Новое ископаемое семя проливает свет на распространение растений ветром

Учёные обнаружили один из древнейших примеров крылатого семени, что даёт представление о происхождении и ранней эволюции стратегий распространения растений ветром.

Исследование, опубликованное в eLife, описывает второе по древности известное крылатое семя — Alasemenia — из позднедевонской эпохи, примерно 360–385 миллионов лет назад. Авторы используют, по мнению редакции, солидный математический анализ, чтобы показать, что трёхкрылые семена Alasemenia лучше приспособлены к распространению ветром, чем одно-, двух- и четырёхкрылые.

Распространение семян ветром — естественный механизм, позволяющий растениям расселять семена по воздуху на новые территории. Это помогает снизить конкуренцию за ресурсы и повышает шансы растения на выживание. Примеры таких стратегий: перекати-поле, парашюты (как у одуванчика или ваточника) и крылатые семена (как у клёна, часто называемые «вертолётиками»).

Самые ранние известные семена растений датируются поздним девоном.

«Этот период знаменует важную эволюционную веху в истории растений — переход от размножения спорами (как у папоротников и мхов) к семенному размножению, — объясняет ведущий автор Демин Ван, профессор Пекинского университета. — Однако о распространении семян ветром в то время известно мало, поскольку большинство ископаемых семян не имеют крыльев и обычно окружены защитной купулой».

Купулы — это чашевидные структуры, частично окружающие семя (как у жёлудя или каштана, хотя девонские купулы имеют иное происхождение). Они могли быть связаны с другими способами распространения, например, водой.

Чтобы лучше понять ранние механизмы распространения ветром, Ван и коллеги изучили несколько ископаемых семян позднего девона из карьера Цзяньчуань в провинции Аньхой, Китай. Среди них они идентифицировали новый вид — Alasemenia.

Учёные описали характеристики Alasemenia, тщательно проанализировав образцы, включая изготовление срезов для изучения внутренней структуры. 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 одна из древнейших известных находок семени без купулы — на 40 миллионов лет раньше, чем считалось. Каждое семя покрыто слоем интегумента (семенной кожуры), который расходится наружу, образуя три крыловидные лопасти. Эти крылья сужаются к концам и изгибаются наружу, создавая широкие уплощённые структуры, которые помогали семенам ловить ветер.

Затем команда сравнила Alasemenia с другими известными крылатыми семенами позднего девона: Warstenia и Guazia. Оба этих семени имеют четыре крыла — широкие и плоские у Guazia и короткие прямые у Warstenia.

Исследователи провели количественный математический анализ, чтобы определить, какое семя было наиболее эффективно для распространения ветром. Он показал, что нечётное число крыльев, как у Alasemenia, обеспечивает более стабильную и высокую скорость вращения при падении семени с ветки. Это позволяет им эффективнее ловить ветер и, следовательно, улетать дальше от родительского растения.

«Наше открытие Alasemenia расширяет знания о происхождении стратегий распространения ветром у ранних наземных растений, — говорит старший автор Пу Хуан из Нанкинского института геологии и палеонтологии. — В сочетании с предыдущими данными о Guazia и Warsteinia мы заключаем, что крылатые семена как результат разрастания интегумента стали первой формой стратегии распространения ветром в позднем девоне, до появления других методов, таких как парашюты или хохолки».

«Трёхкрылые семена, обнаруженные у Alasemenia в позднем девоне, впоследствии сменились двухкрылыми в каменноугольном периоде, а затем — однокрылыми в пермском», — добавляет Ван.