ľ¹Ï¸£ÀûÓ°ÊÓ

Charles Darwin stond voor een groot raadsel toen hij ontdekte dat loofbomen zich tijdens het Krijt ongewoon snel verspreidden. Jarenlang braken wetenschappers zich het hoofd over het waarom van dit fenomeen. Milieuwetenschappers van de Universiteit Utrecht hebben nu een sluitende verklaring gevonden voor het raadsel van de snelle verspreiding van loofbomen in het Krijt. De resultaten worden binnenkort gepubliceerd in Nature Communications.

Snelle verspreiding van loofbomen tijdens het Krijt

Tijdens het Krijt, een geologische periode die duurde van 145 tot 66 miljoen jaar geleden, ontstond een grote diversiteit aan loofbomen. Deze loofbomen, die behoren tot de groep van bloemplanten, verspreidden zich binnen enkele tientallen miljoenen jaren over de hele wereld. Deze relatief snelle opmars van loofbomen plaatste Charles Darwin voor een raadsel. De snelheid waarmee deze ontwikkeling zich voltrok strookte niet met zijn evolutietheorie, waarin evolutie juist geleidelijk plaatsvindt.

Meer waterverbruik bij lagere CO2-concentraties

De snelle opmars van loofbomen tijdens het Krijt ging samen met een geleidelijke maar flinke daling van de CO2-concentratie in de aardatmosfeer. Volgens de Utrechtse wetenschapper Hugo de Boer heeft deze daling grote consequenties gehad voor de fotosynthese en het waterverbruik van planten. Bij lagere CO2-gehalten moeten planten meer water verbruiken om hun fotosynthese te handhaven. De plantensoorten die hun watertransportsysteem het beste konden aanpassen kregen daardoor een evolutionair voordeel. Dat waren de loofbomen met hun platte bladeren.

Vertakte nerven en meer huidmondjes

Het grote voordeel van de loofbomen ten opzichte van de coniferen, die domineerden in het Vroege Krijt, zit in hun bladstructuur. Door hun vertakte nerfstructuur kunnen loofbomen water en CO2 efficiënter transporteren dan coniferen, die een centrale nerf hebben die ze niet kunnen vertakken. Doordat loofbomen  in het Krijt meer zijnerven maakten hielden ze hun fotosynthese beter op peil.

Geleidelijke uitbreiding nerven leidt tot omslagpunt

De onderzoekers laten aan de hand van fossiele data zien dat de nerfstructuur zich gedurende het Krijt steeds verder vertakte en dat loofbomen bladeren ontwikkelden met steeds meer en kleinere huidmondjes. Gedurende deze ontwikkeling gebeurde iets heel bijzonders juist op het moment dat de loofbomen aan hun snelle opmars begonnen. Zij vonden een fundamenteel omslagpunt in de architectuur van het blad: de eindpunten van de nerven komen dichterbij de huidmondjes te liggen dan de bladgroenkorrels, waar fotosynthese plaatsvindt. Toen de nervatuur van de loofbomen dit omslagpunt bereikte opende het de deur om hun koolstofopname te verhogen door nog meer en kleinere huidmondjes te maken. Gevolg was dat de loofbomen sneller gingen groeien dan hun grootste concurrenten, de coniferen.

Coniferen in het voordeel bij hogere CO2-concentraties?

Vandaag leven we in een wereld waarin de CO2-concentratie stijgt, hetgeen de vraag oproept of coniferen daar meer van profiteren dan de loofbomen. De onderzoekers denken van niet, omdat de loofbomen een duidelijke drempel over zijn gegaan. Nu ze eenmaal deze aanpassing hebben kunnen doen, zullen ze waarschijnlijk ook de weg terug met gemak kunnen bewandelen.
Dit onderzoek is mede gefinancierd door het High Potential programma van de Universiteit Utrecht, van Gertjan Reichart, Rike Wagner-Cremer en Stefan Dekker

Hugo Jan de Boer, Maarten B. Eppinga, Martin J. Wassen en Stefan C. Dekker. A critical transition in leaf evolution facilitated the Cretaceous angiosperm revolution. Nature Communications