Studija istraživača sa Univerziteta u Lidsu pokazuje da su likofiti (primitivne biljne vrste) verovatno preživeli Perm-Trias masovno izumiranje zahvaljujući noćnoj asimilaciji CO2 sličnoj CAM fotosintezi. Analiza 485 fosilnih i živih primeraka, izotopa ugljenika iz južne Kine i klimatsko modelovanje ukazuju da je noćno otvaranje stomata smanjilo gubitke vode tokom ekstremne dnevne vrućine. Nalazi povezuju fosile sa modernim rodom Isoetes i ističu dugoročnu evolutivnu vrednost metaboličke fleksibilnosti.
Kako su primitivne biljke preživele "Veliko umiranje": noćna strategija koja im je spasila život
Fossil hunting by the research team in south China. (CREDIT: Benjamin Mills et al / University of Leeds)
Nakon najgoreg masovnog izumiranja u istoriji Zemlje – Perm-Trias događaja pre oko 252 miliona godina, poznatog kao Veliko umiranje – kopnene zajednice su doživele drastičnu preobrazbu. Dok su guste šume nestajale, jednostavniji biljni oblici iz grupe likofita zauzeli su prostor i postali dominantni u mnogim regionima.
Lycophyte reproductive cones, belonging to the genus Lepacyclotes. (CREDIT: Benjamin Mills et al / University of Leeds)
Šta su likofiti i zašto su važni?
Likofiti (lycophytes) su prastare biljke koje se razmnožavaju sporama. Novi dokazi sugerišu da su oni preživeli i prosperirali zahvaljujući drugačijem načinu fotosintetičke asimilacije ugljen-dioksida — delimičnom korišćenju noćnih, hladnijih sati za unos CO2, tj. adaptaciji sličnoj CAM fotosintezi (CAM — Crassulacean Acid Metabolism).
Lycophyte reproductive cones, belonging to the genus Lepacyclotes. (CREDIT: Benjamin Mills et al / University of Leeds)
Metode istraživanja
Tim sa Univerziteta u Lidsu kombinovao je više izvora podataka: analizu 485 primeraka fosilnih i živih sporofila (listolikih struktura koje proizvode spore), ispitivanje stabilnih izotopa ugljenika u fosilima iz južne Kine i poređenje raspodele fosila sa klimatskim modelima za Perm-Trias period. Takva multidisciplinarna kombinacija paleontologije, fiziologije i klimatologije omogućila je robustniju interpretaciju nalaza.
Representative lycophytes reconstructions from Late Permian to recent. (CREDIT: Nature Ecology & Evolution)
Ključni nalazi
Analize izotopa pokazale su da su izotopni potpisi fosilnih likofita bili dosledni obrazcu koji danas povezujemo sa CAM metabolizmom: noćnim unošenjem CO2 i njegovim skladištenjem u obliku organske kiseline za dnevnu fotosintezu. Ovo je naročito izraženo u složenim uslovima tokom samog izumiranja; kako su se uslovi kasnije popravili, razlika u izotopnim potpisima između likofita i ostalih biljaka je postepeno nestajala.
Neighbour-net of all lycopods species sporophyll. Each number at the end of each branch represents a lycopod sporophyll species. (CREDIT: Nature Ecology & Evolution)
Zašto je CAM prednost u tom periodu?
Perm-Trias period pratio je intenzivan vulkanizam (Sibirske zamke), nagli porast atmosferkog CO2 i višemilionske periode povišenih globalnih temperatura. Klimatski modeli i fosilni podaci ukazuju na prosečne dnevne maksimalne temperature iznad 40 °C u mnogim regionima, dok su apsolutni maksimumi dostizali između 45 °C i čak 60 °C u najekstremnijim uslovima. U takvim uslovima, otvaranje stomata tokom dana dovodi do velikih gubitaka vode — situacija u kojoj noćna CAM strategija drastično smanjuje isparavanje i omogućava fotosintezu bez dnevnog otvaranja stomata.
Podrška iz živog sveta
Veza između fosilnih likofita i modernih srodnika dodatno potvrđuje hipotezu: rod Isoetes (kvržice, quillworts) pokazuje fleksibilnost metabolizma i kod nekih modernih vrsta uočena je sposobnost prelaska između C3 i CAM strategija pod stresom. Fosilni rod Tomiostrobus istaknuto je kao blizak srodnik drevnih likofita iz Perm-Triasa.
Ograničenja i oprez
Autori naglašavaju da fosilni zapis nije nepogrešiv dokaz metabolizma i da faktori poput lokalnih uslova i sačuvanosti mogu uticati na izotope. Ipak, kombinacija izotopnih podataka, morfologije i klimatskog modelovanja daje najverovatnije objašnjenje: adaptivna, noćna asimilacija ugljenika pomogla je likofitima da opstanu u ekstremnim uslovima.
Širi značaj
Ovo istraživanje, objavljeno u časopisu Nature Ecology & Evolution, pokazuje da fleksibilnost metaboličkih strategija ima dugu evolutivnu istoriju i da takve strategije mogu biti ključne za opstanak biljaka tokom klimatskih kriza. Kako napominje dr Zhen Xu (Univerzitet u Lidsu), „naši podaci sugerišu da će biljke sa karakteristikama CAM fotosinteze postajati sve vrednije u slučaju globalnog porasta temperatura.”
Prof. Barry Lomax (Univerzitet u Notingemu): „Ova studija povezuje različite naučne discipline i objašnjava kako je ova jedinstvena grupa biljaka preživela Veliko umiranje.”
Zaključno, adaptacije kao što je CAM nisu samo egzotična osobina današnjih sukulenata i biljaka iz sušnih staništa — one su bile i mogući ključ za opstojnost biljnih zajednica tokom jedne od najtežih klimatskih kriza u istoriji Zemlje.
Pomozite nam da budemo bolji.
