Toen vaatplanten het land binnenvielen
De kolonisatie van oerlandmassa’s door de eerste planten was een belangrijke mijlpaal in de geschiedenis van de aarde. Maar tot nu toe is het niet duidelijk wanneer de eerste hogere fabrieken deze stap konden zetten. Nu leveren isotopenanalyses van kwik in oude sedimenten in Zuid-China nieuw bewijs. Ze laten zien dat de isotoopsignatuur, nauw verwant aan terrestrische vaatplanten, duidelijk herkenbaar is vanaf het begin van het Siluur, zo’n 444 miljoen jaar geleden. Volgens deze zouden de eerste vaatplanten zich toen al wijd over de aarde kunnen hebben verspreid – zo’n 14 tot 25 miljoen jaar eerder dan eerder werd aangenomen op basis van fossiele vondsten. Dit betekent dat ingrijpende veranderingen veroorzaakt door terrestrische planten eerder dan verwacht begonnen kunnen zijn.
Het eerste leven is waarschijnlijk ontstaan in de zee, of in ieder geval in een waterige habitat. Pas na honderden miljoenen jaren van evolutie begonnen de eerste wezens de landgebieden van de oeraarde te koloniseren. De eerste terrestrische organismen waren dichte, matvormende micro-organismen, gevolgd door schimmels en daarna de eerste planten in de vorm van algenachtige gezwellen. Genoomanalyses en stamboomreconstructie met behulp van de moleculaire klok geven aan dat deze stap ongeveer 515 miljoen jaar geleden in algen plaatsvond. De fossielen van deze kwetsbare vroege vegetatie hebben het echter niet overleefd en het eerste fossiele bewijs komt uit het Siluur, ongeveer 426 miljoen jaar geleden. Nadat algen verschenen, verschenen de eerste vaatplanten – hoge planten met gespecialiseerde vaatbundels en wortels die hen meer groei en droogtetolerantie gaven.
Kwikisotopen als bewijs
Maar wanneer de eerste vaatplanten zich op het land verspreidden, is nog steeds een punt van discussie. Terwijl sommige onderzoekers het verschijnen van de eerste vasculaire landplanten op ongeveer 470 miljoen jaar geleden dateren op basis van DNA-vergelijkingen, veronderstellen anderen dat uitgebreide vaatplanten op aarde pas in de late Silurische periode en misschien zelfs de late Devoon-periode verschenen. De oudste duidelijk herkenbare fossielen van terrestrische vaatplanten zijn ongeveer 420 miljoen jaar oud. Om deze discrepantie te verduidelijken, hebben Wei Yuan van de Chinese Academie van Wetenschappen en collega’s nu gezocht naar indirect bewijs van hogere planten op aarde. Ze legden uit dat “dergelijke indirecte afdrukken van terrestrische vegetatie in de vorm van organische en anorganische geochemische markeringen in de sedimenten te vinden zijn.”
Een van deze tekens zijn isotopen van kwik – atomaire varianten van dit metaal, dat bij kamertemperatuur gasvormig is en door luchtstromen over lange afstanden wordt vervoerd. Tijdens de fotosynthese nemen planten altijd kwikatomen op met lucht. Hoewel isotopen van kwik ook voorkomen in regenwater en grondwater, tonen studies aan dat planten er de voorkeur aan geven atmosferisch kwik in hun weefsels op te nemen. Door deze selectieve inwerking bevatten ze minder Hg-199 en Hg-200 dan bijvoorbeeld waterplanten of geologische bronnen. Wanneer terrestrische planten afsterven, vinden hun typische isotopenverhoudingen hun weg naar de bodem en met sedimenten naar watermassa’s en de zee. “Hg-inputs van terrestrische plantenbiomassa kunnen positieve signalen voor deze kwikisotopen die normaal in mariene sedimenten worden aangetroffen, overdrukken”, leggen Yuan en collega’s uit. Voor hun studie onderzochten ze kwikisotopen in voormalige mariene sedimenten in Zuid-China die tussen 550 en 250 miljoen jaar geleden werden afgezet.
De groene aanwezigheid is al in de overgang naar het Siluur
Analyses toonden aan dat sedimenten van het vroege Cambrium tot het Midden-Ordovicium, ongeveer 460 miljoen jaar geleden, hoge natuurlijke verhoudingen van kwikisotopen 199 en 200 bevatten – zoals verwacht. “De evolutie van ongewervelde zeedieren en andere micro-organismen gedurende deze periode veroorzaakte geen veranderingen in de effecten van kwik in mariene sedimenten”, aldus de onderzoekers. De eerste algen evolueerden op aarde, maar lieten door hun langzame groei en langzame toename van de biomassa geen duidelijke sporen achter in isotopenwaarden. Maar dat veranderde ongeveer 450 miljoen jaar geleden: “Het interval tussen het late Ordovicium en het Siluur markeerde het begin van een significant negatieve kwikisotoopsignatuur”, aldus Yuan en collega’s. “We zien deze handtekening in de context van de snelle kolonisatie en daaropvolgende verspreiding van landplanten. Omdat vaatplanten sneller groeien, meer biomassa produceren en sneller afsterven, brengen ze meer atmosferische Hg-199 en -200 over naar terrestrische reservoirs.”
Volgens de wetenschappers geven hun resultaten aan dat de vegetatie van vaatplanten al zo’n 444 miljoen jaar op aarde aanwezig is. “Onze gegevens tonen aan dat landplanten al tijdens de overgang van Ordovicium naar Siluur een diepgaande invloed hadden op terrestrische ecosystemen – hoewel er geen grote plantenfossielen uit deze periode zijn geïdentificeerd”, zeggen Yuan en zijn team. Indien bevestigd, vielen vaatplanten het aardse territorium ongeveer 14 tot 25 miljoen jaar eerder binnen dan wordt aangenomen op basis van fossiele vondsten. Bovendien duurde het blijkbaar pas in de Devoon-periode voordat vaatplanten een dichte vegetatie ontwikkelden. “Om zo’n langdurig spoor achter te laten in de kwikafdrukken van mariene sedimenten, moeten deze terrestrische pioniers vóór de komst van het Devoon wijdverbreid zijn geweest – althans in kust- en kustgebieden met een lage breedtegraad, zoals Zuid-China”, aldus de onderzoekers. schrijven.
Bron: Wei Yuan (Chinese Academie van Wetenschappen, Guiyang) et al., Science Advances, hier beschikbaar. doi: 10.1126/sciadv.ade9510
“Analist. Schepper. Zombiefanaat. Fervente reisjunkie. Popcultuurexpert. Alcoholfan.”