Obwohl Farne mehr als 200 Millionen Jahre älter sind als Angiospermen, führte der Aufstieg geschlossener Angiospermen-Waldüberdachungen während der Kreidezeit zu einer explosiven Diversifizierung bei Leptosporangiatenfarnen. Diese neu entwickelten Arten gediehen auf den schattigen, mit blauem Licht angereicherten Waldböden. Dieser Erfolg hat dazu geführt, dass Leptosporangiate-Farne die dominierende moderne Farngruppe sind, aus der die große Mehrheit aller lebenden Farnarten. Eine eindeutige physiologische Erklärung für die effiziente Nutzung des blauen Lichts durch die Farne wurde jedoch noch nicht gefunden.

In einem neuen Artikel, erschienen in New Phytologist, nutzten der Hauptautor Shengguan Cai und Kollegen molekulare und physiologische Beweise, um die Verbindungen zwischen ihnen zu untersuchen leptosporangiate Farne erhöhte Empfindlichkeit der Stomata gegenüber blauem Licht und ihre Zunahme in den geologischen Aufzeichnungen. Die Forscher konzentrierten sich auf Blaulicht-Photorezeptoren in der größten Unterklasse der Leptosporangiatenfarne, den Polypodiales, sowie in mehreren älteren eusporangiaten Farnlinien und einem repräsentativen Angiosperm.

Die Autoren fanden heraus, dass Farne in den Polypodiales eine signifikant schnellere Stomata-Reaktionsrate aufweisen, wenn sie blauem Licht ausgesetzt werden, als dies bei jeder der anderen getesteten Gruppen der Fall ist. Diese Empfindlichkeit, die es den Farnen ermöglicht, schnell von vorübergehenden Sonnenflecken zu profitieren, ist insbesondere mit dem Signalweg des Kryptochroms (CRY) verbunden, der einzigen Familie von Blaulichtrezeptoren, die sich signifikant zwischen Leptosporangiaten- und Eusporangiatenfarnen unterschied.

Die molekulare Datierung zeigte, dass die Polypodiales vier separate Duplikationen ihrer CRY-Gene durchliefen, wobei die beiden letzten Ereignisse auftraten, als die Angiospermen als dominante Gruppe auftauchten. Dies ließ die Clade mit sechs CRY-Genkopien zurück – dreimal mehr als andere eng verwandte Clades – und eine Stomata-Reaktionszeit, die mit der von Gräsern vergleichbar ist, von denen bekannt ist, dass sie eine außergewöhnlich schnelle Reaktion haben.

„Viele Pflanzenarten und die meisten Farne können hohe Bäume um den Zugang zu Licht nicht übertreffen und haben Strategien für Schattentoleranz entwickelt, um mit schwachem Licht fertig zu werden und die Lichterfassung zu optimieren“, schreiben die Autoren. „Der Rückgang der Vielfalt und des Verbreitungsgebiets vieler Eusporangiatenfarnarten in der Kreidezeit, gefolgt von der Diversifizierung von Leptosporangiatenfarnen, weist auf eine grundlegende Veränderung der funktionellen Merkmale hin, die Leptosporangiaten von anderen Farnlinien unterscheidet.“