Исследование изотопов показывает, что сосудистые растения уже широко колонизировали сушу к раннему силуру

Колонизация и расширение растений на суше стали определяющей вехой в истории жизни на Земле. Этот процесс связывают с серией крупных инноваций в строении тела, анатомии и биохимии растений, которые трансформировали глобальные биогеохимические циклы и климат.

Установление начала и отслеживание распространения этих первых наземных растений имеет решающее значение. Однако точное время колонизации суши сосудистыми растениями остаётся спорным из-за редкости их ранних макрофоссилий, слабого стратиграфического контроля над их распространением и неопределённостей, связанных с расчётами молекулярных часов.

Учёные под руководством профессора Чэнь Дайчжао из Института геологии и геофизики и профессора Фэн Синьбиня из Института геохимии Китайской академии наук использовали изотопы ртути, чтобы доказать, что сосудистые растения уже широко колонизировали сушу к раннему силуру (~444 млн лет назад). Работа была опубликована в Science Advances 28 апреля.

В исследовании также участвовали специалисты из Тропического ботанического сада Сишуанбаньна КАН, Нанкинского института геологии и палеонтологии КАН, Китайской геологической службы, Открытого университета (Великобритания) и Колледжа Чарлстона (США).

Ртуть (Hg) — единственный тяжёлый металл, жидкий в естественных условиях. Она также переносится в глобальном масштабе в газообразной элементарной форме (Hg⁰) посредством атмосферной циркуляции. Важнейшим открытием в изучении современного цикла ртути в лесах стало понимание, что Hg в растительности происходит из ассимиляции атмосферного Hg⁰ через листья, а не из осадочной ртути или геологического переноса.

Наземная растительность предпочтительно переносит атмосферный Hg⁰, который демонстрирует отчётливые отрицательные сигналы независимого от массы фракционирования по нечётным изотопам (odd-MIF, обозначается как Δ¹⁹⁹Hg) и по чётным изотопам (even-MIF, Δ²⁰⁰Hg), в наземные экосистемы. По мере расширения растений и их воздействия на выветривание, Hg с этими уникальными отрицательными значениями Δ¹⁹⁹Hg и Δ²⁰⁰Hg транспортировалась в прибрежные морские среды, которые изначально имели значительные положительные сигналы. Таким образом, геологическая летопись этих изотопных систем потенциально предоставляет новый трассер для отслеживания колонизации и расширения растений на суше.

В этом исследовании учёные использовали данные по стабильным изотопам Hg из морских отложений от кембрия до перми, собранных в различных фациях Южного Китая. Они выявили два эпизода отчётливых отрицательных экскурсий значений как odd-, так и even-MIF на уровне ярусов в силуре и карбоне.

Был создан численный модель для количественной оценки вековых вариаций вклада наземных организмов в палеозое. Результаты отодвинули время широкого распространения ранних сосудистых растений примерно до ~444 млн лет назад в раннем силуре, по крайней мере в низкоширотных областях, таких как Южный Китай. Этот период значительно раньше, чем первая известная макрофоссилия сосудистого растения.

Исследование связало палеозойское расширение наземных организмов, в частности сосудистых растений, с совместной эволюцией ряда систем Земли, особенно атмосферы, океанов, процессов выветривания и геохимических особенностей.