Когда появились цветы на планете — тайна Дарвина

Двадцать второго июля тысяча восемьсот семьдесят девятого года, в письме к своему другу и ботанику Джозефу Хукеру, — именно того, который доказал хищничество непентесов, — Чарльз Дарвин написал о своей «страшной тайне» … Даже более чем через столетие, современные ученые продолжают дискуссию об «ужасной тайне» Дарвина — Когда появились цветы на планете Земля, ведь ученый так назвал не событие из собственной жизни, а происхождение цветковых растений!

Появление окаменелых отпечатков цветковых растений в геологической летописи Земли чрезвычайно внезапно — ученые не могут найти промежуточных форм, которые могли бы связать покрытосеменных с их гипотетическими предками: или семенными папоротниками, или голосеменными.

Когда появились цветы на планете — тайна Дарвина

Когда появились цветы на планете

Ботаники выделяют несколько групп древних голосеменных растений, к слову, к ним относятся и семенные папоротники (здесь папоротники является очень условным названием, потому что эти растения очень похожи на них, но таковыми не являются, будучи скорее промежуточным звеном), которые могли бы претендовать на предка цветковых, однако остается нерешенной «ужасная тайна» — отсутствие переходных форм от голосеменных к покрытосеменным.

Вроде возможные предки и есть, но неизвестно как, шаг за шагом, происходила эволюция цветков, плодов анатомических особенностей (например, проводные системы голо- и покрытосеменных существенно отличаются) — ученые только теоретизируют …

Однако, загадкой является еще и время возникновения цветковых растений. Попробуем разобраться в потоке научной информации последнего десятилетия, отыскав зерна истины в решении «ужасной тайны» Дарвина.

Когда же появились первые цветы на нашей Земле?

Самые ранние, из известных, окаменелых находок, палеоботаники уверенно относят к покрытосеменным растениям, несколько видов из рода Древнеплодник (Archaefructus Sun, Dilcher, Zheng et Zhou). На сегодня известно несколько видов этих удивительных ископаемых растений с территории Китая,которые датируются поздним юрским и ранним меловым периодами — примерно сто сорок — сто двадцать миллионов лет назад.

Интересно, что вместе с находками Древнеплодников на отпечатках часто имеются окаменелые скелеты рыб — это дало основания реконструировать эти растения как жителей водоемов. Очень хорошо сохранившиеся мягкие ткани растений и рыб свидетельствует о том, что они были внезапно погребены под толстым слоем ила во наводнения.

Исследование ископаемых пыльцы свидетельствует, что на юрско-меловой границе — сто тридцать миллионов лет назад покрытосеменные растения уже были достаточно широко распространены. Это означает, что цветковые растения возникли намного раньше, за указанное время.

Когда появились цветы на планете — согласно палеонтологическим находкам на северо-востоке Китая, покрытосеменные уже существовали в начале среднего юрского периода — сто семьдесят — сто шестьдесят миллионов лет назад. Палеоботаники нашли окаменелые соцветия Шмейснерии мелкоколосковой (Schmeissneria microstachys (Presl), которую ранее считали представительницей голосеменных растений из гинкговых (Ginkgoales Gorozh.).

Однако, ученым удалось обнаружить в ее макростробли (растительные женские органы размножения) закрытый пестик, что типично только для покрытосеменных (отсюда и название «покрытосеменные»). В свете этого открытия, биологи предполагают, что первые покрытосеменные появились в позднем триасовом периоде — двести тридцать — двести двадцать миллионов лет назад.

Почти четверть века велись споры вокруг интерпретации окаменелых отпечатков Санмигвелии Левиса (Sanmiguelia lewisii Brown) как покрытосеменных растений из позднего триаса. Ее хорошо сохранившиеся отпечатки найдены в северо-западном Техасе (США), трактовались в качестве цветочного растения, причем, они сочетали в себе признаки двух классов: и однодольных (Liliopsida) и двудольных (Magnoliopsida) … Сегодня Санмигвелия претендует на одно из древнейших, из известных, цветочных растений.

Когда появились цветы на планете — еще более интересные сведения дают химические исследования окаменелых остатков Гигантоптеридов (Gigantopteridaceae Koidz.) — семенных папоротников, которые существовали в позднем пермском периоде до катастрофического вымирания (двести сорок пять — двести пятьдесят миллионов лет назад) в конце палеозойской эры.

Оказалось, что они содержат вторичные метаболиты — тритерпеные олеананы, продуцируемые исключительно покрытосеменными растениями для отпугивания различных вредителей. Наконец, у Гигантоптеридов было много морфологических признаков сходства с цветочными, однако, каких-либо доказательств, что цветы имелись у них самих, пока, нет.

Современные генетические исследования показывают, что первые цветковые растения появились не позже 215 000 000 лет назад — на грани триасового и юрского периодов.

Живые ископаемые.

Древнейшее из известных современных цветковых растений — Амбробела волосоножка (Amborella trichopoda Baill.), — растет на небольшом юго-тихоокеанском острове Новая Каледония, который вместе с Новой Зеландией, представляет собой остаток древнего материка Зеландии. Как и в Новой Зеландии, так и на Новой Каледонии — в полной изоляции, сохранились реликтовые экосистемы, которые очень слабо изменились со времен динозавров и материка Зеландии …

Амбробела волосоножка (Amborella trichopoda Baill.) — Древнее цветочное растение на Земле.

По многим признакам Амбробела волосоножкова является уникальным цветочным растением, поскольку имеет ряд анатомических особенностей, которые присущи голосеменным, а не покрытосеменным. В частности, ксилема — восходящая имеет ведущую систему растений, которая транспортирует воду и минеральные вещества от корней до надземных частей растения, — но у них нет сосудов, а на их месте имеются трахеиды — ведущие органы аналогичные как у голосеменных.

Отличительными являются также и строение репродуктивной системы — цветков и способа оплодотворения. Генетические исследования показывают, что Амбробела является чрезвычайно древним растением, которое появилась на Земле в конце юрского периода — более ста тридцати пяти миллионов лет назад.

Ученые вообще выделили ее в сестринскую другую покрытосеменную ветвь эволюции, хотя Амбробела, является несомненно цветочным растением.

Кувшинка белая (Nymphaea alba L.) — этими цветами «любовались» еще динозавры.

Обычно все кувшинки, которые, наверняка растут на ближайшем озере от каждого из наших читателей, являются также очень древним растением. Порядок Лататтецвити (Nymphaeales Dumortier) является несколько младшим (но ненамного) от Амбробелоцветовых (Amborellales Melikian) — всего на несколько миллионов лет. Окаменевшие отпечатки кувшинки известны с нижнего мелового периода — около ста тридцати миллионов лет назад.

В тропических лесах австралийского штата Квинсленд растет два реликтовых-эндемичных вида лиан принадлежащих к роду Австробайлея (Austrobaileya CT White), которые здесь выживали после миллионов лет климатических и геологических пертурбаций. Они сочетают в себе целый ряд архаических признаков, наряду с проявлениями особенностей высокой специализации.

Цветок Австробайлеи пятнистой (Austrobaileya maculata CTWhite) — древнейшее растение Австралии.

Еще одной древней группой живых ископаемых покрытосеменных растений являются представители семьи Хлорантовые (Chloranthaceae R. Br.), распространенные в тихоокеанском бассейне — от Дальнего Востока Азии, Австралии через Океанию, Новую Зеландию, к западу Южной Америки. Особенностью этих растений, как и Амбробелы, является очень примитивное строение проводящей системы, а у Саркандры голой (Sarcandra glabra (Thunberg) Nakai), растущим в Японии, она вообще отсутствует!

Саркандра голая (Sarcandra glabra (Thunberg) Nakai) реликтовый представитель семьи Хлорантови (Chloranthaceae R. Br.).

Космополитний род роголистника (Ceratophyllum L.), виды которого часто выращивают в аквариумах, а также их можно найти повсеместно на прудах и озерах, оказывается то же являются очень древним — родом из эры динозавров …

У роголистника очень примитивная проводящая система, представлена трахеидами, что нетипично для абсолютного большинства покрытосеменных. Их листья и стебли покрыты кутином, подобно тому, как слоевище у бурых водорослей. До сих ученые не решили вопрос о систематической принадлежности роголистника …

Островной эффект или нехватка азота?

Объяснить почему цветковые растения так нагло появились на юрско-меловой границе, означало бы раскрыть «страшную тайну» Дарвина. Когда появились цветы на планете — ученые выдвинули целый ряд гипотез, однако, ни одна из них не способна дать исчерпывающий и обстоятельный ответ …

Генетика и палеонтология однозначно нас заводят в поздний триас, но, казалось бы, растения с такими значимыми преимуществами почему-то заняли в экологических системах господствующее положение, причем очень внезапно, только через сто миллионов миллионов лет после появления — в раннем меловом периоде …

Вполне вероятно, что первые цветковые растения возникли на изолированном острове или группе островов, а затем распространились по всей Земле.

Одна из очень интересных гипотез, может пролить свет на «ужасную тайну», называется островным эффектом. Отсутствие промежуточных форм между голосеменными и цветочными, а также внезапная экспансия последних по планете более ста миллионов лет назад, может объясняться их возникновением и развитием на изолированном острове или архипелаге.

Имея связи с материковым миром, растения острова или островов эволюционировали своим особым путем, дав начало покрытосеменным. Аналогичные процессы наблюдаются и сейчас на отдаленных островах и архипелагах, например, для эндемичных растений островов Фиджи.

Экстремальные островные условия открытого океана требовали от растений развитие радикальных и принципиально новых способов размножения и приспособлений для повышения выживаемости потомства. Вполне вероятно, что таким приспособлением стали взаимоотношения между предками цветочных и осами-опылителями. От последних, впоследствии развились пчелы.

Когда появились цветы на планете

Для привлечения опылителей растения, путем естественного отбора, развили яркие лепестки цветов, и выработку нектара. Параллельно могла происходить и коэволюция развития мясистых плодов у растений и плодоедения у животных, что способствовало эффективному распространению семян, их стратификации в пищеварительной системе и наличия достаточного количества питательных веществ при прорастании в помете животных.

Развитие всех этих адаптаций привело к возникновению конкурентоспособности цветочных, которые в конце юрского периода проникли на материки и чрезвычайно быстро захватили все попутные для них экологические ниши, в значительной степени вытеснив другие растения.

Эта гипотеза является достаточно интересной и привлекательной, однако, ее трудно доказать — нужно найти «те самые острова» (теперь они могут быть частью какого то материка или морского дна), где состоялась диверсификация цветковых.

Одним из претендентов на роль центра возникновения покрытосеменных является Китай, на месте которого, на протяжении большей части мезозоя, был изолирован архипелаг. Однако, и эта гипотеза не способна объяснить находки Санмигвелии Левиса и еще нескольких других видов, ориентировочно, цветочных растений в самом центре бывшего суперматерика Пангеи.

В противоположность островной, существует экологическая гипотеза, которая предполагает, что цветковые растения развивались постепенно и одновременно во всех частях древнего мира, однако находились под прессом со стороны голосеменных и папоротников, которые не образовывали мощных слоев почвы с достаточным количеством доступного азота.

Покрытосеменные является быстрорастущими растениями, которые требуют большого количества питательных веществ для своего развития, тогда как для голосеменных и папоротников это условие не является обязательным. Именно развитие симбиотических взаимоотношений с азотфиксирующими бактериями определило быструю экспансию покрытосеменных на юрско-меловой границе.

Свидетельством этого является последние исследования жизненных форм и стратегий древних цветочных — они представляли собой малолетние (одно-, двухлетние) растения с типичной для сорняков реактивной стратегией.

Когда появились цветы на планете — Цветочные чрезвычайно быстро заселяли территории, не подвергавшиеся каким-то дестабилизирующим факторам, например, пожарам, наводнениям, селевым потокам, оползням и тому подобное, в общем, занимая маргинальные экологические ниши в наземных палеоэкологических системах.

И только позже эволюционировали в кустарниковые и древесные формы, такие как магнолии.

В конце концов «ужасная тайна» Чарльза Дарвина и в дальнейшем остается не раскрытой, хотя с каждым днем приближается время, когда и с нее будет сорван занавес неизвестности …