Als die ersten Landpflanzen vor über 400 Millionen Jahren erschienen, waren sie kaum mehr als spindeldürre, grüne Stiele, die aus dem Boden herausragten. Alsbald folgten Wurzeln und später sprossen verzweigte Strukturen aus den Stängeln. Letztendlich enfalteten sich einige zu riesigen, spargelähnlichen Bäumen von 30 Metern Höhe, doch ihre "Blätter" blieben dünn und stachelähnlich. Erst vor etwa 360 Millionen Jahren begannen ausgedehnte Blattoberflächen, die Lücken zwischen den Zweigen zu schließen. Doch warum herrscht zwischen dem Auftauchen der ersten Landpflanzen und der Evolution der Blätter eine zeitliche Kluft von 40 Millionen Jahren?

David Beerling und seine Kollegen von der University of Sheffield untersuchten nun, aus welchem Grund die Blätter erst so spät ihren Siegeszug angetreten haben. Mit Hilfe von Computersimulationen rekonstruierten sie die Periode, in der Blätter noch nicht zum Lebensstil gehörten. Das Modell basierte auf biophysikalischen Prinzipien heutiger Pflanzen und bezog ebenfalls anatomische und umgebungsbedingte Daten von fossilen Pflanzen mit ein. Die Forscher wogen Kosten und Nutzen für die Pflanzen ab, wenn diese bereits in den frühen Phasen des Landlebens Blätter entwickelt hätten. Dabei fanden sie heraus, dass sich solche Pflanzen unter den damals vorherrschenden hohen CO₂-Konzentrationen zu stark überhitzt hätten. Die frühen Pflanzen wiesen nämlich nur wenige Spaltöffnungen (Stomata) auf, mit deren Hilfe sie Gase mit der Umgebung austauschen und ihren Wasserhaushalt regulieren konnten.

Aufgrund dieses Ergebnisses führen die Wissenschaftler den Ursprung der Blätter darauf zurück, dass sich im Devon die CO₂-Konzentration um 90 Prozent verringerte. An diesem Prozess war die blattlose Landflora jedoch wesentlich beteiligt, indem sie Kohlendioxid in ihren holzigen Geweben einschloss. Zudem beschleunigten die physikalischen und chemischen Effekte von Wurzeln die Verwitterungsprozesse von Gestein und Böden und banden so riesige Mengen an Kohlendioxid. Mit den Veränderungen in der Erdatmosphäre wandelte sich auch das Aussehen der bisherigen Pflanzen: Die grünen Stängel verzweigten sich immer mehr, bekamen "Schwimmhäute" und entfalteten schließlich blattähnliche Gebilde.

Anhand von weiteren und besser erhaltenen Pflanzenfossilien könnten Wissenschaftler den vermuteten Zusammenhang zwischen Blättern und Kohlendioxid absichern – oder widerlegen, wenn sie fossile Überreste von Pflanzen mit großen Blättern aus der Zeit finden, als die CO₂-Konzentrationen noch sehr hoch waren.