’s Werelds oudste bos heeft 385 miljoen jaar oude boomwortels
’s Werelds oudste bos heeft 385 miljoen jaar oude boomwortels
Een schat aan boomfossielen verdringt de oorsprong van moderne bossen en verfijnde boomwortels
Het aantal bomen op aarde, met een sterkte van drie biljoen , wordt geschat op meer dan de sterren in de Melkweg . Deze houtachtige wonderen sponsen koolstofdioxide uit de lucht, beschermen de bodem tegen erosie, laten water door ecosystemen circuleren en ondersteunen talloze vormen van leven. En dat hebben we grotendeels te danken aan hun geavanceerde wortelstelsel.
Wortels ontspruiten aan de basis van boomstammen en zijn het boomequivalent van een spijsverteringskanaal, waarbij water en voedingsstoffen worden uitgewisseld met de omliggende bodems. Wortels verankeren letterlijk een plant, en hoe uitgebreider ze zijn, hoe groter en sterker het spul bovengronds kan groeien. In hun moderne vorm hielpen ze bomen hun leefgebieden te domineren – en verspreidden ze zich over de hele wereld.
“Wortels maximaliseren de fysiologische capaciteit van [een boom]”, zegt Christopher Berry , een paleobotanist aan de Cardiff University in het Verenigd Koninkrijk. “Een efficiënt bewortelingssysteem is de sleutel tot een succesvolle boom.”
Maar wortels zagen er niet altijd uit zoals ze er nu uitzien, en onderzoekers hebben zich lang afgevraagd hoe en wanneer bomen hun uitgestrekte ondergrondse leidingen hebben ontwikkeld.
Nu suggereert nieuw onderzoek van Berry en zijn collega’s dat de moderne versies van deze verbazingwekkende structuren dieper geworteld zijn in de boomstamboom dan ooit tevoren werd gedacht. Hun team heeft het oudst bekende bos van de aarde ontdekt buiten Caïro, New York, zoals vandaag beschreven in het tijdschrift Current Biology . Met een leeftijd van 385 miljoen jaar dateert het oude bos van vóór de opkomst van zaadproducerende planten, een groep die bijna alle levende bomen omvat. Het Paleozoïcum is ook de thuisbasis van de overblijfselen van ingewikkelde boomwortelsystemen die een griezelige gelijkenis vertonen met die van vandaag.
Het lijkt erop dat bomen al vroeg hun ideale bewortelingsstrategie hebben gevonden – en zijn er sindsdien mee doorgegaan.
“Dit duwt … [de oorsprong] van dit soort wortelstelsel terug in de tijd”, zegt Patricia Gensel van de University of North Carolina, Chapel Hill , een paleobotanist die gespecialiseerd is in planten van het Devoon, die de periode overspant van 419 miljoen tot 360 miljoen jaar geleden. “Tegen het midden van het Devoon hebben we behoorlijk geavanceerde bomen”, zegt Gensel, die niet bij het onderzoek betrokken was. “Voordien hadden we dat nooit kunnen zeggen.”
Onderzoekers zijn al tientallen jaren op de hoogte van de locatie in Caïro en de potentiële schat aan fossielen. Maar pas in 2009 ontdekten Berry’s collega’s in het New York State Museum een van de grootste juweeltjes van de site: de onberispelijk bewaarde overblijfselen van een uitgebreid systeem van wortels.
De wortels, die zich zo’n 5 meter van de basis van hun stammen uitstaken en diep in de grond groeven, waren stevig, vertakt en ingewikkeld, met delicate worteltjes die uit hun toppen stegen. Ze zagen er, met andere woorden, “opvallend modern uit, in wezen wat je nu buiten in mijn tuin zou zien”, zegt hoofdauteur William Stein , een paleobotanist aan de Binghamton University. Maar het scheiden van de fossielen van de sparren uit de buurt van Stein is een evolutionaire kloof van ongeveer 385 miljoen jaar.
De gefossiliseerde wortels, realiseerden de onderzoekers zich, behoorden tot Archaeopteris (niet te verwarren met de niet-verwante vogelachtige dinosaurus Archaeopteryx ), een geslacht waarvan onderzoekers denken dat het de eerste ‘moderne boom’ heeft voortgebracht. Net als de eiken en esdoorns van tegenwoordig, had Archaeopteris platte, groene bladeren die ideaal waren voor het absorberen van zonlicht en stevige, houtwaardige stammen die de plant hielpen om zowel uit te groeien als op te groeien.
De enorme wortels die in Caïro werden onthuld, voegden nu een ander hedendaags kenmerk toe aan Archaeopteris , waardoor de bomen een trifecta van hulpbronnengebruikende kenmerken kregen die hen waarschijnlijk hielpen de bossen van de wereld over te nemen tegen het einde van het Devoon, zegt Stein.
“We noemen het een revolutie”, zegt hij. “Veel van deze kenmerken … wijzen op een hogere stofwisseling. En ze verschijnen allemaal samen in Archaeopteris , bijna als een wonder.”
De aankomst van Archaeopteris in Caïro was eerder dan verwacht en het kwam als een verrassing voor het team. Slechts 25 mijl naar het westen is een andere site, Gilboa, algemeen beschouwd als ’s werelds oudste fossielenbos voordat het werd ontzet door zijn buur Caïro. In Gilboa waren bossen ooit dichtgegroeid met Eospermatopteris , een plantengeslacht dat lijkt op moderne boomvarens met bladeren in plaats van bladeren en holle, sponsachtige stammen.
Caïro_3028.JPG
Een fossiel met het bescheiden, relatief eenvoudige wortelstelsel van Eospermatopteris, een Denoviaanse plant die oppervlakkig lijkt op een moderne boomvaren. (Willem Steen)
Eospermatopteris- bomen waren ook een vaste waarde in Caïro, wat erop duidt dat de plant een soort generalist was, zegt Molly Ng , een paleobotanist aan de Universiteit van Michigan die niet bij het onderzoek betrokken was. Maar hun bases waren omrand door ondiepe, spichtige wortels die waarschijnlijk maar een jaar of twee leefden voordat de bomen ze vervingen – niets beters dan het enorme netwerk dat hun Archaeopteris – verwanten ondersteunde.
In tegenstelling tot Eospermatopteris, verspreidde Archaeopteris zich niet naar Gilboa, waarschijnlijk omdat de plek een beetje te nat was voor de diepwortelende boom, zegt Berry. In Caïro lijken de bodems perioden van droogte te hebben doorgemaakt, waardoor Archaeopteris zich diep in de bodem kon uitstrekken zonder het risico te lopen te verdrinken. De regio kreeg echter af en toe te maken met een overstroming, waaronder een behoorlijk ernstige die de nieuw ontdekte fossielen van het team honderden miljoenen jaren geleden op hun plaats bevroor.
Wat Archaeopteris ertoe heeft aangezet om zijn reeks voedselverslindende eigenschappen te ontwikkelen, is nog steeds onduidelijk. Maar wanneer en hoe die verschuiving zich ook voordeed, betekende het een dramatisch vertrek van de garnalenplanten die de planeet een paar miljoen jaar eerder bedekten, zegt Gensel. “Wat zich op de site van Caïro bevindt … is in zekere zin geestverruimend.”
De vondst van het team vertelt ons ook iets over wie er in het midden van het Devoon met wie kweekte, zegt Cindy Looy , een paleobotanicus aan de University of California, Berkeley, die niet bij het onderzoek betrokken was. “Er zijn maar heel weinig Devoon-sites … waar je een idee kunt krijgen van hoe een bos er driedimensionaal uitzag”, zegt ze. Maar Caïro, met zijn voortreffelijke bewaring, is een opmerkelijke uitzondering.
luchtbomen
Een luchtopname van een goed bewaard gebleven Archaeopteris-wortelsysteem (links), naast de wortels van een andere fossiele boom die mogelijk tot de lycopsidengroep behoort. (William Stein en Christopher Berry)
Hoewel ze enkele tientallen kilometers en een paar miljoen jaar van elkaar gescheiden zijn, denkt Stein dat de fossielen in Caïro en Gilboa deel uitmaakten van hetzelfde landschap dat ooit het Catskill-gebergte bedekte – een met verschillende boomrijke buurten, elk met unieke ecosystemen van het leven.
Gezamenlijk hebben deze bossen en andere zoals zij de hele planeet hervormd. Houtachtige stammen sopten koolstof uit de lucht, voordat ze stierven en de moleculen ondergronds afzetten om nieuw leven te bevruchten. Bladeren beschaduwden de grond en beschermden de bewoners tegen de meedogenloze zonnestralen. Wortels worstelden in het vuil, veranderden de chemische samenstelling en stuwen koolzuur naar de zee. Afgemeerd door bomen werden hele landschappen versterkt tegen overstromingen en guur weer.
De atmosfeer was ontdaan van koolstofdioxide en koelde dramatisch af, wat waarschijnlijk heeft bijgedragen aan het onderdompelen van de aardbol in een langdurige periode van ijstijd. Verschillende takken van de levensboom stierven uit, terwijl andere soorten het land optrokken en zich diversifieerden. “De komst van deze bossen was het ontstaan van de moderne wereld”, zegt Berry.
Deze bevindingen, zegt Stein, zetten een ontnuchterende lens op de klimaatveranderingen die onze planeet nu ondergaat. Over de hele wereld worden bossen gekapt en de oude koolstof die is achtergelaten door prehistorische bomen – onze belangrijkste bron van steenkool – wordt opgegraven en verbrand. ‘Wat er vandaag gebeurt, is het tegenovergestelde van wat er in het Devoon is gebeurd’, zegt Stein. Nogmaals, ingrijpende verandering begint en eindigt met bomen.
