CAM-Photosynthese könnte während des Perm-Trias-Massensterbens einen Vorteil verschafft haben

Als die Welt fast starb

Das größte Massenaussterben der Erdgeschichte vor 252 Millionen Jahren löschte Leben auf dem Planeten nahezu aus. Dennoch überlebten einige kleine, unscheinbare Pflanzen nicht nur, sondern breiteten sich schnell über geschädigte Landschaften aus. Diese Studie fragt, wie diese bescheidenen Lycophyten, entfernte Verwandte der heutigen Schaft- oder Quillwort-Gattungen, die sengende Hitze und die instabilen Klimabedingungen nach der Katastrophe aushielten – und was ihre Strategien über das Leben in einer sich erwärmenden Welt verraten können.

Kleine Pflanzen in einer harten neuen Welt

Vor der Krise waren die Tiefländer der Erde von dichten Wäldern hoher Bäume bedeckt. Vulkanausbrüche der Sibirischen Falle trieben extreme globale Erwärmung, Störungen in den Ozeanen und den Verlust der meisten Tierarten voran. An Land verschwanden die bekannten Wälder und wurden durch karge Gemeinschaften dominiert von niedrigen, krautartigen Lycophyten ersetzt. Diese „Katastrophenpflanzen“ breiteten sich von den Tropen bis in hohe Breiten aus, besonders in dem Gebiet des heutigen Südchina, und stellten die Frage, wie solch zart wirkende Pflanzen gedeihen konnten, als die Bedingungen für die meisten modernen Nutzpflanzen zu heiß wurden.

Formen und Verwandschaft aus Fossilien lesen

Die Forschenden stellten eine große Sammlung von 485 fossilen „Sporophyllen“, den sporentragenden Blättern der Lycophyten, aus Gesteinen vom späten Perm bis zum mittleren Trias zusammen und verglichen sie mit modernen Verwandten. Durch die Bewertung von 127 einfachen Gestaltungsmerkmalen – wie Blattumriss, Aderanordnung und Form der Sporenbehälter – nutzten sie statistische Werkzeuge, um abzubilden, wie fossile Arten im „Formraum“ gruppiert sind. Diese Analyse klärte unübersichtliche fossile Bezeichnungen und zeigte, dass die frühen triassischen Pioniere zur Gattung Tomiostrobus gehören, die eng mit heutigen Isoetes verwandt ist, während spätere triassische Formen in eine andere Gattung namens Lepacyclotes gruppieren. Die starke Ähnlichkeit in ihren Fortpflanzungsstrukturen deutet auf eine enge evolutionäre Verbindung zwischen den triassischen Pflanzen und den heutigen anpassungsfähigen Quillworten hin.

Hinweise im alten Kohlenstoff

Um zu untersuchen, wie diese Pflanzen ihren Stoffwechsel organisierten, maß das Team das Verhältnis von Kohlenstoffisotopen in fossilem Pflanzenmaterial und den umgebenden Sedimenten. Verschiedene Photosynthesetypen hinterlassen unterscheidbare isotopische Signaturen. In Gesteinen aus tropischen Küstentiefländern Südchinas zeigen nicht-lycophytische Pflanzen große negative Verschiebungen in den Kohlenstoffwerten, konsistent mit der globalen Störung des Kohlenstoffkreislaufs. Die Lycophyten hingegen bleiben relativ angereichert an schwerem Kohlenstoff im Vergleich zu ihren Nachbarn, selbst als der atmosphärische Kohlendioxidgehalt stark anstieg. Ihre Werte liegen nahe bei denen der umliegenden Sedimente, was auf eine Mischung von Kohlenstoffquellen und eine ungewöhnliche Art der Kohlenstoffkonzentrierung in ihren Geweben hindeutet.

Im Super-Gewächshaus überleben

Das Team verwendete anschließend ein Erd-System-Klimamodell, um die Landoberflächentemperaturen vor, während und nach dem Aussterben zu rekonstruieren. In Kombination mit den Fundpunkten der Fossilien zeigte sich, dass viele Lycophyten Regionen besetzten, in denen die täglichen Höchsttemperaturen wahrscheinlich 45 bis 60 Grad Celsius überstiegen – heißer, als die meisten modernen C3-Pflanzen vertragen. Moderne Isoetes können jedoch eine Photosyntheseform namens CAM aktivieren, die ihnen erlaubt, Kohlenstoff überwiegend nachts aufzunehmen, ihn als organische Säuren zu speichern und tagsüber für die Photosynthese zu nutzen, während die Spaltöffnungen geschlossen bleiben. Viele entnehmen Kohlenstoff zudem direkt aus Wasser und Sedimenten über ihre Wurzeln.

Nächtliche Arbeit, die den Tag rettete

Aus der Verknüpfung von Gestaltungsvergleich, Isotopenbelegen und Klimamodellierung folgern die Autorinnen und Autoren, dass frühe triassische Lycophyten wahrscheinlich eine CAM-ähnliche nächtliche Kohlenstoffaufnahme nutzten, ähnlich den heute lebenden Isoetes. Das hätte ihnen ermöglicht, Wasser zu sparen, Hitzestress zu reduzieren und in heißen, dürreanfälligen Küstenebenen zu überdauern, wo andere Pflanzen versagten. Eine Welt, die von solchen niedrigen, langsam wachsenden Pflanzen dominiert wird, würde weniger Kohlenstoff in Böden vergraben und könnte so zur Aufrechterhaltung eines langanhaltenden Gewächshausklimas beitragen. Gleichzeitig stabilisierten diese widerstandsfähigen Pioniere geschädigte Landschaften und erhielten eine dünne grüne Decke, die die Erholung des Lebens unterstützte. Kurz gesagt: Eine ruhige, nächtliche Photosynthesestrategie war vermutlich einer der Schlüssel, der die terrestrischen Ökosysteme der Erde vor dem vollständigen Zusammenbruch bewahrte.

Zitation: Xu, Z., Hilton, J., Yu, J. et al. CAM photosynthesis may have conferred an advantage during the Permian–Triassic mass extinction event. Nat Ecol Evol 10, 997–1010 (2026). https://doi.org/10.1038/s41559-026-03026-0

Schlüsselwörter: Perm-Trias-Aussterben, CAM-Photosynthese, Lycophyten-Fossilien, paläoklimatische Erwärmung, Pflanzenüberlebensstrategien