जब 500 मिलियन से अधिक वर्ष पहले ताजे पानी में रहने वाले शैवाल से विकसित होकर पौधों ने पहली बार भूमि पर कदम रखा, तो उन्होंने ग्रह को पूर्णतय: परिवर्तित कर दिया। हवा से कार्बन डाइऑक्साइड खींचकर, उन्होंने पृथ्वी को ठंडा किया, और चट्टान की सतहों को मिटाकर उन्होंने उस मिट्टी को बनाने में मदद की जो अब इतनी भूमि को कवर करती है।
ग्रह के वायुमंडल और भूमि की सतह में इन परिवर्तनों ने उस जीवमंडल के विकास का मार्ग प्रशस्त किया जिसे हम जानते हैं। भूमि के पौधे पृथ्वी के बायोमास का लगभग 80% हिस्सा बनाते हैं।
ये पौधे छोटे और काई जैसे थे, और उन्हें जमीन पर जीवित रहने के लिए दो बड़ी चुनौतियों का सामना करना पड़ा: सूखने से बचना, और सूर्य की कठोर पराबैंगनी प्रकाश से बचना।
पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया के उत्तर में कैनिंग बेसिन से चट्टान के नमूनों में, हमने पैतृक जल-निवास शैवाल के बीजाणुओं के साथ-साथ प्रारंभिक भूमि पौधों से 480 मिलियन वर्ष पुराने जीवाश्म बीजाणुओं की खोज की है। ये पाए जाने वाले सबसे पुराने भूमि पौधे के बीजाणु हैं, और ये हमें इस बारे में नए सुराग देते हैं कि पौधों ने कब और कहाँ छलांग लगाई और यह भी कि वे कैसे जीवित रहने में कामयाब रहे। शोध साइंस में प्रकाशित हुआ है।
जब पौधों ने भूमि का उपनिवेश किया
पौधों द्वारा भूमि के उपनिवेशीकरण के प्रारंभिक समय के अनुमान बड़े जीवाश्म पौधों के अवशेषों पर आधारित होते हैं, यह गणना कि विभिन्न प्रजातियों को विकसित होने में कितना समय लगा (जिसे “आणविक घड़ी” डेटा कहा जाता है), और पौधों के बीजाणुओं का रिकॉर्ड।
आणविक घड़ी के आंकड़ों से पता चलता है कि भूमि उपनिवेशण लगभग 515 मिलियन वर्ष पहले (कैम्ब्रियन काल में) हुआ था, जबकि सबसे पहले पौधे के तने के जीवाश्म लगभग 430 मिलियन वर्ष पहले (मध्य-सिलूरियन काल में) हुए थे। इन शुरुआती छोटे पौधों में जड़ प्रणाली या कठोर लकड़ी के ऊतक नहीं थे, जो बता सकते हैं कि उनके जीवाश्म अवशेष दुर्लभ क्यों हैं।
वैकल्पिक रूप से, हम पौधों के बीजाणुओं को देख सकते हैं। बीजाणु सरल प्रजनन इकाइयाँ हैं जो आनुवंशिक सामग्री ले जाती हैं (बीज की तुलना में बहुत सरल, जो बहुत बाद तक विकसित नहीं हुई)। सफल प्रजनन के लिए, भूमि पौधों की बीजाणु दीवारों को सूखने और पराबैंगनी विकिरण से क्षति का विरोध करने के लिए पर्याप्त मजबूत होना चाहिए।
ये लचीली बीजाणु दीवारें भी हैं जो प्राचीन तलछट में सैकड़ों लाखों वर्षों तक बीजाणुओं को संरक्षित करने की अनुमति देती हैं, और इस अध्ययन में उपयोग किए गए मजबूत एसिड का उपयोग करके उन तलछट से निकाले जाने की अनुमति देती हैं। फिर हमने माइक्रोस्कोप के तहत बीजाणुओं के आकार का अध्ययन किया।
बीजाणुओं का आकार
प्रारंभिक भूमि पौधों के बीजाणु दो या चार कोशिकाओं के कमोबेश नियमित ज्यामितीय रूप से व्यवस्थित समूहों के रूप में होते हैं। इस तरह के बीजाणु और 465 मिलियन वर्ष (ऑर्डोविशियन काल में) के रूप में पुराने तलछट में पाए गए हैं, जो उन्हें किसी भी ज्ञात बड़े पौधे के जीवाश्मों से कम से कम 35 मिलियन वर्ष पहले रखता है।
हालाँकि, पुराने बीजाणु (लगभग 505 मिलियन वर्ष पूर्व से) संयुक्त राज्य अमेरिका में भी पाए गए हैं। पॉल स्ट्रॉथर (बोस्टन कॉलेज के, नए कैनिंग बेसिन अनुसंधान पर मेरे सह-लेखक) और उनके सहयोगियों ने दिखाया है कि इन पुराने बीजाणुओं को कैरोफाइट्स नामक मीठे पानी के शैवाल से प्राप्त होने की संभावना है।
ये पुराने बीजाणु कोशिकाओं के अनियमित आकार के “पैकेट” के रूप में होते हैं। बीजाणुओं के यही “पैकेट” कैनिंग बेसिन में पाए गए जीवाश्मों में भी पाए जाते हैं, जो लगभग 25 मिलियन वर्ष बाद के हैं।
कैरोफाइट शैवाल अर्ध-जलीय रूप से रहते हैं। इस स्थिति में जीवित रहने के लिए उन्होंने शुष्कता और पराबैगनी किरणों के हानिकारक प्रभावों का विरोध करने के लिए जीन विकसित किए।
प्रारंभिक भूमि पौधों ने या तो उस पैतृक शैवाल जीनोम के कुछ हिस्सों पर कब्जा कर लिया, शायद “क्षैतिज जीन स्थानांतरण” के माध्यम से, जिसमें बैक्टीरिया एक जीव से दूसरे जीव में जीन को स्थानांतरित करते हैं, या अपने दम पर समान जीन विकसित करते हैं।
लाखों वर्षों की समय सीमा को देखते हुए, यह सुझाव देता है कि भूमि पौधों की उत्पत्ति एक विलक्षण घटना के रूप में नहीं हुई थी। हमने कैनिंग बेसिन असेंबल में दो या चार कोशिकाओं के साथ, और अनियमित रूप से पैक किए गए अल्गल बीजाणु, दोनों भूमि पौधों के बीजाणु पाए, जो दर्शाता है कि भूमि पौधे और उनके अल्गल पूर्वज एक ही समय में एक ही क्षेत्र में एक साथ मौजूद थे।
यह आणविक घड़ी डेटा (515 मिलियन वर्ष पूर्व) और जीवाश्म साक्ष्य से भूमि उपनिवेशीकरण के अनुमानों के बीच के समय के अंतर को भी कम करता है। लगभग 480 मिलियन वर्ष पुराना, कैनिंग बेसिन रिकॉर्ड दुनिया में कहीं भी पाया जाने वाला सबसे पुराना रिकॉर्ड है।
भूमि पौधों की शुरुआत कहाँ से हुई?
हमारी खोज कैनिंग बेसिन में भूमि पौधों के बीजाणुओं के पहले के अध्ययनों से हुई है। 1991 में लगभग 440-445 मिलियन वर्ष पहले के बीजाणु पाए गए थे, और 2016 में 460 मिलियन वर्ष पहले के बीजाणु पाए गए थे।
रॉक अनुक्रमों की आयु निर्धारित करने के प्रयासों में लगभग 100 कोर नमूनों के अर्क की जांच के बाद ही वे दो रिकॉर्ड पाए गए, जिससे पता चलता है कि बीजाणु दुर्लभ हैं। इस अवधि में कैनिंग बेसिन में जमा तलछट मुख्य रूप से समुद्री वातावरण से होती है, जैसा कि हम शेली जीवाश्मों और माइक्रोफॉसिल्स जैसे कोनोडोन से देख सकते हैं।
प्रारंभिक भूमि के पौधे, अपने कैरोफाइट शैवाल पूर्वजों की तरह, समुद्र के किनारे पर मीठे पानी की सेटिंग में विकसित हुए। इन क्षेत्रों में बीजाणु और तलछट धोए गए थे। इसलिए जो जीवाश्म अभिलेख हमारे पास आए हैं, वे प्राचीन विश्व के भूगोल पर निर्भर करते हैं।
2020 में जियोसाइंस ऑस्ट्रेलिया ने पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया के भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण के सहयोग से उपसतह चट्टानों के भूविज्ञान को समझने के लिए कैनिंग बेसिन के दक्षिणी भाग में एक कुआं खोद दिया। नामबीट फॉर्मेशन नामक भूवैज्ञानिक संरचना से चट्टान के नमूनों के एसिड निष्कर्षण के बाद, जो प्रारंभिक ऑर्डोविशियन काल (485 मिलियन से 470 मिलियन वर्ष पूर्व) की तारीख है, हमने दो या चार कोशिकाओं की विशिष्ट नियमित व्यवस्था के साथ भूमि पौधे के बीजाणुओं की पहचान की।
उस काम के हिस्से के रूप में, हमने 1958 में ड्रिल किए गए नम्बित फॉर्मेशन के मूल खंड से, पहले से ही कांच की स्लाइड्स पर लगाए गए पौधों के बीजाणुओं की तैयारी की जांच की। और यहां हमें उनके अल्गल पूर्वजों से बीजाणुओं से जुड़े भूमि पौधे के बीजाणुओं का पहला रिकॉर्ड मिला। डब्ल्यूए सरकार द्वारा प्रदान की गई इन पूर्व सामग्रियों तक पहुंच के बिना हमारी खोज संभव नहीं होती।
यह निर्धारित करने के लिए आगे के अध्ययन की आवश्यकता है कि कैम्ब्रियन और ऑर्डोविशियन काल के बाद से ऑस्ट्रेलियाई तलछट में अतिरिक्त शैवाल और भूमि पौधे के बीजाणु कहाँ पाए जाते हैं। नए डेटा इस बात पर भी प्रकाश डाल सकते हैं कि भूमि पौधों की शुरुआत कहाँ से हुई: क्या यह इस महाद्वीप पर था, जैसा कि अन्य ने सुझाव दिया है?
वर्तमान कार्य ने पिछले डेटा और सामग्रियों तक पहुंच के महत्व पर जोर दिया है, और हम डब्ल्यूए सरकार द्वारा भूवैज्ञानिक नमूनों और डेटा को क्यूरेट करने की महत्वपूर्ण विज्ञान अवसंरचना भूमिका को स्वीकार करते हैं।