Растения, пережившие вымирание динозавров, извлекали азот из воздуха
Древняя линия растений, называемых саговниками, когда-то являвшаяся излюбленной пищей пасущихся динозавров, помогла поддерживать этих и других доисторических животных в течение мезозойской эры, начавшейся 252 миллиона лет назад, благодаря их обильному распространению в подлеске леса. Сегодня лишь несколько видов пальмоподобных растений выживают в тропических и субтропических средах обитания.
Как и их неуклюжие травоядные, большинство саговников вымерло. Их исчезновение из прежних мест обитания началось в конце мезозоя и продолжалось до начала кайнозойской эры, отмеченное катастрофическим воздействием астероида и вулканической активностью, которые отметили границу K-Pg 66 миллионов лет назад. Однако, в отличие от динозавров, до наших дней каким-то образом дожили несколько групп саговников.
Исследование «Изотопы азота раскрывают независимое происхождение N 2 -фиксирующего симбиоза в современных линиях саговников», опубликованное в журнале Nature Ecology & Evolution, пришло к выводу, что выжившие виды саговников полагались на симбиотические бактерии в своих корнях, которые обеспечивают их азотом для роста. Подобно современным бобовым и другим растениям, использующим азотфиксацию, эти саговники обменивают сахар с бактериями в корнях на азот, полученный из атмосферы.
Что первоначально заинтересовало ведущего автора Майкла Киппа, так это то, что ткани азотфиксирующих растений могут предоставить информацию о составе атмосферы, в которой они выросли. Он сочетает геохимию с летописью окаменелостей, чтобы попытаться понять историю климата Земли.
Уже зная, что современные саговники являются азотфиксаторами, Кипп начал анализировать некоторые очень старые окаменелости растений во время своей докторской диссертации. работать в Вашингтонском университете, чтобы посмотреть, сможет ли он по-новому взглянуть на древнюю атмосферу. Большинство старых саговников показали, что они не были азотфиксаторами, но они также оказались вымершими линиями.
«Мы поняли, что это не история об атмосфере, а история об экологии этих растений, которая менялась с течением времени», — сказал Кипп, который потратил почти десять лет на это открытие. В этом году Кипп присоединится к факультету Дьюка в качестве доцента кафедры наук о Земле и климате в Школе окружающей среды Николая, чтобы продолжить использовать летопись окаменелостей для понимания истории климата Земли, чтобы мы могли понять ее возможное будущее.
По словам Киппа, большая часть того, что мы знаем о древних атмосферах, получена в результате химических исследований древней морской жизни и отложений. Применение некоторых из этих методов к наземным растениям — это новая задача.
«На момент начала проекта не было опубликованных данных по изотопам азота в окаменевшей листве растений», — сказал Кипп. Ему потребовалось некоторое время, чтобы отточить метод и получить образцы драгоценных окаменелостей растений, которые кураторы музеев не хотели видеть испарившимися, чтобы получить данные.
«В немногих образцах окаменелостей, принадлежащих к сохранившимся (саговниковым) линиям и не таким старым — 20, 30 миллионов лет — мы видим ту же сигнатуру азота, что и сегодня», — сказал Кипп. Это означает, что их азот поступил от симбиотических бактерий. Но в более старых и вымерших окаменелостях саговников этот азотный признак отсутствовал.
Менее ясно, как фиксация азота помогла выжившим саговникам. Возможно, это помогло им пережить резкое изменение климата или, возможно, позволило им лучше конкурировать с более быстро растущими покрытосеменными растениями, которые процветали после вымирания, «или это могло быть и то, и другое».
«Это новая техника, с помощью которой мы можем сделать гораздо больше», — сказал Кипп.