Odkrycie wymarłych orzechów włoskich w Arktyce sugeruje cieplejszy klimat historyczny z gęstymi lasami, poszerzając naszą wiedzę na temat ewolucji orzechów włoskich i rozprzestrzeniania się geograficznego.
Naukowcy odkryli trzy nowe gatunek wymarłych orzechów włoskich na wyspie za kołem podbiegunowym. Skamieniałości odkryto dalej na północ niż jakikolwiek znany gatunek orzecha włoskiego, żyjący lub wymarły, i stanowią jedne z najstarszych znanych zapisów dotyczących tej grupy.
Zamarznięta pustynia z bujną przeszłością
Dziś kanadyjska wyspa Axel Heiberg to zamarznięta pustynia pozbawiona niemal wszelkiego życia. Ale 45 milionów lat temu utrzymywał bujny las deszczowy na wybrzeżach Oceanu Arktycznego. Od tego czasu las został najpierw przykryty warstwami osadu, a następnie nagromadził się w nim lód, w wyniku czego z czasem zamarzł.
Niezwykła ochrona kopalnego lasu
„Kiedy wchodzisz na miejsce, pierwszą rzeczą, którą zauważasz, są te duże pnie, o średnicy metra lub więcej, które wciąż są zakorzenione w glebie, w której wyrosły. To zupełnie nie na miejscu. Najbliższe żyjące drzewa znajdują się w odległości 3000 kilometrów” – powiedział współautor badania James Basinger, emerytowany profesor nauk geologicznych na Uniwersytecie Saskatchewan.
Pniaki są tak widoczne, że można je dostrzec z powietrza. W 1985 roku pracownicy Kanadyjskiej Służby Geologicznej odkryli las kopalny Axela Heiberga, przeprowadzając badanie tego obszaru z helikoptera. Rok później paleobotanicy wrócili na to miejsce i znaleźli skamieniałości niepodobne do niczego, co widzieli wcześniej.
„W okolicy nie ma zbyt wielu miejsc, gdzie można zobaczyć tak dobrze zachowane skamieniałości” – powiedział Steven Manchester, główny autor badania i kustosz paleobotaniki w Muzeum Historii Naturalnej na Florydzie.
W większości przypadków fosylizacja charakteryzuje się z biegiem czasu zastępowaniem materii organicznej minerałami. W innych przypadkach materia organiczna jest podgrzewana i prasowana w węgiel lub spalana w pożarach lasów i konserwowana w postaci węgla drzewnego. Ale tak nie jest w przypadku skamieniałości Axela Heiberga. Drewno, liście, szyszki, orzechy i owoce pozornie pozostają niezmienione. Ta wyjątkowa forma konserwacji to tzw mumifikacjai ma to miejsce jedynie w bardzo specyficznych i rzadkich okolicznościach.
„Rzeczy mogą zostać rozłożone przez bakterie i grzyby, można je wrzucić do koryta rzeki i zniszczyć; istnieje wiele sposobów utraty materiału, zanim ulegnie on skamieniałości” – powiedział Basinger. Jednak starożytne lasy na Axel Heiberg zostały szybko pogrzebane pod osadami bagiennymi i jeziornymi. Wraz z ochłodzeniem się globalnego klimatu procesy te uległy spowolnieniu.
Basinger był jednym z pierwszych badaczy, którzy badali las. Jałowe powierzchnie Arktyki i silne wiatry niezwykle ułatwiły zbieranie okazów. „Możesz zobaczyć kilka skamieniałości na powierzchni i wybrać, co się da. Ale wrócisz w przyszłym roku, kiedy będzie niewielka erozja, a na powierzchni będzie jej jeszcze kilka. W ciągu kilku lat można naprawdę zebrać pokaźną kolekcję” – powiedział.
Orzechy włoskie zostały wydarte z gleby i pozostały na powierzchni. „W jednym przypadku orzechy włoskie są skoncentrowane w jednym miejscu i prawdopodobnie są tam przechowywane przez zwierzęta” – powiedział Basinger. Niektóre orzechy kopalne mają również wygryzione dziury, co wskazuje, że były źródłem pożywienia dla lokalnych zwierząt.
W ciągu piętnastu lat Basinger i jego współpracownicy odnaleźli ponad tysiąc skamieniałości orzechów i nasion i przekazali je do Saskatchewan w celu zbadania.
Odsłonięcie starożytnego klimatu Ziemi
Jeśli spojrzymy wstecz na środkowy eocen 45 milionów lat temu, bieguny Ziemi będą nie do poznania. W tamtym czasie Antarktyda i koło podbiegunowe były ciepłe i porośnięte lasami, co stanowi wyraźny kontrast z lodowatymi pustyniami, które dziś kojarzymy z tym regionem.
Ze względu na dużą szerokość geograficzną regiony polarne miały stosunkowo krótki okres wegetacyjny, ale nadrabiały to wyjątkowo długimi letnimi dniami, w których słońce świeciło nawet do dwudziestu godzin. I odwrotnie, zimy charakteryzowały się niemal całkowitą ciemnością, a mimo to temperatury rzadko sięgały zera.
Dane paleontologiczne i geologiczne wskazują, że było więcej CO2 w atmosferze ziemskiej, co spowodowało, że temperatury były znacznie wyższe niż obecnie. Z kolei ta globalna szklarnia wytworzyła ciepłe cyrkulacje oceaniczne, dzięki czemu Ocean Arktyczny był wolny od lodu.
„Na dalekiej północy znajdowały się lasy przypominające sekwoi” – powiedział Basinger. Były tam cyprysowe bagna i wyżynne lasy, gdzie posągowe drzewa dorastały do 40 metrów wysokości. W koronach drzew rosły dziesiątki drzew, takich jak sekwoje, cedry, orzeszniki, sosny, świerki, cykuty, modrzewie, brzozy, miłorzęby i oczywiście orzechy włoskie.
Nowe spostrzeżenia od starożytnych orzechów
Jako ekspert w dziedzinie historii ewolucji rodziny orzechów włoskich Manchester pomógł w ukończeniu trwającego od kilkudziesięciu lat projektu. Wykonał tomografię komputerową orzechów włoskich z wyspy i opisał trzy nieznane wcześniej gatunki.
„Tomografia komputerowa pozwala nam pokazać szczegóły wewnętrznej struktury tych orzechów, które kiedyś były naprawdę trudne do uzyskania” – powiedział Manchester. Przed tomografią komputerową tradycyjne metody badania skamieniałości polegały na żmudnym przeprowadzaniu sekcji i krojeniu okazów w różnych orientacjach, co prowadziło do ich zniszczenia.
Po zeskanowaniu kilku najlepiej zachowanych skamieniałości Manchester porównał je z orzechami włoskimi, zarówno współczesnymi, jak i wymarłymi. Krajowe repozytoria, np iDigBiopozwalają naukowcom łatwo zlokalizować okazy muzealne przechowywane w dowolnym miejscu w Stanach Zjednoczonych. Skamieniałości nie pasowały do niczego, co jeszcze odkryto, w związku z czym uznano, że reprezentują trzy nowe gatunki w rodzaju Juglany.
Opierając się wyłącznie na danych genetycznych żyjących gatunków, badacze kiedyś sądzili, że rodzina orzechów włoskich pochodzi gdzieś z Azji. Jednak niedawno dane kopalne wskazują, że zamiast tego pojawiły się one po raz pierwszy w ciepłym, wilgotnym środowisku Ameryki Północnej i Europy. W miarę dywersyfikacji rodziny niektóre gatunki przystosowały się do chłodniejszych warunków, co umożliwiło im rozszerzenie zasięgu na wyższe szerokości geograficzne.
Skamieniałości z tego badania dają wyraźniejszy obraz ewolucji orzechów włoskich w okresach intensywnie zmieniających się klimatów oraz tego, skąd pochodzą nasze współczesne gatunki.
Odniesienie: „Arktyczne orzechy włoskie! Orzechy z Juglany (Juglandaceae) ze środkowego eocenu wyspy Axel Heiberg w północnej Kanadzie” Steven R. Manchester, Robin Wilson, Yusheng (Chris) Liu i James F. Basinger, 27 czerwca 2024 r., International Journal of Plant Sciences.
DOI: 10.1086/730541
