Több millió éve szélsőséges környezethez fejlődtek a zsurlók

Egy új vizsgálat szerint, a zsurlók evolúciós történelme egészen a kései jura korszakig nyúlik vissza.

Több mint 100 millió évvel ezelőtt, a néhai mezozoikumi erdők alját az Equisetopsida (Zsurlóalakúak) osztály növényeinek változatos csoportja uralta. Jelenleg ezen csoportból csak egy, az Equisetum nemzetség maradt fenn, mely elsődleges jelölt a szárazföldi növények legidősebb, ma is élő nemzetségére.

Az Equisetum nemzetség evolúciós kezdeteit érintően van még némi vita. A molekuláris kormeghatározás a nemzetség 15, ma is élő fajának szétválását mintegy 65 millió évvel ezelőtti időpontra helyezi, ám a fosszilis adatok azt sugallják, hogy ennél korábban ment végbe a folyamat, talán 136 milliárd éve. Egy megkövesedett, új Equisetum faj felfedezése most a nemzetséget 150 milliárd évre helyezi, egy olyan környezetbe, ahol ma is megtalálható, hőforrások mellé.  

A hőforrás-ökoszisztémák és azok megkövesedési folyamata Alan Channing geobiológus kutatási érdeklődésének fő területe. A skót kutató és argentin csapata az Equisetum egyik fajának bőséges, megkövesedett maradványait fedezte fel Patagónia déli részén. Felismerték, hogy ezek a fosszíliák nemcsak fényt vethetnek az ősi növények ezen csoportjának filogenetikai korára, hanem arról is árulkodhatnak, miként éltek, milyen típusú környezethez adaptálódtak, és milyen volt ökológiájuk, valamint fiziológiájuk. Azt is szerették volna kideríteni, ezek az aspektusok mennyire illeszkedhetnek az Equisetum ma is élő fajainál fennálltakhoz, különösen azoknál, melyek ma is hasonló környezetben élnek. Az eredmények az American Journal of Botany folyóiratban jelentek meg.    

Amikor a csapat először kezdett el munkálkodni a Santa Cruz provinciában található Deseado masszívumnál, nem tudták, hogy fosszilis növényeket találnak majd. Ám a San Agustin Farmon majdnem teljesen ép, és rendkívül jó állapotban felszínre került, jura kori megkövesedett hőforrásos üledékek néhány lenyűgöző felfedezéshez vezettek. Ezek közül az egyik maga a hőforrás volt. Az ilyen üledékek rendkívül ritka leletnek számítanak a fosszilis adatok között, és még ritkábbak a miocén korinál idősebb leletek. 

Az egyik érdekes eredmény az Equisetum egyik fajának nagy mennyiségű, megkövesedett maradványa volt. Nemcsak léggyökerek sűrű csoportját fedezték fel, hanem szervek igen széles választékát is, többek között gyökereket, gyökértörzseket, ágakat, tenyészőcsúcsokat és úgynevezett sporofillum – spórák létrehozásához módosult levelek – füzéreket.

Channing szerint, mivel ezek a növények hőforrás közelében helyezkedtek el, a normál megőrződési folyamatokat sejtszintű, ásványokkal történő átitatódás folyamata váltotta fel. „Ennek során a növényi szövetekbe és sejtekbe oldott kovasavat tartalmazó víz hatol be, mely még a növényi bomlás előtt kicsapódott, és a teljes élőlény lenyűgöző, háromdimenziós megőrződését eredményezte.”  

A kutatók eső alkalommal tudták részletesen meghatározni a jura kori zsurló anatómiáját és morfológiáját. Felfedezték, hogy a fosszilizálódott zsurló anatómiája és alakja számos szempontból megkülönböztethetetlen a ma két alnemzetségben - Equisetum és Hippochaete - élő fajokétól. Példának okáért örökzöld volt, egyetlen egyenes tőből nőtt felfelé, és dupla kéreghatára volt. Azonban rendelkezett néhány jellegzetességgel, mely egyetlen ma élő, és az Equisetum fosszilis fajainál sem található meg, ami igazolta az új faj - Equisetum thermale – megszületését.   

Az eredmények alátámasztják az elméletet, miszerint ez a nemzetség igen ősi, és igen kevés evolúciós innováción esett át az utóbbi 150 millió évben. Azonban a leletnek nem ez az egyetlen izgalmas aspektusa. Mivel az E. thermale életszerű pozícióban maradt fenn geotermálisan befolyásolt élőhelyén, Channing és csapata számos dolgot ki tudott következtetni élőhelyéről, az elviselt stresszről, és stressztűrő képességének lehetséges mechanizmusairól. Emellett morfológiai jellegzetességeit össze tudták hasonlítani a mai Equisetum fajokkal, és következtetésekre jutottak a fosszilis faj ökológiáját illetően is.

Szerintük az E. thermale anatómiája azt sugallja, hogy mind a nedves, mind a szárazabb környezethez alkalmazkodott. Például szárában és gyökértörzsében kiterjedt léghálózat volt, mely vízzel elárasztott gyökérrendszere számára légmozgást biztosított. "A hőforrások természetesen hőstresszt okozhatnak. A víz emellett magas pH értékű, lúgos, emellett oldott sókat és nehézfémeket tartalmazhat, melyek mérgezőek lehetnek a növények számára. Ezek a tényezők azt jelentik, hogy a helyi növények fiziológiai kiszáradást élhetnek át, mivel a vízfelvétel egyben azt is jelenti, hogy nő a sófelvételük – és általában olyan anatómiai jellegzetességgel rendelkeznek, amely segít csökkenteni a vízveszteséget a felszín és a növény párolgása során.”

A kutató szerint az E. thermale számos olyan tulajdonságot is hordozott, melyek csökkenthették a vízvesztést. Kéreghatára vaskos külső falakkal, jól fejlett felhámmal és kovasav üledékekkel rendelkezett, gázcserenyílásai jóval a szár felszíne alatt helyezkedtek el, és fedősejtek, valamint kovasav üledékek védték őket. A kutatók szerint ezen adaptációk a ma élő növényeknél is megtalálhatóak, és azt mutatják, hogy a nemzetség sikeres túlélőkészletet fejlesztett ki az extrém környezethez, már évmilliókkal ezelőtt.