Wie Wurzeln die Welt veränderten

Wurzelbildung vor 400 Millionen Jahren

Was wäre die Welt ohne Wurzeln? Für Pflanzen geben sie Halt im Boden, sie erschließen Nährstoffe für ihren oberirdischen Spross und enden schließlich als organische Substanz im Boden.

Wurzeln haben die Erde verändert

Als die erste Pflanze Wurzeln ausbildete war es im Grunde nicht anders. „Ihre Entwicklung, Ausbreitung und Verbreitung über alle Kontinente hinweg hatte dramatische Auswirkungen auf das Erdsystem. Pflanzenwurzeln verringerten den CO₂-Gehalt in der Atmosphäre, stabilisierten den Boden und revolutionierten die Wasserzirkulation auf den Oberflächen der Kontinente“, erklärt Alexander (Sandy) J. Hetherington, Gruppenleiter an der Universität Edinburgh. „Die Wurzel der ökologischen Auswirkungen der Pflanzenevolution sind die Pflanzenwurzeln selbst.“ Hetherington hat unter der Leitung von Forschern am Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (GMI) seine Erkenntnisse gerade veröffentlicht [1].

Schottisches Fossil aus dem Rhynie Chert

Sein Forschungsobjekt ist die ausgestorbene Pflanze Asteroxylon mackiei aus dem Zeitalter des Devons. Genauer aus dem Rhynie Chert. Chert ist ein Fossil im Hornstein, einer Art Feuerstein, und Rhynie eine Ortschaft in der Nähe vom schottischen Aberdeen. Die ausgestorbene Pflanzengattung Asteroxylon gehört zur Pflanzengruppe der Lycophyten (Bärlapppflanzen), die auch lebende Vertreter wie Isoetes (Brachsenkräuter) und Selaginella (Moosfarne) umfasst. Den Wissenschaftler ist eine Rekonstruktion gelungen, die erstmals anatomische und auch entwicklungsgeschichtliche Informationen über das Fossil hergaben.

Die Fossilien haben ihre Wurzeln ganz anders als die heute lebenden Pflanzen entwickelt. Sie sind die ersten Wurzelachsen, die bekannt sind. „Dies sind die ältesten bekannten Strukturen, die modernen Wurzeln ähneln, und wir wissen jetzt, wie sie entstanden sind. Sie entwickelten sich, als eine sprossähnliche Achse eine Gabelung bildete, bei der eine Zinke seine Sprossidentität behielt und der zweite seine Wurzelidentität entwickelte", sagt Liam Dolan, Gruppenleiter am Wiener GMI. Diese „dichotome Verzweigung“ ist zwar bei der Gewebebildung bei lebenden Pflanzen bekannt, aber nicht für die Wurzelbildung. Heute bilden die Pflanzen ein Wurzelspitzenmeristem, das gezielt in das Erdreich wächst.

Die modernen Pflanzen haben die Wurzelbildung nach Asteroxylon mackiei verloren. Das Devon war die Zeit des Urkontinents Gondwana mit einem hohen Meeresspiegel. Die etwa 40 Millionen Jahre zuvor entstandenen Landpflanzen breiteten sich im Devon endgültig aus. Es war die Zeit der Urfarne. In sumpfigen Gebieten entwickelten sich später die ersten Wälder. Für Liam Dolan gibt die Rekonstruktion „einen Einblick in die Schlüsselzeit der Erdgeschichte, kurz nachdem die Pflanzen die trocknen Oberflächen der Kontinente besiedelten und sich über das ganze Land auszubreiten begannen.“

Lesestoff:

[1] Hetherington A. J. et al. "An evidence-based 3D reconstruction of Asteroxylon mackiei the most complex plant preserved from the Rhynie chert”. eLife 2021
DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.69447

Roland Krieg; Foto: Matt Humpage

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