Отпечатки жизни. 25 шагов эволюции и вся история планеты

Итак, что гласит палеонтологическая летопись о проникновении растений на сушу? Первые ископаемые следы — это споры мхов и печёночников, двух низкорослых растений, сегодня встречающихся в большинстве экосистем (рис. 7.2). По возрасту эти споры относятся к ордовику (им около 450 млн лет), но некоторые из них, возможно, относятся ещё к среднему кембрию (около 520 млн лет назад). Сегодня существует около 900 родов и 25 тыс. видов этих примитивнейших наземных растений. Они заняли на суше практически все экологические ниши, даже холодное и влажное побережья Антарктики, но не живут в солёной воде. Эти растения претерпели множество адаптаций, которые помогли им выжить на суше — в частности, способность останавливать метаболизм в неблагоприятных условиях, например при засухе или экстремальных температурах; тенденция расти купами; способность прорастать фрагментами, превращающимися в новые растения, и заселять пустынные участки голого камня, где почти нет почвы, либо расти на поверхности других организмов — например, деревьев.

Рис. 7.2. Четырёхчастные споры времён позднего ордовика, найденные в Ливии, — древнейшие следы наземных растений. Увеличение в 1500 раз (фотография предоставлена Jane Gray)

Высокие первопроходцы: сосудистые растения

Чтобы растения могли жить на суше и достигать большой высоты, им требуются сложные системы органов для доставки жидкости вверх, против действия силы тяжести, для обеспечения дыхания, удаления отходов и поддержки всего растения. Морские водоросли — например ламинария — могут иметь многометровые нити, но поскольку они постоянно находятся в воде, им не требуется передавать жидкость из конца в конец.

Растения, обладающие органами для такой передачи, называют сосудистыми, поскольку они располагают сетью трубок, чтобы передавать жидкости и питательные вещества из одной части растения в другую — подобно тому, как наша сердечно-сосудистая система переносит жидкость (кровь) ко всем частям тела, обеспечивая их питательными веществами и утилизируя продукты обмена веществ. Однако сосудистые растения будто «распяты»: вода и питательные вещества поступают снизу, из почвы, а солнечный свет, необходимый для фотосинтеза, льётся сверху. Корень растения высасывает из почвы воду и питательные вещества, и растение переносит их к листьям, где протекает фотосинтез (растение поглощает углекислый газ и выделяет кислород). При этом теряется некоторое количество воды.

Когда растения начали расти из воды, они столкнулись с двумя проблемами. Во-первых, воду и питательные вещества нужно транспортировать в верхнюю часть растения. Во-вторых, растение должно тянуться вверх и противостоять силе гравитации, направляющей его вниз. Решение заключалось в эволюции продолговатых проводящих клеток, трахеид, выстланных лигнином — побочным продуктом метаболизма с участием воды. Такая проводящая ткань пролегает внутри стебля как непрерывная центральная нить. У более совершенных растений трахеиды могут накапливаться слоями, образуя крупные древесные стволы. Такие сосудистые растения называются трахеофитами, поскольку внутри у них находятся трахеиды.

Открытие Изабель Куксон

Древнейшие ископаемые трахеофиты — крошечные, при этом они плохо сохранились, поскольку растения состояли из мягких органических веществ и не имели древесных тканей, повышающих вероятность сохранения. Такие растения ордовикского периода пока не известны, но в силурийском периоде (433–393 млн лет назад) существовали простые растения, получившие имя «куксония» (Cooksonia) (рис. 7.3, А–В). Палеоботаник Уильям Генри Лэнг в 1937 году назвал их так в честь неутомимой собирательницы Изабель Куксон, обнаружившей первые образцы этих ископаемых в карьере Пертон на территории Уэльса.

Рис. 7.3. Куксония. (А–Б) окаменелости; (В) реконструкция внешнего вида живого экземпляра, на которой показаны устьица и спорангии ((А–Б), иллюстрации предоставлены Hans Steuer; (В) илл. предоставлена Nobumichi Tamura)

Куксония устроена максимально просто для сосудистого растения: большинство образцов просто расплющены и имеют только примитивный стебель (обычно менее 3 мм в диаметре), который разделяется на две веточки. Большая часть растений имела не более 10 см в длину. Многие из этих ветвистых стеблей оканчивались своеобразными шариками (так они выглядели на первых расплющенных окаменелостях), где, как предполагалось, могли образовываться споры, — спорангиями. Однако после изучения лучших из сохранившихся образцов и по итогам более детальной работы недавно удалось выяснить, что спорангии были не округлыми, а по форме напоминали воронки или раструбы с конической полостью сверху, прикрытой «веком», которое распадалось, выпуская наружу споры (рис. 7.3, В).