Rekonstruktion av ett tvärsnitt genom Protocodium sinense, som visar likhet med modernt Codium. Kredit:Shu Chai
Paleontologer har identifierat ett nytt släkte och art av alger som kallas Protocodium sinense som går före ursprunget för landväxter och moderna djur och som ger ny insikt om den tidiga diversifieringen av växtriket.
Upptäckt på en plats i Kina, detta 541 miljoner år gamla fossil är den första och äldsta grönalgen från denna era som har bevarats i tre dimensioner, vilket gör det möjligt för forskarna att undersöka dess inre struktur och identifiera det nya exemplaret med oöverträffad noggrannhet. Studien publiceras idag i BMC Biology , öppnar ett fönster in i en värld av evolutionära pussel som forskare precis har börjat reda ut.
"Protocodium tillhör en känd linje av grönalger och har en förvånansvärt modern arkitektur, vilket visar att dessa alger redan var väl diversifierade före slutet av Ediacaran-perioden", säger medförfattaren Cédric Aria, postdoktor vid Institutionen för ekologi och evolution. Biologi vid fakulteten för konst och naturvetenskap vid University of Toronto och baserad på Royal Ontario Museum (ROM). "Dess upptäckt berör ursprunget till hela växtriket och sätter ett välbekant namn på organismerna som föregick den kambriska explosionen för över en halv miljard år sedan, när världens första moderna ekosystem uppstod."
Bilder av Protocodium sinense med hjälp av elektronmikroskopi (A) och röntgendatortomografi (B-D). Panelerna B-D visar den interna strukturen. Kredit:Shu Chai, Cédric Aria och Hong Hua
De nyupptäckta Protocodium-fossilerna hittades av ett team ledd av Hong Hua, professor i geologi, och inklusive Shu Chai, postdoktoral forskare, båda vid Northwest University, Xi'an, Kina. Det är en del av Gaojiashan-biotan, namnet som ges till en betydande grupp exceptionellt välbevarade fossiler, vid Dengying-formationen i södra Shaanxi-provinsen. Under de senaste 20 åren har denna geologiska formation gett viktiga fossila arter som dokumenterar slutet av Ediacaran-perioden för 541 miljoner år sedan.
Organismer och deras delar som ursprungligen inte absorberar mineraler – till skillnad från skal eller ben – kräver exceptionella förhållanden för att bevaras. I detta fall bevarades hela fossilerna och deras fina cellulära detaljer i tre dimensioner på grund av att det ursprungliga organiska materialet ersattes med fosfat. Detta konserveringssätt gjorde det möjligt för forskarna att använda olika elektron- och röntgenmikroskopitekniker för att praktiskt taget skiva fossilet, avslöja dess inre struktur med precision och slutligen identifiera det som en nära släkting till den moderna Codium-algen, en typ av tång.
Protocodium fossiler är små sfärer en halv millimeter breda, som stora pollenkorn, täckta av en mängd mindre kupoler. Tack vare 3D-undersökningen bestämde forskarna att den kupolformade ytan var en del av en komplex, enkel cell som innehåller tunna strängar som kallas sifoner. Denna morfologi är typisk för vissa moderna encelliga alger som innehåller många kärnor.
Förenklad fylogeni eller livets träd som visar förhållandet mellan Protocodium och andra gröna alger, kända som klorofyter, till andra stora växtlinjer. Kredit:Cédric Aria
Upptäckten av Protocodium skulle kräva försiktighet när man identifierar generiska sfäriska Ediacaran-fossiler, och kan antyda att organismer som Codium faktiskt är mycket äldre och utbredda. De berömda Doushantuo fossila embryona, också från Kina och bevarade i 3D, har varit i centrum för debatter om det djupa ursprunget hos vissa djurgrupper. Specifika stadier av några av dessa djurliknande embryon liknar det encelliga Protocodium på utsidan, men 3D-skivning avslöjar hur de består av många celler. Å andra sidan är många 2D-runda fossiler med osäker alg eller annan affinitet också kända från Ediacaran och äldre perioder, men i mindre detalj.
"Vi vet att tångliknande fossil är minst en miljard år gamla", säger Chai, studiens första författare. "Men fram till nu har platt, kornig tvådimensionell bevarande gjort det utmanande att känna igen mer än allmänna morfologiska strukturer."
Kombinerad bild som visar den yttre ytan av Protocodium sinense (vänster), vy genom det yttre lagret som består av utriklar (mitten, färgade) och centrala sifoner (höger, färgade). Kredit:Cédric Aria
Grönalger är fotosyntetiska organismer, vilket innebär att de omvandlar ljus och koldioxid till socker och syre. De var därför sannolikt viktiga grundvalar för jordens tidiga ekosystem, och studien tyder på att grönalger redan var etablerade i världens grunda vatten som koldioxidåtervinnare och syreproducenter före den kambriska explosionen.
Bortsett från sin mindre storlek, verkar Protocodium förvånansvärt identisk med den moderna Codium, en typ av grönalger som finns i många hav över hela världen. Vissa typer av denna tång är notoriskt invasiva - såsom Codium fragile underart tomentosoides, kallad "dödmansfingrar" för sitt utseende, och sprids tillsammans med kommersiellt odlade skaldjur. Ur ett evolutionärt perspektiv delar gröna alger som det antika Protocodium och landväxter en gemensam förfader som ansågs vara ungefär en miljard till en miljard och ett halvt år gammal, men som nu troligen är äldre - tilldelningen av Protocodium så nära en modern grupp skjuter tillbaka i tiden hela växtrikets historia.
"Det är mycket talande att en sådan organism har förblivit praktiskt taget oförändrad under minst 540 miljoner år", säger Aria. "Genom Ediacaran hade evolutionen drivit det mot en stabil adaptiv zon - det har varit bekvämt där sedan, och mer än så, ganska framgångsrikt. Så mycket faktiskt att Codium nuförtiden utnyttjar den globala handeln för att enkelt konkurrera ut andra algerter ." + Utforska vidare
