La colonisation et l’expansion des plantes sur terre représentent un jalon déterminant pour le chemin de la vie sur Terre. La colonisation terrestre a été attribuée à une série d’innovations majeures dans les plans corporels, l’anatomie et la biochimie des plantes qui ont transformé les cycles biogéochimiques et les climats mondiaux.
Il est crucial d’identifier l’apparition et de suivre l’expansion de ces premières plantes terrestres. Cependant, le moment précis de la colonisation des terres par les plantes vasculaires reste controversé en raison de la rareté des mégafossiles de plantes terrestres précoces, des faibles contrôles stratigraphiques sur leur distribution et des incertitudes associées aux calculs d’horloge moléculaire.
Récemment, des scientifiques dirigés par le professeur Chen Daizhao de l’Institut de géologie et de géophysique et le professeur Feng Xinbin de l’Institut de géochimie de l’Académie chinoise des sciences (CAS) ont utilisé un isotope du mercure pour prouver que les plantes vasculaires avaient déjà largement colonisé les terres par le début du Silurien (~444 Ma). Ce travail a été publié dans Avancées scientifiques le 28 avril.
Des chercheurs du Jardin botanique tropical de Xishuangbanna du CAS, de l’Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing du CAS, du Chinese Geological Survey, de l’Open University, au Royaume-Uni, et du College of Charleston, aux États-Unis, ont également participé à l’étude.
Le mercure (Hg) est le seul élément métallique lourd liquide dans des conditions naturelles. Il est également transporté à l’échelle mondiale sous forme élémentaire gazeuse (Hg0) via la circulation atmosphérique. La réalisation la plus importante sur le cycle du Hg dans la forêt moderne au cours des dernières décennies a été que le Hg dans la végétation est dérivé de l’assimilation atmosphérique du Hg0 via les feuilles plutôt que des précipitations du Hg ou du transport géologique du Hg.
La végétation terrestre transfère préférentiellement le Hg0 atmosphérique, qui affiche des signatures distinctes négatives de fractionnement indépendant de la masse impaire (ODD-MIF, signalé comme Δ199Hg) et pair-MIF (rapporté comme Δ200Hg), dans les écosystèmes terrestres. Au fur et à mesure que les plantes terrestres se développaient et affectaient les intempéries dans les environnements terrestres, le Hg contenant ces valeurs négatives uniques de Δ199Hg et Δ200Hg serait transporté vers les environnements marins côtiers, qui présentaient principalement des signatures positives significatives. Par conséquent, l’enregistrement géologique de ces systèmes isotopiques fournit potentiellement un nouveau traceur pour suivre la colonisation et l’expansion des plantes sur terre.
Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé des données sur les isotopes stables du Hg provenant de sédiments marins allant du Cambrien au Permien à partir de différents faciès de dépôt collectés dans le sud de la Chine pour mettre en évidence deux épisodes d’excursions négatives distinctes dans les valeurs MIF impaires et paires au niveau du stade dans le Silurien et Carbonifère.
Ils ont établi un modèle numérique pour quantifier les variations séculaires de la contribution des organismes terrestres pour le Paléozoïque. Ils ont constaté que les résultats ont repoussé dans le temps la propagation extensive des premières plantes vasculaires à environ 444 Ma au début du Silurien, au moins dans les régions de basse latitude comme la Chine du Sud, une période bien antérieure au premier macrofossile connu d’un plante vasculaire.
L’étude a lié l’expansion paléozoïque des organismes terrestres, notamment les plantes vasculaires, à la co-évolution d’une gamme de systèmes terrestres, en particulier ceux de l’atmosphère, des océans, des processus d’altération et des caractéristiques géochimiques.
Plus d’information:
Wei Yuan et al, les isotopes du mercure montrent que les plantes vasculaires ont largement colonisé les terres au début du Silurien, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.ade9510. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade9510