Фотосинтез CAM мог дать преимущество во время массового вымирания пермского-триасового перехода

Когда мир едва не погиб

Самое масштабное вымирание в истории Земли, 252 миллиона лет назад, едва не стерло жизнь с планеты. Тем не менее некоторые небольшие, неприметные растения не только выжили, но и быстро заняли повреждённые ландшафты. В этом исследовании задаются вопросом, как эти скромные лиофиты, дальние родственники современных перальцев (quillworts), сумели пережить палящую жару и нестабильный климат, последовавшие за катастрофой — и что их «трюки» могут рассказать о жизни в мире, который потеплевает.

Малые растения в суровом новом мире

До кризиса низменности Земли были покрыты густыми лесами высоких деревьев. Вулканические извержения Сибирских траппов вызвали экстремальное глобальное потепление, нарушение океанов и гибель большинства животных видов. На суше привычные леса исчезли и были заменены редкими сообществами, доминировавшими низкими травянистыми лиофитами. Эти «растения катастрофы» распространились от тропиков до высоких широт, особенно на территории современной Южной Китая, что ставит вопрос: как такие, по виду хрупкие, растения могли процветать при условиях, которые были слишком жаркими для большинства современных культур?

Чтение формы и родственных связей в ископаемых остатках

Исследователи собрали большую коллекцию из 485 окаменелых «спорофиллов», спороносных листьев лиофитов, из пород позднего пермского — среднего триасового веков и сравнили их с современными родственниками. Оценив 127 простых признаков формы — таких как контур листа, расположение жилок и форма спорангия — они использовали статистические методы для отображения кластеров видов в «пространстве форм». Этот анализ прояснил запутанные таксономические названия и показал, что пионеры раннего триаса относятся к роду Tomiostrobus, близкому к современным Isoetes, в то время как более поздние триасовые формы образуют другой род — Lepacyclotes. Сильное сходство в их репродуктивных структурах указывает на тесную эволюционную связь между триасовыми растениями и современными гибкими перальцами.

Подсказки, скрытые в древнем углероде

Чтобы понять, как эти растения существовали, команда измеряла соотношение изотопов углерода в ископаемых растительных материалах и окружающих отложениях. Разные типы фотосинтеза оставляют характерные изотопные отпечатки. В породах тропических прибрежных низменностей Южного Китая нем-лиофитные растения демонстрируют большие отрицательные сдвиги в углеродных значениях, согласующиеся с глобальным нарушением углеродного цикла. Лиофиты, напротив, остаются относительно обогащёнными тяжёлым углеродом по сравнению с соседями, даже при резком росте атмосферного CO2. Их значения близки к значениям близлежащих отложений, что намекает на смешение источников углерода и необычный способ концентрации углерода внутри тканей.

Выживание в супергринхаусе

Команда затем использовала климатическую модель системы Земля, чтобы восстановить температуры поверхности суши до, во время и после вымирания. Совместив эти карты с местонахождениями ископаемых, они обнаружили, что многие лиофиты обитали в регионах, где пиковые дневные температуры суши, вероятно, превышали 45–60 градусов Цельсия — жарче, чем могут выдержать большинство современных C3-растений. Современные Isoetes, однако, способны переключаться на фотосинтетический режим CAM, который позволяет им поглощать углерод преимущественно ночью, сохранять его в виде органических кислот и использовать для фотосинтеза в дневное время при закрытых устьицах. Многие также добывают углерод прямо из воды и донных осадков через корни.

Ночная работа, спасшая день

Объединив сравнения форм, изотопные данные и климатическое моделирование, авторы приходят к выводу, что лиофиты раннего триаса, вероятно, использовали ночной захват углерода в стиле CAM, подобно живым Isoetes. Это позволяло им экономить воду, снижать тепловой стресс и выживать на горячих, подверженных засухе прибрежных равнинах, где другие растения гибели. Мир, доминируемый такими низкими, медленно растущими растениями, откладывал бы в почвы меньше углерода, возможно способствуя поддержанию продолжительного парникового состояния планеты. Тем не менее эти же выносливые первопроходцы стабилизировали повреждённые ландшафты и поддерживали тонкую зелёную покровность, которая способствовала восстановлению жизни. Проще говоря, тихая ночная фотосинтетическая стратегия могла быть одним из ключей, благодаря которым наземные экосистемы Земли не рухнули окончательно.

Цитирование: 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

Ключевые слова: Пермско-триасовое вымирание, CAM-фотосинтез, ископаемые лиофиты, палеоклиматическое потепление, стратегии выживания растений