Neues Samenfossil gibt Aufschluss über die Windausbreitung in Pflanzen

Wissenschaftler haben eines der frühesten Beispiele eines geflügelten Samens entdeckt und damit Einblicke in den Ursprung und die frühe Entwicklung von Windausbreitungsstrategien in Pflanzen gewonnen.

Die Studie, veröffentlicht In eLifebeschreibt den zweitältesten bekannten geflügelten Samen – Alasemenia – aus der späten Devon-Epoche, vor etwa 360–385 Millionen Jahren. Die Autoren verwenden eine solide mathematische Analyse, die die Herausgeber nennen, um zu zeigen, dass die dreiflügeligen Samen von Alasemenia besser an die Windausbreitung angepasst sind als ein-, zwei- und vierflügelige Samen.

Die Verbreitung von Pflanzensamen durch den Wind ist ein natürlicher Mechanismus, der es Pflanzen ermöglicht, ihre Samen über die Luft in neue Gebiete zu verbreiten. Dies trägt dazu bei, den Wettbewerb um Ressourcen zu verringern und die Überlebenschancen der Pflanze zu erhöhen. Beispiele für Windverbreitungsstrategien sind Steppenläufer, Fallschirmpflanzen wie Löwenzahn und Wolfsmilch sowie geflügelte Samen wie die des Ahornbaums, die oft als Helikoptersamen bezeichnet werden.

Die frühesten bekannten Pflanzensamen stammen aus der späten Devonzeit.

„Dieser Zeitraum markiert einen bedeutenden evolutionären Meilenstein in der Pflanzengeschichte, da sie von der sporenbasierten Fortpflanzung, wie bei Farnen und Moosen, zur samenbasierten Fortpflanzung übergingen“, erklärt Hauptautor Deming Wang, Professor am Key Laboratory of Orogenic Belts and Krustenentwicklung, Abteilung für Geologie, Peking-Universität, Peking, China. „Allerdings ist wenig über die Windausbreitung in Samen während dieser Zeit bekannt, da den meisten Fossilien Flügel fehlen und sie typischerweise von einer schützenden Näpfchenhülle umgeben sind.“

Näpfchen sind becherförmige Strukturen, die teilweise Samen umschließen, ähnlich wie bei Eicheln oder Kastanien (obwohl die devonischen Näpfchen nicht denselben Ursprung wie diese modernen haben) und könnten mit anderen Verbreitungsmethoden, wie dem Wassertransport, in Zusammenhang stehen.

Um den Mechanismus der frühen Windausbreitung besser zu verstehen, untersuchten Wang und Kollegen mehrere Samenfossilien aus dem späten Devon, die aus der Jianchuan-Mine in der Stadt Xinhang, Provinz Anhui, China, stammen. Daraus identifizierten sie einen neuen fossilen Samen, Alasemenia.

Sie beschrieben zunächst die Eigenschaften von Alasemenia, indem sie die Fossilienproben sorgfältig analysierten und Schnitte anfertigten, um die inneren Strukturen des Samens zu betrachten. Sie fanden heraus, dass Alasemenia-Samen etwa 25–33 mm lang sind und im Gegensatz zu den meisten anderen Samen dieser Zeit eindeutig keine Näpfchen besitzen.

Tatsächlich handelt es sich hierbei um eine der ältesten bekannten Aufzeichnungen über einen Samen ohne Näpfchen, und zwar 40 Millionen Jahre früher als bisher angenommen. Jeder Samen ist von einer Hülle oder Samenschale bedeckt, die strahlenförmig nach außen verläuft und drei flügelartige Lappen bildet. Diese Flügel verjüngen sich zu den Spitzen hin und krümmen sich nach außen, wodurch breite, abgeflachte Strukturen entstehen, die den Samen geholfen hätten, den Wind einzufangen.

Anschließend verglich das Team Alasemenia mit den anderen bekannten geflügelten Samen aus dem späten Devon: Warstenia und Guazia. Beide Samen haben vier Flügel: Guazia ist breit und flach und Warstenia ist kurz und gerade.

Die Forscher führten eine quantitative mathematische Analyse durch, um zu bestimmen, welches Saatgut die effektivste Windausbreitung aufwies. Dies ergab, dass eine ungerade Anzahl von Flügeln, wie bei Alasemenia, eine stabilere, höhere Rotationsgeschwindigkeit ermöglicht, wenn die Samen von ihren Zweigen herabsteigen, sodass sie den Wind effektiver einfangen und sich daher weiter von der Mutterpflanze entfernen können.

„Unsere Entdeckung von Alasemenia erweitert unser Wissen über die Ursprünge von Windausbreitungsstrategien in frühen Landpflanzen“, sagt der leitende Autor Pu Huang, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Nanjing-Institut für Geologie und Paläontologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Nanjing, China.

„In Kombination mit unserem bisherigen Wissen über Guazia und Warsteinia kommen wir zu dem Schluss, dass geflügelte Samen als Ergebnis des Hautwachstums als erste Form der Windausbreitungsstrategie im späten Devon entstanden, noch vor anderen Methoden wie Fallschirmen oder Federn.“

„Auf die dreiflügeligen Samen, die im späten Devon in Alasemenien zu sehen waren, folgten im Karbon zweiflügelige Samen und im Perm dann einflügelige Samen“, fügt Wang hinzu.