Fossilfund in Kalifornien erschüttert die Naturgeschichte von Palmfarnen

Palmfarne, eine Gruppe von Gymnospermen, die Miniaturpalmen ähneln können (wie die beliebte Sagopalmen-Zimmerpflanze), galten lange Zeit als „lebende Fossilien“, eine Gruppe, die sich seit der Zeit der Dinosaurier minimal entwickelt hatte. Jetzt hat ein gut erhaltener 80 Millionen Jahre alter Pollenkegel, der in Kalifornien entdeckt wurde, das wissenschaftliche Verständnis der Pflanzen neu geschrieben.

Die Ergebnisse werden in einem Artikel von zwei Paläobotanikern der University of Kansas, der gerade in der Zeitschrift veröffentlicht wurde, detailliert beschrieben Neuer Phytologe.

„Palmfarne sind nicht sehr bekannt, machen aber einen bedeutenden Teil der Pflanzenvielfalt aus und machen etwa 25 % aller Gymnospermen aus“, sagte Hauptautor Andres Elgorriaga, Postdoktorand am KU Department of Ecology & Evolutionary Biology und KU Biodiversity Institute and Naturkundemuseum.

„Palmfarne sind Pflanzen mit dicken Stängeln und kleiner Statur, mit dicken, palmenähnlichen Blättern an der Spitze. Sie produzieren Zapfen wie Tannenzapfen und sind mit anderen samentragenden Pflanzen verwandt, die ebenfalls keine Blüten produzieren, wie Ginkgo und der Affe Puzzlebaum. Aber sie sind auch stark gefährdet, mit dem höchsten Gefährdungsgrad unter allen Pflanzengruppen. Der Handel mit Palmfarnen ist ebenfalls ein bedeutendes Problem.“

Trotz ihrer Bedeutung haben ein Mangel an fossilen Beweisen und Verwirrung über die Klassifizierung einiger fossiler Exemplare im Laufe der Jahre zu einem düsteren wissenschaftlichen Verständnis der Evolutionsgeschichte der Pflanzen geführt. Eine prominente Idee war, dass Palmfarne heute fast identisch mit ihren prähistorischen Vorfahren sind.

„Die vorherrschende Lehrmeinung ist, dass sich Palmfarne in der tiefen Zeit nicht wesentlich verändert haben“, sagte Co-Autor Brian Atkinson, Assistenzprofessor für Ökologie und Evolutionsbiologie und Kurator für Paläobotanik am KU Biodiversity Institute and Natural History Museum.

„Aber der Fossilienbestand von Palmfarnen ist kaum verstanden, und viele Dinge, die als Palmfarne bezeichnet wurden, haben sich als überhaupt keine Palmfarne herausgestellt. Hier haben wir einen dreidimensional erhaltenen Kegel, der eindeutig Palmfarnen zuzuordnen ist, weil er eine innere Anatomie und Pollen hat Körner, die für diese Gruppe typisch sind. Die äußere Morphologie dieses Pollenkegels unterscheidet sich jedoch von heute lebenden Palmfarnen. Dieser Befund deutet darauf hin, dass Palmfarne nicht wirklich „lebende Fossilien“ sind und wahrscheinlich eine dynamischere Evolutionsgeschichte haben als bisher angenommen.“

Laut den KU-Forschern erzählt ihre Analyse eines 80 Millionen Jahre alten permineralisierten Pollenkegels, der in der kampanischen Holz-Schieferformation im kalifornischen Silverado Canyon gefunden wurde, eine genauere Naturgeschichte der Palmfarne – eine, in der sich die Pflanzen während der Kreidezeit diversifizierten .

„Mit dieser Art von Entdeckung stellen wir fest, dass es zu dieser Zeit Palmfarne gab, die sich in ihrer Größe, in ihrer Anzahl von Pollensäcken und in vielen Dingen wirklich von den heutigen unterschieden“, sagte Elgorriaga. „Vielleicht haben wir auch nicht so viele Cycad-Fossilien gefunden – oder vielleicht finden wir sie, aber wir erkennen sie einfach nicht, weil sie so anders waren als heute. Sie sind keine ‚lebenden Fossilien‘. Früher waren sie anders.“

Um ihre Analyse durchzuführen, untersuchten Elgorriaga und Atkinson die Architektur des Kegels der Probe, anatomische Details und die Organisation der Gefäße mithilfe von seriellen Schnitten, Rasterelektronenmikroskopie und 3D-Rekonstruktion. Sie führten auch eine Reihe evolutionärer Analysen durch, um das Fossil in den Cycad-Stammbaum einzuordnen.

Sie stützten sich teilweise auf die Formen der Kegelschuppen, Pollen und Pollensäcke und ordneten die alte Pflanze Skyttegaardia, a kürzlich beschriebene Gattung basierend auf isolierten Kegelschuppen, die in Dänemark gefunden und in die frühe Kreidezeit (vor etwa 125 Millionen Jahren) datiert wurden. Darüber hinaus beseitigen sie einige anfängliche Zweifel an der Platzierung der neuen Gattung in der Cycad-Gruppe.

„Die 3D-Rekonstruktion war auffällig, weil sie nur zwei Pollensäcke pro Kegelschuppe hatte und die Form dieser Kegelschuppe uns an ein aus Skandinavien beschriebenes Fossil namens Skyttegaardia erinnerte“, sagte Atkinson. „Es gab viele Ähnlichkeiten, aber das Original in Skandinavien wurde erst 2021 auf der Grundlage isolierter Zapfenschuppen beschrieben. Sie untersuchten vorsichtig die Idee, dass das Fossil zu Palmfarnen gehörte, fühlten sich jedoch unwohl, dies fest zu folgern, vor allem, weil es nur zwei Pollensäcke pro Zapfen hatte Maßstab – während Cycads heute 20 bis 700 haben. Die meisten Cycad-Pollenkegel sind ziemlich groß, während dieses Fossil nur einen halben Zentimeter lang war.“

Mit den zusätzlichen Informationen aus der neuen fossilen Pflanze waren die KU-Forscher „ziemlich zuversichtlich“ in ihrer phylogenetischen Analyse, die die positive Beziehung von Skyttegaardia zu Palmfarnen zeigte.

Die Forscher sagten, ihre Beschreibung der Urpflanze zeige, wie die Paläobotanik uns mehr darüber sagen kann, wie die Natur in der tiefen Zeit funktioniert.

„Dies zeigt uns, dass die Informationen, die wir aus dem Fossilienbestand sammeln, einen großen Einfluss auf unser Verständnis von Evolutionsmustern haben“, sagte Atkinson. „Die Zeit kann genau wie Fossilien Einsichten offenbaren, die aus der Untersuchung lebender Pflanzen oder Organismen nicht ersichtlich sind. Diese Fallstudie ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie Fossilien über längere Zeiträume zu unserem Verständnis der Evolution beitragen können.“