Исследования ископаемых корней древних деревьев выявили особенности их строения, которые ранее не были известны палеоботаникам. Анализ трех слепков стигмарий с помощью микрокомпьютерной томографии продемонстрировал, что их подземные оси формировали боковые корешки, структура которых напоминает развитие побегов. Это позволяет предложить новое объяснение того, как гигантские плауновидные деревья удерживались в болотистой среде каменноугольного периода.
Стигмариями (Stigmaria) называют окаменелости подземных частей древних плауновидных деревьев. Такие деревья росли в позднем палеозое и достигали десятков метров в высоту. Их подземные органы расходились на метры, а на поверхности слепков оставались ряды круглых и овальных ямок — следы тонких боковых корешков.
С помощью этих отпечатков корней, называемых стигмариями, можно было получить представление о том, как выглядели древние угольные леса. Еще в девятнадцатом веке обнаружение стигмарий вблизи пней сигиллярий подтвердило, что угольные болота представляли собой настоящие леса, а не просто скопление стволов, принесенных водой. Корневая система удерживала деревья в почве и сохраняла расположение растений даже после их отмирания. Однако строение стигмарий долгое время оставалось предметом дискуссий. Внешний вид не позволял получить однозначный ответ: для разрешения спора требовалось изучить внутреннюю анатомию.
У современных цветковых растений рост корней и стеблей, как правило, подчиняется различным принципам. В стеблях гормон ауксин синтезируется в верхушечной почке и перемещается вниз, способствуя формированию листьев и боковых структур. В корнях развитие боковых корней происходит из внутренних тканей иным образом. Таким образом, расположение сосудов в окаменелом органе могло указать на то, какая программа роста была реализована у стигмарий.
С помощью микрокомпьютерной томографии ученые изучили три слепка стигмарий, чтобы определить, напоминает их верхушка корень или побег. Результаты опубликовали в журнале Труды Королевского общества биологических наук .
В образовавшихся отпечатках ученые обнаружили сеть сосудистых каналов, обеспечивавших питание боковых отростков. У верхней части эти каналы располагались вдоль центральной оси и переходили во внутреннюю поверхность верхней части. Отдельные молодые следы подходили к верхушке, но пока не достигали центральной стелы. После этого они меняли направление и шли радиально к местам прикрепления отростков на поверхности.
Изображенное на картине было похоже на рост побега. Боковые образования формировались вблизи верхней части, и их сосудистые связи изменялись в процессе увеличения оси. В результате проведенного исследования авторы пришли к заключению, что верхушка стигмарий функционирует не как обычный корень, а как меристема, схожая с побегом. Согласно их гипотезе, это соответствует перемещению ауксина от верхушки, подобно тому, как это происходит у побегов.
Не менее значимым аспектом являются анастомозы – области, где сосудистые структуры различных боковых органов объединяются до впадения в центральную стелю. Такие образования были зафиксированы в трехмерных моделях стигмарий и напоминали схемы сосудистых образований, наблюдаемые у побегов, листьев и шишек древовидных плауновидных растений. Это подтвердило предположение о наличии программы развития, схожей с побегоподобной.
В конечном счете, стигмарии не напоминали «перевернутые побеги», а представляли собой уникальные подземные структуры плауновидных деревьев. Эти органы выполняли роль корней, однако их развитие происходило по нестандартной, напоминающей побег, схеме. Это был специфический орган древних деревьев, сформировавшийся из модифицированной побеговой оси и не имеющий прямых соответствий среди современных видов.