Nieuw onderzoek naar cycaden, oude planten uit het Mesozoïcum, suggereert dat ze tot in de moderne tijd overleven dankzij een symbiotische relatie met stikstofbindende bacteriën. Deze studie biedt inzicht in de ecologische evolutie van cycaden en hun aanpassing aan klimaatveranderingen uit het verleden.
Cycaden zijn oude planten die ooit voorkwamen in het Mesozoïcum. De meeste zijn uitgestorven en slechts enkele soorten overleven in tropische en subtropische gebieden. De onderzoekers ontdekten dat deze overlevende cycaden afhankelijk waren van symbiotische bacteriën om stikstof vast te leggen, een eigenschap die niet werd aangetroffen bij hun uitgestorven neven.
Tijdens het Mesozoïcum, dat 252 miljoen jaar geleden begon, waren oude planten zoals cycaden favoriet bij herbivore dinosaurussen. Ze groeiden in overvloed op de bodem van het bos en hielpen het voortbestaan van deze dinosauriërs en andere prehistorische dieren in stand te houden. Tegenwoordig overleven slechts enkele palmachtige planten in tropische en subtropische habitats.
Uitsterven en overleven van cycaden
Net als hun herbivore tegenhangers zijn de meeste cycaden uitgestorven. Hun verdwijning uit hun voormalige leefgebied begon in het late Mesozoïcum en ging door tot in het vroege Cenozoïcum, met asteroïde-inslagen en vulkanische activiteit aan de K-Pg-grens 66 miljoen jaar geleden. In tegenstelling tot de dinosauriërs zijn er echter verschillende groepen cycaden die op de een of andere manier tot op de dag van vandaag overleven.
Nieuwe onderzoeksresultaten over de overleving van cycaden
Een nieuwe studie die vandaag (16 november) in het tijdschrift Nature Ecology & Evolution is gepubliceerd, suggereert dat het voortbestaan van cycadsoorten afhankelijk is van symbiotische bacteriën in hun wortels, die stikstof leveren voor hun groei. Net als moderne peulvruchten en andere planten die gebruik maken van stikstoffixatie, wisselden deze cycaden hun suikers uit met bacteriën in hun wortels voor stikstof uit de atmosfeer.
Hoofdauteur Michael Kipp was oorspronkelijk geïnteresseerd in het feit dat de weefsels van stikstofbindende planten een registratie zouden kunnen leveren van de atmosferische samenstelling van de omgeving waarin ze groeien. Hij combineert geochemie met fossielen om de klimaatgeschiedenis van de aarde te begrijpen.
Kip wist al dat moderne cycaden stikstofbindende planten waren, en terwijl hij aan zijn doctoraat aan de Universiteit van Washington werkte, begon hij enkele zeer oude plantenfossielen te analyseren om te zien of hij een ander perspectief op de oude atmosfeer kon krijgen. Uit de meeste oude cycadenfossielen blijkt dat het geen stikstofbindende planten waren, maar er is ook aangetoond dat deze tot uitgestorven soorten behoren.
"Dit is geen verhaal over de atmosfeer, we beseften dat het een verhaal is over de ecologie van deze planten die in de loop van de tijd verandert", zei Kipp.
Kipp komt dit jaar bij Duke werken als assistent-professor aard- en klimaatwetenschappen aan de Nicholas School of the Environment, waar hij het fossielenbestand zal blijven gebruiken om de klimaatgeschiedenis van de aarde en dus de mogelijke toekomst ervan te begrijpen.
Methoden en bevindingen
Veel van wat we weten over de oude atmosfeer komt uit chemische studies van oude mariene organismen en sedimenten, zei Kipp. Het toepassen van sommige van deze methoden op terrestrische planten is een nieuwe onderneming. "Ten tijde van dit project waren er nog geen stikstofisotopengegevens van fossiele plantenbladeren gepubliceerd. Hij besteedde enige tijd aan het verfijnen van de methode en het verkrijgen van monsters van zeldzame plantenfossielen die museumconservatoren niet wilden zien om de gegevens te verkrijgen. In de weinige overgebleven (cycaden) lijnen "In steenmonsters die niet zo oud zijn - 20 miljoen of 30 miljoen jaar oud - zien we dezelfde stikstofsignatuur die we vandaag de dag zien. Dat betekent dat hun stikstof afkomstig was van symbiotische bacteriën, maar die stikstofsignatuur is niet aanwezig in de oudere, uitgestorven palmvarenfossielen."
Impact en toekomstonderzoek
Wat minder duidelijk is, is hoe stikstoffixatie de overlevende cycaden helpt. Dit heeft hen misschien geholpen om drastische veranderingen in het klimaat te weerstaan, of het heeft hen mogelijk in staat gesteld beter te concurreren met de sneller groeiende angiospermen die floreerden na de massale uitsterving, 'of mogelijk beide'.
"Dit is een nieuwe technologie en we kunnen er veel meer mee doen", zei Kipp.
De financiering voor dit onderzoek kwam van: de Paleontological Society, de University of Washington Royal Research Fellowship en NASA Exobiology Grant NNX16AI37G.