История Земли

Наш обзор развития биосферы в фанерозое логично начать с растений. Растения не только прямо или опосредствованно служат пищей животным; летопись ископаемых остатков показывает, что растения раньше животных покинули море, эту колыбель всех форм жизни. Следовательно, мы сможем легче проследить историю развития животных, если сначала опишем растительный покров континентов и развитие растительности до наших дней. Летопись ископаемых растений, особенно в своей ранней части, изобилует довольно большими пробелами. Это не удивительно, потому что условия для сохранности ископаемых остатков на суше хуже, чем на дне моря, а большинство ископаемых растений росло именно на суше. Такие пробелы затрудняют установление эволюционных связей между группами растений. Несмотря на это, если не вдаваться в детали, можно наметить общую историю, основанную на известных к настоящему времени растительных остатках.

Структура и физиология растений

Сосудистая система. Краткий обзор особенностей современных растений - основных черт их строения и физиологии - показывает результат развития растительного мира. Большинство растений, особенно высших, отличается характерными чертами строения; все они, в частности, имеют: 1) длинный, обычно вертикальный и ветвящийся стебель, в большинстве случаев жесткий; 2) корни, хорошо закрепленные в почве; 3) в верхней части - зеленую листву. Самый важный процесс - фотосинтез - происходит в листьях, безразлично, широкие это листья, иглы или еще какие-нибудь. Клетки листьев синтезируют хлорофилл ("растительную зелень"), зеленый пигмент, который поглощает солнечный свет и, используя его энергию, может создавать питательные вещества из углекислого газа атмосферы и воды, которую растение извлекает из почвы. Через поры листьев поступает углекислый газ, происходит реакция фотосинтеза (химическое восстановление кислорода) и в результате образуются сахар, вода и свободный кислород.

Вода, которая нужна для фотосинтеза, поступает снизу, из почвы, по системе корней, через стебель и ветви. Теперь мы понимаем, что корни, стебель и ветви созданы не просто для того, чтобы нести на себе листья. Это также и водоподводящая система каналов, по которой вода в достаточных количествах подается даже на вершину самого высокого дерева. Очень высокие хвойные деревья на тихоокеанском побережье Северной Америки могут подтягивать воду на высоту до 120 метров над землей.

В действительности вода, которая подтягивается вверх, к листьям, это не просто вода; это сок деревьев, водный раствор. В одеревеневшей ткани живого дерева находятся вертикальные цепочки мертвых клеток. У некоторых видов деревьев верхние и нижние стенки этих клеток растворены - как если бы в высоком здании пришлось уничтожить перекрытия в целом ряде комнат, расположенных одна над другой, чтобы соорудить шахту для лифта. Цепочки этих мертвых клеток заполнены соком. Они образуют трубочки, по которым жидкость, поступающая из земли, подтягивается от корней к живым листьям. Из листьев вода постоянно испаряется в атмосферу через поры. Эта потеря влаги снижает давление внутри листьев и тонких веток и заставляет сок, заполняющий систему трубок, подтягиваться через стенки клеток к листьям, чтобы возместить недостаток жидкости. Таким образом всасывающее усилие передается по всей системе трубок, включая корни, которые в свою очередь начинают более активно поглощать влагу из почвы. Вся эта система "сосудов" представляет собой своего рода насос, действующий весьма эффективно.

Эта система, рассматриваемая в более широком плане, представляет собой часть круговорота воды (рис. 4). В таком круговороте часть осадков просачивается в землю, поглощается корнями растений, поднимается к листьям и с их поверхности испаряется в атмосферу, из которой выпадает затем в виде дождя. Но часть воды остается в растениях. В процессе фотосинтеза она соединяется с углекислым газом, который проникает в растение из атмосферы через поры листьев, и образует питательные вещества и ткани растения.

Для образования тканей растения требуется большое количество воды и углекислого газа. Например, на 0,4 га кукурузного поля произрастает около 10 000 растений, которые дают около 3,5 м³ зерна (семян кукурузы). Для образования этого количества семян (мы не считаем стебли, корни, листья и стержни початков) растениям требуется около 9 т углекислого газа, из которого они выделяют и используют 2,5 т углерода, а освободившийся кислород возвращают в атмосферу. Для этого растения должны переработать 21 000 т воздуха, то есть более 2 т на каждое растение. В то же время растения должны извлечь из почвы и перекачать в листья 1 892 500 литров воды, что составляет около 190 литров на каждое растение.