Gedurende de eerste 4 miljard jaar van het bestaan van de aarde waren haar continenten stoffige, dorre en rotsachtige landschappen, vergelijkbaar met het oppervlak van Mars. Maar ongeveer 500 miljoen jaar geleden veranderde dit alles.
Luister hier naar meer artikelen uit The Conversation, ingesproken door Noa.
Landplanten begonnen zich te ontwikkelen uit hun zoetwater algen voorouders en bedekten geleidelijk het rotsachtige oppervlak van de planeet. Oorspronkelijk slechts enkele centimeters groot, ontwikkelden de eerste landplanten zich snel tot complexere vormen. Tegen 385 miljoen jaar geleden bedekten uitgestrekte bossen het aardoppervlak.
Deze nieuwe plantendiversiteit werd ondersteund door een overgang die onder de grond plaatsvond – de vorming van wortels en bodems. Bodems zijn tegenwoordig zo overvloedig aanwezig dat we ze vaak als vanzelfsprekend beschouwen of aannemen dat ze een constante zijn op onze planeet. Maar dat is niet het geval. Diepe bodems zoals wij die kennen, hebben minder dan 10% van de geschiedenis van onze planeet bestaan.
De vorming van deze bodems heeft het leven op Aarde drastisch veranderd. Bodems veranderden het aardse landschap, de waterlopen, de voedingsstoffen- en mineralencyclus en zelfs de samenstelling van de atmosfeer. De rol die de bodem heeft gespeeld bij het bewoonbaar maken van de aarde benadrukt het belang van het beschermen van onze bodem vandaag de dag.
Veel mensen denken aan planten als mooi groen. Essentieel voor schone lucht, ja, maar eenvoudige organismen. Een verandering in het onderzoek verandert de manier waarop wetenschappers over planten denken: ze zijn veel complexer en lijken meer op ons dan je denkt. Deze bloeiende tak van wetenschap is te mooi om in een of twee verhalen recht te doen.
Dit artikel maakt deel uit van een serie, Plant Curious, waarin wetenschappelijke studies worden onderzocht die de manier waarop je naar het plantenleven kijkt uitdagen.
De eerste bodems
Het vroegste bewijs voor het ontstaan van bodems komt van oude fossielen van landplanten. Een rotsformatie in het noordoosten van Schotland, de Rhynie Chert genaamd, bevat uitzonderlijk goed bewaarde 407 miljoen jaar oude plantenfossielen. Hierdoor kunnen wetenschappers de diversiteit van het leven dat hier floreerde bestuderen.
De meerderheid van de planten die in de Rhynie chert bewaard zijn gebleven missen de grote complexe wortels die typisch zijn voor planten die je vandaag de dag kent. Hun wortelsystemen bestonden in plaats daarvan uit dunne stengels die bedekt waren met haren, rhizoïden genaamd. Deze haren hielpen de planten om zich aan het rotsachtige oppervlak van de planeet te verankeren en water en voedingsstoffen te absorberen.
Reconstructie van wortelsystemen op basis van rhizoïden uit het Rhynie-kerts, Aberdeenshire.
Rosemary Wise/Royal Society Publishing, CC BY-NC-ND
Nieuwe harige stengels groeiden en verstrengelden zich met de massa van rottende oudere stengels om geleidelijk een dunne veengrond van slechts enkele centimeters dik op te bouwen. Ondanks zijn dunheid kon deze grond weerstaan aan wegwaaien of wegspoelen, en bood zo houvast voor meer planten om te groeien.
Vroege bodems, zoals die in de Rhynie-tufsteen, ondersteunden een grote verscheidenheid aan schimmels. Sommige vormden een nuttige relatie met planten en hielpen hen met het winnen van voedingsstoffen in ruil voor door de planten geleverde koolstof – andere voedden zich met rottend plantenweefsel.
Deze bodems vormden ook een jachtterrein voor mijten, nematoden (rondwormen) en vroege spinachtigen. De planten, dieren en schimmels vormden samen een complex voedselweb.
Deze dunne bodem barstte al van het leven.
Diversiteit van planten
Ga 20 miljoen jaar vooruit en de continenten op aarde zijn bedekt met bossen met bodems van meer dan een meter diep. Deze opmerkelijke toename van de bodemdiepte, in wat wordt beschouwd als een korte geologische tijdspanne, werd gevoed door de evolutie van plantenwortels. Wortels vergroten de bodemdiepte door naar beneden te groeien en organisch materiaal dieper in het sediment te brengen.
Wortels zijn gespecialiseerde organen die planten in staat stellen zich te verankeren en naar water en voedingsstoffen te zoeken. Zij zijn speciaal aangepast aan het leven onder de grond en aan het zich een weg naar beneden banen in het rotsachtige substraat onder het aardoppervlak.
De overgang van harige stengels die zich vastklampen aan de bovenkant van het rotsachtige substraat naar wortels die zich meer dan een meter diep boren, transformeerde de bodem en gaf planten toegang tot diepe water- en voedingsreserves. Deze ondergrondse revolutie zorgde voor een geheel nieuw ecosysteem waarin het leven zich kon diversifiëren.
Blootliggende moderne boomwortels, Sutherland, Schotland.
Sandy Hetherington, Auteur voorzien
Bodem veranderd meer dan wat er onder onze voeten zit
De bodem is het belangrijkste raakvlak tussen de geologie, de atmosfeer en de water- en voedingsstoffencyclus. De komst van diepe bodems veranderde de interactie tussen deze delen van de aarde en bracht een aantal verrassende veranderingen teweeg.
Eén verandering betrof de watercyclus. Wat eens een landschap was dat bedekt was met een groot aantal kleine kriskras door elkaar lopende stroompjes, veranderde in uiterwaarden met grote meanderende riviergeulen. Tegelijkertijd sloeg de bodem water op dat meer plantaardig leven kon ondersteunen en snel in de atmosfeer kon worden teruggevoerd.
De periode waarin de bodems in diepte en omvang toenamen, ging ook gepaard met een enorme daling van het CO₂-gehalte in de atmosfeer en afkoelende temperaturen. Deze verandering in de samenstelling van de atmosfeer was gedeeltelijk te danken aan twee eigenschappen van wortels en bodems.
Plantenwortels hielpen de verwering van rotsen te vergroten door het fysisch en chemisch afbreken van vast gesteente – een proces dat resulteert in een netto onttrekking van CO₂ aan de atmosfeer.
Bodems, vooral organisch rijke veenbodems, zijn ook enorme koolstofreservoirs. Planten hebben CO₂ nodig om te groeien en wanneer planten vergaan, komt CO₂ weer in de atmosfeer terecht. Maar dit plantenmateriaal vergaat in veel bodems niet volledig en veel ervan wordt geleidelijk begraven.
Dit zet koolstof vast in veengronden, die indien begraven, steenkool kunnen vormen. Het ontstaan van diepe bodems en bossen heeft de snelheid van koolstofbegraving op aarde sterk verhoogd.
Moderne veengrond, Isle of Skye, Schotland.
Sandy Hetherington, Auteur voorzien
De bodem schraagt enorm veel leven op aarde. Zijn rol in de watercyclus, de nutriëntencyclus en in belangrijke mate als koolstofreserve blijven vandaag en in de toekomst van cruciaal belang. Het fossielenbestand herinnert ons eraan dat we onze bodem moeten beschermen.
Sandy Hetherington werkt voor de Universiteit van Edinburgh, en zijn onderzoek wordt momenteel gefinancierd door een UKRI Future Leaders Fellowship.