Ученые обнаружили один из древнейших образцов крылатых семян, получив информацию о происхождении и ранней эволюции стратегий распространения ветром у растений.
Исследование, опубликованное в eLife, описывает второе по раннему известному крылатое семя — Alasemenia — из позднедевонской эпохи, примерно 360–385 миллионов лет назад. Авторы используют то, что называют солидным математическим анализом, чтобы продемонстрировать, что трехкрылые семена Alasemenia более приспособлены к распространению ветром, чем одно-, двух- и четырехкрылые семена.
Распространение семян растений ветром — это естественный механизм, который позволяет растениям распространять свои семена по воздуху на новые территории. Это помогает снизить конкуренцию за ресурсы, увеличивая шансы растения на выживание. Примерами стратегий распространения ветром являются перекати-поле, парашюты, такие как одуванчики и молочаи, и крылатые семена, такие как семена клена, часто называемые семенами-вертолетами.
Самые ранние известные семена растений относятся к позднедевонскому периоду.
«Этот период знаменует собой важную эволюционную веху в истории растений, поскольку они перешли от спорового размножения, как у папоротников и мхов, к семенному», — объясняет ведущий автор Деминг Ван из Пекинского университета. «Однако мало что известно о ветровом распространении семян в это время, поскольку у большинства ископаемых нет крыльев, и они, как правило, окружены защитной купулой».
Купулы — это чашеобразные структуры, частично заключающие в себе семена, как у желудей или каштанов (хотя девонские купулы имеют иное происхождение, чем современные), и могут быть связаны с другими способами распространения, такими как транспортировка по воде.
Чтобы лучше понять ранний механизм распространения ветра, Ван и его коллеги изучили несколько ископаемых семян позднего девона, полученных из шахты Цзяньчуань в городе Синьхан, провинция Аньхой, Китай. Из этого они идентифицировали новое ископаемое семя, Alasemenia.
Они впервые описали характеристики Alasemenia, тщательно проанализировав образцы ископаемых, включая изготовление срезов для просмотра внутренней структуры семян. Они обнаружили, что семена Alasemenia имеют длину около 25–33 мм и явно лишены купулы, в отличие от большинства других семян того периода.
Фактически, это одно из самых древних известных упоминаний о семени без купулы, на 40 миллионов лет раньше, чем считалось ранее. Каждое семя покрыто слоем интегумента, или семенной кожуры, которая расходится наружу, образуя три крыловидных лопасти. Эти крылья сужаются к кончикам и изгибаются наружу, создавая широкие, сплющенные структуры, которые могли бы помочь семенам поймать ветер.
Затем команда сравнила Alasemenia с другими известными крылатыми семенами из позднего девона: Warstenia и Guazia. Оба этих семени имеют четыре крыла — у Guazia они широкие и плоские, а у Warstenia — короткие и прямые.
Исследователи провели количественный математический анализ, чтобы определить, какое семя имеет наиболее эффективное рассеивание ветром. Это показало, что наличие нечетного числа крыльев, как у Alasemenia, обеспечивает более стабильную, высокую скорость вращения, когда семена спускаются с ветвей, позволяя им более эффективно улавливать ветер и, следовательно, рассеиваться дальше от родительского растения.
«Наше открытие Alasemenia расширяет наши знания о происхождении стратегий ветрового распространения у ранних наземных растений», — говорит старший автор исследования Пу Хуан из Китайской академии наук. «В сочетании с нашими предыдущими знаниями о Guazia и Warsteinia мы приходим к выводу, что крылатые семена, образовавшиеся в результате разрастания покровов, возникли как первая форма стратегии ветрового распространения в позднем девоне, до появления других методов, таких как парашюты или плюмы».
«За семенами с тремя крыльями, обнаруженными в аласемении в позднем девоне, впоследствии, в каменноугольный период, должны были появиться семена с двумя крыльями, а затем, в пермский период, — семена с одним крылом», — добавляет Ван.
