A páfrányok alakulása és fajai
Gustav Andersonnak megfelelő volt az ösztöne, amikor az 1960-as évek végén furcsa csomót fedezett fel területén. A dél-svédországi gazda ökölnyi leletét elküldte a stockholmi Természettudományi Múzeumba. Valamikor később egy őskori páfrány rizómájaként azonosították, és a megkövesedés negyven évre eltűnt egy fiókban.
A kis paleobotanikai csoda addig felfedezetlen maradt, amíg tavaly Benjamin Bomfleur német posztdoktor elkezdte megvizsgálni a nagyjából 180 millió éves kövület vékony szakaszait „kissé unalmas délután”.
Ennek során Bomfleur olyan dologra bukkant, amit a botanikusok korábban hiányoltak, és amelyet a Science folyóirat azonnal közzétett: „Több anatómiailag jól megőrzött páfrány kövület található. De ebben az esetben mikroszkóp alatt továbbra is láthatja azokat a sejttartalmak részleteit, amelyeket ásványi úton rögzítettek, amikor egy vulkánkitörés üledékkel borította be a páfrányt. Egyes sejtekben még a kromoszómákat is jól láthatja. ”A megkövesedett minta így sejtbiológiai betekintést nyújt a páfrányok evolúciójába, azok a növények, amelyek az elsők között fejlesztették ki a víz és a tápanyagok szállítási útvonalait több mint 400 millió évvel ezelőtt.
Az igazi páfrányok nemzetsége csak 11 000 fajt tartalmaz
Leszármazottaik az erdőben és a kertben emlékeztetnek azokra az időkre, amikor tavasszal kinyújtják levelüket. "Alig egy másik növénycsoport teszi lehetővé ilyen hosszú, folyamatos visszatekintést a fejlődéstörténetükbe, amelyet hullámvölgyek, stagnálás fázisai és ilyen gyors fejlődés jellemzett" - lelkesedik Bomfleur.
A pteridophyták, amelyek alatt a páfrányokat és néhány ősi rokonukat értik, a devonban virágzott, nagy koruk azonban körülbelül 350 millió évvel ezelőtt a karbonkorban történt. Az óriás zsurló és a klubmoha fákkal együtt a páfrányok, mivel ma is hasonló módon nőnek a trópusokon, kialakították azokat az erdőket, amelyek később barna és kemény szén-lelőhelyekké váltak, és ezáltal ipari társadalmunk energiahordozói.
Évek milliói alatt a virág nélküli pteridophyták uralkodtak a földön. Kialakultak azonban az aszályhoz jobban alkalmazkodó magnövények is, amelyekhez tartoznak a virágzó virágos növények (zárójelek), amelyek változatossága körülbelül 120 millió évvel ezelőtt robbant fel a krétakorban. Manapság számuk 300 000 fajra becsülhető, és megdönti az összes többi növénycsoportot; az igazi páfrányok osztálya csak körülbelül 11 000 fajt tartalmaz.
Szánalmas maradványok jobb időkből
A szél vagy a rovarok által terjesztett pollenszemek és a tápanyagban gazdag magvak, amelyek az utódok hatékony biztosítására szolgálnak, a vetőmagnövények sikerének receptjei. A páfrányok világa fellendülésével elvesztette gazdagságát: a még létező fajok a jobb idők szánalmas maradványaként, egy elhagyatott „Jurassic Park” komplexum maradványaként jelennek meg.
A svédországi gyökérmaradvány illik ebbe a képbe. Most sejtszinten bizonyítja, hogy a királyi páfrány család, amely a késő triászra vezethető vissza (több mint 200 millió évvel ezelőtt), a mai napig alig változott. "Az Osmundaceae-kat tehát tiszta lelkiismerettel élő kövületeknek nevezhetjük" - mondja Bomfleur.
Ez az ősiség nem vonatkozik egyformán a páfrányok többségére. A virágzó növények diadalmas előrelépése visszaszorította őket, ugyanakkor a verseny új formák megjelenését ösztönözte. A legtöbb modern páfrány fejlődési vonala a krétakorra vezet vissza, ezt mutatják azok a genetikai elemzések, amelyeket a londoni Természettudományi Múzeum botanikusával, Harald Schneiderrel dolgozó kutatók 2004-ben a Nature-ben publikáltak. „Míg egyes vonalak, mint például a királyi páfrányok, a konzervativizmus révén hívják fel magára a figyelmet, az akkor kialakult csoportok közül sok jelentős mértékű innovációt mutat. Ez a hajtás és a levelek szerkezetének lenyűgöző változásában is megmutatkozik a magnövényekhez képest ”- magyarázza Schneider.
Kevés evolúciósan régi csoport
Fontos újítás, amely lehetővé tette az új páfrányok fejlődését a kialakuló tűlevelű és lombhullató erdők árnyékában, nyilván a fehérje neokróm. Olyan fényreceptor, amely különösen érzékeny a napfény vörös összetevőire, amelyek valójában a sűrű lombot a földig hatolják. Ez a maradékfényre érzékeny fehérje szinte az összes ma létező páfrányban megtalálható; csak néhány evolúciós szempontból régi csoport, például a királypáfrányok képesek voltak dacolni a zöld versennyel neokróm nélkül is.
Nemzetközi kutatócsoport úgy véli, hogy mára megoldotta a rejtvényt, hogy a páfrányok többsége miként és mikor kapta meg az egyébként elsősorban zöldalgákból ismert neokrómját. Az amerikai Duke Egyetemről, Fay-Wie Li-vel dolgozó kutatók felfedezték a szarvmoha genetikai összetételét a páfrányokéhoz nagyon hasonló formában.
A PNAS szakfolyóiratban a kutatók feltételezik, hogy a moha és a növény közötti horizontális géntranszfer körülbelül 179 millió évvel ezelőtt történhetett meg: a genetikai anyag közvetlenül egyik fajról a másikra kerül. A baktériumok például genetikai információkat cserélnek az antibiotikumokkal szembeni rezisztenciáról, míg a jelenség a növények esetében jelentős kivételt jelent. Páfrányok esetében a géntranszfúzió éppen a megfelelő időben jöhetett volna, különben nem biztos, hogy túlélték volna a magnövények emelkedését - gyanítják a kutatók.
Számos művelt forma a viktoriánus Angliában
A mai napig a páfrányok többsége inkább az árnyékos, nedves erdőket részesíti előnyben. Olyan gyakori fajok fejlődnek ott, mint a féregpáfrány vagy a sokágú elágazó levelekkel ellátott szár. De vízi növényekként is kaphatók, például a Salvinia molesta vízi páfrány formájában, amely Brazíliából származott, és amelyet az egész világon szállítottak, néha teljesen eltakarva a víztesteket, és ezáltal megzavarva a megfelelő ökológiai egyensúlyt.
Ezzel a pestissel szemben más trópusi fajok, mint például az agancs páfrány és a kardpáfrány, népszerű beltéri növények. És a kertészek minden bizonnyal nagyra értékelik a nőstény, strucc és királypáfrányokat, vagy a csodálatos törmelékekkel ellátott Polystichum nemzetség pajzspáfrányainak díszítését, különösen azért, mert kevés fény mellett megúszják.
Az ezen a dupla oldalon látható példányokat egy speciális árnyékkertben találták meg a bajorországi Fürthben is: Jochen Martz tájépítész és kerttörténész mintegy 300 különböző páfrányt gyűjtött össze egy kert olyan területén, amelyet több mint száz éve raktak ki. A mérsékelt szélességi körök tipikus fajai és ezek variációi mellett számos termesztett forma is nő itt, amelyek nagy rajongótáborral rendelkeztek viktoriánus Angliában.
Két terjedési stratégia előnyei
Sötét és párás - ezt általában kedvelik a páfrányok, de néhány faj kedvezőtlenebb régiókba is behatolt, például a magas hegyekbe vagy a sivatagba. Az Asplenium ceterach léppáfrány, amely a kőzet repedéseiben növekszik, ezen szélsőségesek egyike. Ez a Németországban is őshonos faj az úgynevezett feltámadási növények egyike, amely a teljes kiszáradást túléli és éveken át életre kelthető, ha esik az eső.
De még az ilyen kemény növekedések is függenek a víztől egy bizonyos ponton, legkésőbb a szexről. Az algákhoz és a mohához hasonlóan a páfrányoknak is generációváltásuk van: a spórákon keresztüli ivartalan szaporodás váltakozik a nemi szaporodással, amely még mindig a nedves elemhez kötődik. Ily módon a páfrányok kihasználhatják a két szaporítási stratégia előnyeit. Egyrészt profitálnak a szél által terjesztett spórák nemi tömeges termeléséből, másrészt a petesejtek megtermékenyítése során a genetikai smink rekombinációjából, ami növeli alkalmazkodóképességüket.
Páfrányok a nyár közepén
A filogenetikailag idősebb mohákhoz képest evolúciós előrelépésként kijelenthető, hogy mind a szembetűnő páfránynövények, amelyeket technikai szaknyelvben sporophytáknak neveznek, mind azok spórái túlélik a száraz periódusokat. A páfrány alternatív életformája, a spórából csírázó apró gametofita érzékenyebb, és nemcsak a mohaszerű struktúrában emlékeztet a botanikai eredetre.
Egy kevés nedvesség nem elegendő a rá háruló nemi szaporodáshoz, egy gametofitának nagyon nedves kell: spermiumának folyamatos vízrétegre van szüksége ahhoz, hogy a szomszédos gametofita petesejtjeihez eljusson. Ennek megfelelően az allergiásoktól rettegett virágpor a szexuális forradalmat jelenti a növényvilágban - a virágpor kiszabadította a magnövényeket a megtermékenyítő közegből.
Az a megdöbbentő tény, hogy a páfrányoknak, a többi őshonos növénytől eltérően, egyáltalán nincsenek virágaik, sok mesebeli értelmezést inspirált a múltban. Mindenféle mágikus hatást tulajdonítottak a finom spóráknak, Hildegard von Bingen még a páfrányoknak is hatalmat adott az ördög menekülésére. Az orosz folklórban a páfrányok valóban virágoznak, de csak nyár közepén. Akik aztán megtalálják a varázslatos páfrányvirágot, biztosak lehetnek a szerencsében és a gazdagságban. A legenda szerint.