För första gången har forskare lyckats konstatera släktskapet mellan växter som fanns på dinosauriernas tid – med hjälp av spektroskopi och kemiska analyser av organiska molekyler i fossila löv. Molekylerna har hittats i lövens vaxhinnor, som finns bevarade i växtfossilerna, vissa 200 miljoner år gamla.
Det är ett samarbete mellan forskare från naturvetenskapliga fakulteten och MAX IV vid Lunds universitet, Naturhistoriska riksmuseet i Stockholm och universitetet i Vilnius som lett fram till de unika resultaten.
Molekyler i fossila löv
– Vi har löst många frågor angående dessa utdöda växters släktskap. Det är frågor som vetenskapen länge har sökt svar på, säger Vivi Vajda, professor vid geologiska institutionen i Lund och verksam vid Naturhistoriska riksmuseet.
Forskarna har samlat in fossila löv från bergarter i Sverige, Australien, Nya Zeeland och Grönland. Med hjälp av molekylspektroskopi och kemiska analyser har de fossila löven sedan jämförts med de kemiska signaturerna från molekyler i växtblad plockade i Botaniska trädgården i Lund.
Den moderna forskningens användande av genetiska DNA-analyser för att avgöra släktskap fungerar inte på fossila växter. De äldsta DNA-fragment som hittats är knappt en miljon år gamla. Därför valde forskarna att leta efter organiska molekyler för att se vad dessa kan avslöja om växternas evolution och släktskap.
Molekylerna hittades i den vaxartade hinna som täcker löven och som skiljer sig åt mellan olika arter. Hinnan har bevarats i de fossila lövfynden, varav vissa 200 miljoner år gamla.
Ginkgo och nutida släktingar till urtida barrträd
Med hjälp av infraröd spektroskopi gjorde forskarna analyser i flera steg. Först undersökte de blad från levande växter som har släktingar bevarade i det fossila arkivet. Analysen visade att biomolekylernas kemiska signatur grupperar likadant som släktskap baserade på moderna genetiska DNA-analyser.
När metoden visade sig fungera på nu levande växter gick forskarna vidare och analyserade fossila växtblad som fortfarande har levande släktingar. Bland annat undersökte de fossil från flera arter av ginkgolöv och möjliga ginkgolöv (idag finns bara en enda levande art Ginkgo biloba). De undersökte även fossila motsvarigheter till moderna barrträd.
I dinosauriernas skogar frodades kottepalmer, ginkgoväxter och ormbunkar. De flesta utdöda sedan länge men bevarade som fossil. Att avgöra utdöda växters släktskap har varit en av paleontologernas största utmaningar eftersom de bara haft fossilens utseende att använda.
Idag finns bara en levande art på jorden av släktet ginkgo, men under jura-tiden fanns många arter av denna växt som idag betraktas som ett ”levande fossil”.
Det har visat sig att ett lövs vaxartade lager kan bevaras i fossil under miljontals år. När dessa lövresters kemiska bindningar undersöktes med infrarött ljus fick forskarna en kemisk signatur som skiljer sig mellan växtgrupper. Därför kan nu utdöda växter sorteras i olika växtgrupper baserat på likheterna och olikheterna i deras kemiska signaturer.
– Resultaten från fossilen överträffade våra förväntningar med råge. Inte nog med att de var fulla av organiska molekyler, de grupperade sig också som förväntat utifrån släktskapet som forskare tidigare fått fram genom DNA-analyser på långt yngre exemplar, säger Vivi Vajda.
Molekylerna speglar indirekt trädets DNA
Slutligen, när forskarna bevisat att metoden fungerar, analyserade de fossil från helt utdöda växter. Bland annat undersökte de Bennettiter och Nilssonia, växter som under trias- och juraperioderna för cirka 250–150 miljoner år sedan var vanliga i det område som nu är Sverige. Undersökningen visade att Bennettiter och Nilssonia är nära släkt. Däremot är de inte nära släkt med kottepalmen, något som många forskare ansett fram till nu.
Per Uvdal, professor i kemisk fysik vid Lunds universitet och en av forskarna bakom studien, kallar de samlade resultaten häpnadsväckande.
– Det förnämliga med biomolekylerna i lövens vaxhinna är att de är så otroligt mycket mer stabila än DNA. Samtidigt speglar de på ett indirekt sätt ett träds DNA och innehåller på så vis information om DNA:et. Därmed kan biomolekylerna berätta om hur ett träd evolutionärt är besläktat med andra träd, säger han.
Forskarna utökar nu sina studier med fler växtgrupper.
Artikeln: Molecular signatures of fossil leaves provide unexpected new evidence for extinct plant relationships, Nature Ecology & Evolution’s DOI: 10.1038/s41559-017-0224-5
Kontakt:
Vivi Vajda, professor berggrundsgeologi, Geologiska institutionen, Lunds universitet +46 73 386 11 95, +46 46 222 98 86 vivi.vajda@geol.lu.se”>vivi.vajda@geol.lu.se
Per Uvdal, professor kemisk fysik, Kemiska institutionen, Lunds universitet +46 73 300 49 48, +46 46 222 96 66per.uvdal@chemphys.lu.se
