létforma nem fotoszintetizál, hanem heterotróf módon táplálkozik, tehát szerves anyagokat használ a túléléséhez szükséges kémiai energia biztosításához – például az állatok vagy a gombák –, a szenet az elfogyasztott szerves anyagból nyeri. Ebben az esetben a rendelkezésre álló táplálék függvényében változik a szénizotópok aránya is. Előszedték hát a lehető legtöbb, különféle lelőhelyekről és korokból származó Prototaxites fosszíliát, és részletes szénizotópos analízist végeztek rajtuk, figyelembe véve a későbbi, geológiai eredetű eltéréseket a görbéken. További kutatások aztán ezeket az adatokat – mintegy ellenőrzésképpen – összevetették olyan ma élő gombák eredményeivel is, amelyek a szilur végének kezdetleges, pionír társuláséihoz hasonló környezetben élnek. Az eredmény megfelelt a várakozásoknak: a szénizotópok jelentős diverzitást mutattak a különböző helyekről és időből származó példányok esetében, amely a változó környezeti tényezőkből adódó eltérő táplálékforrásra, szaprofita életmódra enged következtetni – és egyúttal arra, hogy a Prototaxites gomba volt!

Egy hatalmas Prototaxites példány fosszíliája Szaúd-Arábiában (Forrás: Francis Hueber, 2001)

A vita azonban a mai napig nincs véglegesen lezárva. 2007 után több új munka született a Prototaxites rendszertani besorolását illetően. 2010-ben Linda E. Graham és társai egy komoly tanulmányban igyekeztek bizonyítani, hogy nem gombáról van szó, hanem a partmenti sekélytenger hullámtöréseitől, vagy más természeti erőktől szőnyeg módjára feltekeredett májmoha telepekről, olyasféle növényekről, mint amilyen a mai Marchantia. Ennek a feltételezésnek az alapját egyrészről a Prototaxites keresztmetszeteiben látható aszimmetrikus, évgyűrűhöz hasonló alakzatok, másrészről újabb szénizotópos vizsgálatok képezik. Ezt aztán még abban az évben hitelt érdemlően cáfolta egy másik kutatócsoport, érvelve a korábbi egyértelműen heterotróf életmódra utaló jelekkel, a szénizotópos vizsgálat módszertani hibáival és az új elképzelést teljesen felülíró, ám a „májmoha-elmélet” szerzői által elhallgatott anatómiai bélyegekkel. Egyúttal óvva intenek attól, hogy a Prototaxiteshez hasonló, kétséges rendszertani helyzetű és a távoli múlt ködébe vesző élőlényekkel kapcsolatban mindenáron jól beazonosítható mai analógiákat keressenek a kutatók.

Kandis Elliot illusztrációja a Prototaxitesről  mint különféle környezeti tényezők hatására szőnyegként feltekeredett májmoha telepekről - Linda Graham és társai elképzelése alapján.

Legutóbb pedig 2014-ben jelentkezett egy kutatócsoport Retallack & Lanting vezetésével, akiknek az "óriásgomba-elmélettel" kapcsolatban több ellenvetésük is volt. Amellett, hogy a gombákhoz spórák is tartoznak, azt pedig soha nem találtak a Prototaxites közelében, nem látták reálisnak egy ekkora testű heterotróf, azaz elhullott élőlények maradványaival táplálkozó organizmus létjogosultságát sem egy olyan korai, fejletlen ökoszisztémában, mint ami a szilur végén rendelkezésre állt. Elvégre egy olyan környezetben – a miniatűr korpafüvek világában – ahol minden táplálékként felhasználható élő anyag mennyisége pusztán töredéke az enni akaró organizmusénak, valóban nehéz lett volna ilyen termetesre nőni. Ők úgy gondolják, hogy a megoldás az lehet, ha a Prototaxitest egyfajta korai zuzmóként értelmezzük. A zuzmók egysejtű fonalas kék- vagy zöldmoszatok és bizonyos gombafélék együttéléséből kialakult szervezetek, amelyek ily módon kétféleképpen is tudnak táplálkozni: a moszatok fotoszintetizálnak, míg a gombafonalak heterotróf anyagcserét végeznek.

Egy biztos: bármilyen élőlénycsoporthoz is tartozott, a Prototaxites korának legnagyobb élő szervezete volt, amely létezésének 70 millió éve alatt végigkísérte a földi növényvilág kibontakozását. Amikor 430 millió éve megjelent az élet színpadán, a növények még csak kezdetleges létformaként voltak jelen a szárazföldön, míg eltűnésükkor, 360 millió évvel ezelőtt már kifejlett erdőségek, és méretükben a Prototaxitesszel versengő fák uralták a bolygót.

Valószínű, hogy kihalásukért is az egyre fejlettebb szárazföldi állat- és növényvilág lehetett a felelős. A kezdeti időkben a Prototaxites tornyait semmi nem akadályozta abban, hogy szép lassan óriássá nőjenek, de ez szép lassan a nővények előretörésével megváltozott, és bár a rendelkezésükre álló tápanyag egyre több volt, az erdők szukcessziója végleg legyűrhette őket.

***

Ha tetszett a cikk, iratkozz fel hírlevelünkre, hogy ne maradj le az új tartalmakról!

Források:

• Hueber, F.M. (2001). "Rotted wood-alga-fungus: the history and life of Prototaxites Dawson 1859". Review of Palaeobotany and Palynology. 116 (1): 123–158. doi:10.1016/S0034-6667(01)00058-6
• Boyce, K.C.; Hotton, C.L.; Fogel, M.L.; Cody, G.D.; Hazen, R.M.; Knoll, A.H.; Hueber, F.M. (May 2007). "Devonian landscape heterogeneity recorded by a giant fungus" (PDF). Geology. 35 (5): 399–402. Bibcode:2007Geo....35..399B. doi:10.1130/G23384A.1.
• A Chicagoi Egyetem sajtóközleménye a 2007-es tanulmányról
• Graham, LE, Cook, ME, Hanson, DT, Pigg, KB and Graham, JM (2010). "Structural, physiological, and stable carbon isotopic evidence that the enigmatic Paleozoic fossil Prototaxites formed from rolled liverwort mats". American Journal of Botany. 97 (2): 268–275. doi:10.3732/ajb.0900322. PMID 21622387
• Taylor, T. N.; Taylor, E. L.; Decombeix, A. -L.; Schwendemann, A.; Serbet, R.; Escapa, I.; Krings, M. (2010). "The enigmatic Devonian fossil Prototaxites is not a rolled-up liverwort mat: Comment on the paper by Graham et al. (AJB 97: 268-275)". American Journal of Botany. 97 (7): 1074. doi:10.3732/ajb.1000047
• Retallack G.J. & Landing, E. (2014). "Affinities and architecture of Devonian trunks of Prototaxites loganii". Mycologia. 106: 1143–1156. doi:10.3852/13-390. PMID 24990121
• Paul Kenrick & Peter R. Crane (1997): The origin and early evolution of plants on land. NATURE | VOL 389 | 4 SEPTEMBER 1997. Page 33-39. 
• A British Geological Survey honlapja: J D Hooker Slide Collection
• Falcon-Lang, H. (2012). Fossil “treasure trove” found in British Geological Survey vaults. Geology Today, 28(1), 26–30.

A zárvatermők eredete és kialakulása már régóta foglalkoztatja a paleobotanika tudósait. Mint a legtöbb őslénytani témájú kutatás, ez is két forrásból táplálkozik: a fosszíliák, valamint a ma élő növények tanulmányozásából. Ez utóbbi terület – mint azt mostanában többször is említettük – az elmúlt néhány évtizedben a genetikai ismeretek fejlődésével és térnyerésével forradalmi újdonságokkal szolgált. Ilyen újdonság például a genetikai kód visszafejtésével, és az evolúció időbeliségének megbecslésével foglalkozó molekuláris óra elve. Ennek ellenére nem szabad lebecsülni a jó öreg, hagyományos módszert, a fosszilis anyag vizsgálatát sem – pláne, hogy itt is komoly technológiai újításokkal találkozhatunk.

Mit tudtunk hát eddig arról, hogy mikor és hogyan alakultak ki a növények rendszertani értelemben vett országán belül azok az általunk jól ismert zárvatermők, amelyek színpompás virágba borulásuk után különféle ízletes – vagy éppen dögletes és mérgező – gyümölcsökkel és egyéb termésekkel örvendeztetik – vagy ölik – meg az állatok országának képviselőit?

Euanthus panii - az eddig ismert egyik legősibb zárvatermőként azonosítható növénymaradvány a kínai középső-jurából (forrás: Zhong-Jian Liu and Xin Wang. 2015.)

Azt eddig is tudtuk, hogy valamikor a dinoszauruszok koraként is emlegetett földtörténeti középidő során terjedtek el, de ennél pontosabb adatok nem álltak rendelkezésre. Mivel kövületek egész sora, pollenek és növényi szövetek maradványai tanúsítják, hogy a mezozoikum harmadik, befejező időszakában, a kora-kréta során, nagyjából 120-130 millió évvel ezelőtt már igen nagy diverzitásban volt jelen a csoport, ezért komoly okunk volt feltételezni, hogy az első képviselők valamikor a 210-145 millió évvel ezelőtti jura időszak során, vagy talán még azelőtt, a triászban jelenhettek meg az élet színpadán. Ez azonban csak elképzelés volt, amelyet a ma élő növények molekuláris óra vizsgálatai némileg megerősítettek ugyan, de bizonyítani nem tudtak.

A fosszilis anyag meglehetősen szűkszavú volt a krétát megelőző időszak zárvatermőivel kapcsolatban. Épp ezért sok helyen még ma is azt olvashatjuk, hogy a csoport feltételezhetően a kora-kréta során alakult ki. Ez persze nem igaz, a kora-krétában tapasztalható, kövületekkel is igazolható fajgazdagság a zárvatermők korábbi megjelenésére utal, és ma már korábbi kőzetekből, a jura középső és felső szakaszából is vannak egyértelműen zárvatermőktől, azok korai alakjaitól származó ősmaradványaink. Nem meglepő módon ezek a kövületek is – mint megannyi szenzációs újdonságot szolgáltató fosszília – Kínának a kutatók által eddig elkerült, őslénytani szempontból érintetlen területeiről kerültek elő.

És most is Kína szolgáltatta az új szenzációt: egy tavaly megkezdett munkálatokon alapuló, de teljességében csak tegnap publikált tanulmány most egy olyan új zárvatermő növény maradványait mutatja be, amelyet a Nanking régió Dél-Xiangshan formációjának alsó-jura, mintegy 174 millió éves kőzeteiből írtak le. A növényt a maradványok külső bélyegei alapján teljesen új nemzetségként és fajként határozták meg, és a Nanjinganthus dendrostyla nevet adták neki.

A Dél-Xiangshan formáció agyagpalái tömegével tartalmazták az újonnan leírt Nanjinganthus dendrostyla maradványait (forrás: NIGPAS)

A 34 kőzetlapon mintegy 264 példányban vizsgált bőséges leletanyag lehetővé tette, hogy néhány példányt alaposabban is megvizsgáljanak, gyakorlatilag elemeikre szedve azokat. Ezeket magas felbontású mikroszkópokkal, többféle szögből és nagyításban vizsgálva, az apró elemeket összetéve végül képesek voltak megalkotni az egykori növény rekonstrukcióját is. Ennek köszönhetően fedezhették fel, hogy a Nanjinganthus összefüggő, csésze alakú magházzal rendelkezett, amelyekben a külvilág viszontagságai ellen védve helyet foglalhattak a magkezdemények – tehát már valódi zárvatermő volt.

A Nanjinganthus dendrostyla rekonstrukciós rajza (forrás: NIGPAS)

A kutatók összevetették a kövületeket a nemrégiben Kína északkeleti tartományaiból előkerült, későbbi, középső- és késő-jurából származó zárvatermő leletekkel, és megállapították, hogy azokat szorosabb rokoni szálak nem fűzik a Nanjinganthushoz.
A faj leírása után a kutatók egyik új feladata azt kideríteni, hogy a zárvatermők korai alakjai között monofiletikus kapcsolat van-e – azaz a most felfedezett Nanjinganthus a későbbi zárvatermő növények őse-e –, avagy polifiletkus – tehát a Nanjinganthus a fő fejlődési vonal egy később kihalt mellékága.

Ezek az új leletek tehát újabb fosszilis bizonyítékai annak a korábbi feltételezésnek, hogy a zárvatermők őseit a krétánál jóval korábban, a jura időszakban, vagy még talán annál is korábban kell keresnünk. Az eddigi legkorábbi, teljes bizonyossággal zárvatermőként azonosítható fosszíliák korát pedig mostantól több tízmillió évvel korábbra datálhatjuk!

Források:

• Az eLife sajtóközleménye
  
• A tanulmány az eLife weboldalán

Március 21-e az erdők világnapja. Az ENSZ Közgyűlése 2012-ben fogadta el az erre vonatkozó határozatot, melynek értelmében minden évben ezen a napon emlékezünk meg az erdők és fák jelentőségéről, és a napjainkban is hatalmas károkat okozó erdőírtás elleni tiltakozás fontosságáról.  Az erdő a Föld tüdeje – szén-dioxidot köt meg, oxigént termel, árnyat ad, párologtatással hűti a Föld felszínét, az egészséges vízkörforgás egyik kulcsszereplője.

Ha visszatekintünk bolygónk 4543 millió éves történelmére, az erdő fogalmáról először talán a karbon időszak juthat eszünkbe, amely peródusban olyan irdatlan mennyiségű biomassza képződött az akkoriban a teljes Földet beterítő hatalmas erdőségekből, amely több kilométer vastagságú kőszéntelepeket eredményezett a világ több pontján – innen az időszak elnevezése is.

A tudományos kutatások eredményeként ma már megbízhatóan pontos képünk van arról, hogyan nézhettek ki ezek a buja erdők: a fenyőfélék és a zárvatermők megjelenése előtt járunk, ahol a hatalmas fák valójában óriásira, akár 30 méteresre is nőtt zsurlók, korpafüvek és páfrányok voltak. A 300-350 millió évvel ezelőtti erdőségek bizony teljesen más képett nyújtottak, és ezt most – mint egy időutazó túrázó – mi is bejárhatjuk. Egy német programozó ugyanis a tudományos eredményeket felhasználva létrehozott egy Karbon Erdő Szimulátort, amelynek segítségével, mint egy virtuális valóság eszközzel járhatunk-kelhetünk a hajdanvolt rengetegben. Ha kíváncsiak vagyunk valamelyik növény kilétére, egy kattintással ellenőrizhető a faj neve és rövid leírása.

A szimulátor, amely egyébként még alfa teszt fázisban van, letölthető ezen a linken: http://extra-life.de/index.html

Az alábbi videót pedig a Paleocast készítette kedvcsinálónak.