Отпечатки жизни. 25 шагов эволюции и вся история планеты

По данным химии, около 1,2 млрд лет назад первые организмы начали осваивать сушу. Вероятно, это были очень простые сообщества водорослей и грибов, так называемые криптогамные корочки, сильно напоминающие органический налёт, образующийся на пустынном грунте, который долго остаётся непотревоженным. Здесь можно провести параллели с лишайниками, разрушающимися в сухих руслах, поскольку лишайник — это не отдельный организм, а симбиоз водорослей и грибов. Вероятно, криптогамные корочки были единственной жизнью на суше и могли содействовать укреплению почвы, её стабилизации против выветривания и вымывания. В то же время они помогали морским водорослям и цианобактериям закачивать в атмосферу больше кислорода.

Естественно, при отсутствии достаточного количества растительной пищи на суше не было и животных. Последние нуждались не только в пище, но и в значительном количестве свободного кислорода в воздухе, чтобы дышать. Очевидно, такое количество кислорода накопилось в атмосфере не ранее 530 миллионов лет назад. Сочетание экстремальных перепадов температур, отсутствие укрытий и пищи, а также бесконтрольная эрозия — всё это превращало сушу в довольно враждебную среду обитания, непригодную для заселения большинством живых существ.

Первые наземные растения

Итак, зелёная планета, которую мы воспринимаем как данность, существует относительно недавно. Чтобы приступить к завоеванию суши, растения должны были стать более совершенными, чем карликовые водоросли, образующие подводные маты. Водоросли растут, пока остаются в воде, но на суше они могут оставаться, лишь будучи влажными — иначе гибнут.

Кроме того, размножаться водоросли могут только в воде: мужские гаметы просто плывут к женским. Например, у зелёных водорослей и многих других примитивных растений чередуются поколения, появившиеся в ходе полового размножения (с участием гаплоидных сперматозоидов и яйцеклеток) и бесполого (размножающиеся вегетативно) (рис. 7.1). Диплоидное растение, обладающее как женским, так и мужским набором хромосом, называется спорофит. В спорофитах протекает мейоз: в спорангии образуются споры и происходит половое размножение. Гаплоидное растение (всего с одним набором хромосом, претерпевшее мейоз) называется гаметофит. В нём в специальных органах образуются отдельные сперматозоиды, яйцеклетки либо оба вида гамет. Чередование поколений — обычный репродуктивный механизм, свойственный многим группам примитивных растений и животных, в том числе большинству кораллов, морских анемонов и медуз, а также группе крошечных морских раковинных амёб, называемых фораминиферами. Спорофиты у примитивной наземной флоры (например, у папоротников) — это видимая часть растения. Спорофит извергает летучие гаплоидные споры, возникающие в процессе мейоза. Споры могут приземлиться во влажном месте и прорасти, образовав крошечное (менее сантиметра в высоту) растение-гаметофит. Сперматозоиды и яйцеклетки хранятся в гаметофите отдельно друг от друга, поэтому сперматозоиды могут подплыть к яйцеклеткам только во влажной среде. Это ограничивает возможности большинства примитивных наземных растений; в процессе размножения данное «слабое звено» не позволило им заселить более засушливые экосистемы.

Рис. 7.1. Упрощённый жизненный цикл бессемянного сосудистого растения. Зрелый спорофит производит споры, из которых вырастает гаметофит, а гаметофит, в свою очередь, производит сперматозоиды и яйцеклетки, из которых путём полового размножения появляется новый спорофит (по Donald R. Prothero and Robert H. Dott Jr. Evolution of the Earth, 6th ed. — New York: McGraw-Hill, 2001)

Возможность высыхания — ещё одна проблема, с которой сталкиваются наземные растения. Если поверхность растения не погружена в воду, она иссыхает как выброшенные на берег водоросли, если растение не защищено особым воскоподобным покровом, или кутикулой, для удержания воды. Но кутикула тоже мешает водообмену на поверхности растения: так ему сложнее поглощать углекислый газ, выделять кислород и регулировать транспирацию водяного пара. Крошечные поры, называемые устьицами, — это отверстия в кутикуле. Они могут открываться и закрываться, регулируя водообмен и газообмен. Однако в процессе открытия устьиц вода теряется.