Eine Isotopenstudie zeigt, dass Gefäßpflanzen das Land im frühen Silur ausgiebig besiedelt hatten

Die Besiedlung und Ausbreitung von Pflanzen an Land sind ein prägender Meilenstein für den Weg des Lebens auf der Erde. Die terrestrische Besiedlung wurde einer Reihe bedeutender Innovationen in den Plänen, der Anatomie und der Biochemie des Pflanzenkörpers zugeschrieben, die die globalen biogeochemischen Kreisläufe und das Klima veränderten.

Es ist entscheidend, den Beginn zu identifizieren und die Ausbreitung dieser frühesten Landpflanzen zu verfolgen. Der genaue Zeitpunkt der Landbesiedlung durch Gefäßpflanzen bleibt jedoch umstritten, da frühe Landpflanzen-Megafossilien, schlechte stratigraphische Kontrollen ihrer Verteilung und die mit Berechnungen der molekularen Uhr verbundenen Unsicherheiten zu verzeichnen sind.

Kürzlich haben Wissenschaftler um Prof. Chen Daizhao vom Institut für Geologie und Geophysik und Prof. Feng Xinbin vom Institut für Geochemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) anhand eines Quecksilberisotops nachgewiesen, dass Gefäßpflanzen bereits großflächig Land besiedelt hatten das frühe Silur (~444 Ma). Diese Arbeit wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte am 28.04.

An der Studie waren auch Forscher des Xishuangbanna Tropical Botanical Garden des CAS, des Nanjing Institute of Geology and Paleontology des CAS, des Chinese Geological Survey, der Open University, UK, und des College of Charleston, USA, beteiligt.

Quecksilber (Hg) ist das einzige Schwermetallelement, das unter natürlichen Bedingungen flüssig ist. Es wird auch in gasförmiger elementarer Form (Hg0) über den atmosphärischen Kreislauf weltweit transportiert. Die wichtigste Erkenntnis über den modernen Hg-Kreislauf in den Wäldern der letzten Jahrzehnte war, dass Hg in der Vegetation aus der atmosphärischen Hg0-Assimilation über die Blätter stammt und nicht aus Niederschlags-Hg oder geologischem Hg-Transport.

Landvegetation überträgt vorzugsweise atmosphärisches Hg0, das deutliche negative ungerade massenunabhängige Fraktionierung (ungerade MIF, angegeben als Δ199Hg) und gerade MIF (angegeben als Δ200Hg) aufweist, in terrestrische Ökosysteme. Als sich Landpflanzen ausbreiteten und die Verwitterung in terrestrischen Umgebungen beeinflussten, wurde Hg, das diese einzigartigen negativen Δ199Hg- und Δ200Hg-Werte enthielt, in küstennahe Meeresumgebungen transportiert, die ursprünglich signifikante positive Signaturen zeigten. Daher bieten die geologischen Aufzeichnungen dieser Isotopensysteme möglicherweise einen neuartigen Tracer, um die Besiedlung und Ausbreitung von Pflanzen an Land zu verfolgen.

In dieser Studie verwendeten die Forscher Hg-Stabilisotopendaten aus marinen Sedimenten vom Kambrium bis zum Perm aus verschiedenen Ablagerungsfazies, die in Südchina gesammelt wurden, um zwei Episoden deutlicher negativer Abweichungen sowohl bei den ungeraden als auch bei den geraden MIF-Werten auf der Bühnenebene in hervorzuheben Silur und Karbon.

Sie erstellten ein numerisches Modell, um säkulare Schwankungen im Beitrag von terrestrischen Organismen für das Paläozoikum zu quantifizieren. Sie fanden heraus, dass die Ergebnisse die ausgedehnte Ausbreitung früher Gefäßpflanzen im frühen Silur auf etwa 444 Ma in der Zeit zurückdrängten, zumindest in Gebieten mit niedrigen Breiten wie Südchina – ein Zeitraum, der deutlich früher ist als das erste bekannte Makrofossil von a Gefäßpflanze.

Die Studie verband die paläozoische Expansion terrestrischer Organismen, insbesondere Gefäßpflanzen, mit der Co-Evolution einer Reihe von Erdsystemen, insbesondere der Atmosphäre, Ozeane, Verwitterungsprozesse und geochemischen Merkmale.