Новое поле исследований: кристаллические следы в ископаемых листьях
Под микроскопом в ископаемых листьях часто видны загадочные структуры. Исследователи из Боннского университета впервые смогли показать, что они происходят от кристаллов оксалата кальция. Их открытие, с одной стороны, облегчает идентификацию древних растительных остатков. С другой — даёт ответы на вопросы о том, как возникла способность формировать такие кристаллы и какую функцию они, предположительно, выполняют. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.
Ископаемый образец Ro-59.9 усеян микроскопическими полостями. Некоторые выглядят так, будто внутри когда-то покоились крошечные малинки размером всего две сотых миллиметра. Окаменелый лист происходит из местонахождения Ротт недалеко от Бонна, его возраст превышает 20 миллионов лет. Пока невозможно сказать, к какому виду растений он принадлежал.
Возможно, это скоро изменится. Положение и форма полостей подобны своеобразному отпечатку пальца: по ним можно идентифицировать ископаемые растительные остатки.
«До сих пор не было известно, как образовались эти полости, — объясняет Махдие Малекхоссейни из Института геонаук Боннского университета. — Предполагалось, например, что они остались от водорослей или пыльцы других растений, которые каким-то образом попали на лист во время фоссилизации. Но, проанализировав сотни таких структур, мы можем это исключить. Вместо этого мы смогли показать, что за углубления ответственны кристаллы оксалата кальция».
Микролинзы для лучшего фотосинтеза?
Оксалат кальция образуется очень многими живыми растениями и считается одним из самых распространённых биоминералов. Функции, которые он выполняет, до конца не выяснены. Предполагается, что кристаллы служат хранилищами кальция. Кроме того, поскольку они образуются в листе, но по мере роста часто проникают через поверхность листа, они, вероятно, отпугивают вредителей.
«Многие насекомые испытывают отвращение к оксалату кальция — им не нравится по нему ходить, — объясняет профессор д-р Йес Руст, курировавший исследование. — Некоторые растения, по-видимому, также используют кристаллы в качестве микролинз, чтобы более эффективно использовать солнечный свет для фотосинтеза».
Кристаллы очень чувствительны к кислоте. Поэтому они растворяются во время фоссилизации и больше не могут быть обнаружены в находках возрастом в миллионы лет. Однако часто в местах, где они находились (в биологии говорят о «друзах»), остаются отпечатки. Иногда в этих углублениях также накапливается органический материал или другие минералы, которые затем сидят, как крошечные бусины, в окаменелом листе.
«Мы изучили микроструктуру ямок и их распределение на ископаемых листьях, видовая принадлежность которых нам была известна, — объясняет Малекхоссейни. — Кроме того, мы рассмотрели кристаллы оксалата кальция в листьях современных растений. Мы обнаружили явные параллели у близкородственных видов. Например, кристаллические отпечатки в ископаемом листе гинкго сильно напоминают по распределению и структуре отложения оксалата кальция у современного гинкго».
Важные сведения об эволюции
Из ископаемых голосеменных растений, таких как пихты или сосны, уже было известно, что они иногда демонстрируют отпечатки кристаллов оксалата кальция. Однако для покрытосеменных, к которым относится большинство цветковых и лиственных деревьев, это было неизвестно. «Это совершенно новая область исследований, — объясняет Йес Руст. — В частности, мы теперь хотим исследовать, как способность формировать кристаллы оксалата кальция развивалась в ходе эволюции».
При этом исследователи хотят сосредоточиться на периодах, когда условия окружающей среды менялись быстро — например, температура или интенсивность УФ-излучения. «Если распределение друз также меняется после таких изменений, то мы можем сделать выводы о биологической функции кристаллов», — говорит Руст.