Заселення суші рослинами

Досі відомі лише дві знахідки дуже давніх копалин наземних рослин. У верхньосилурійських шарах Центральної Європи було знайдено залишки безлистих рослин завдовжки до 10 сантиметрів; це найдавніші з відомих нам наземних рослин. Друга знахідка була зроблена в Австралії, ц шарах ранньодевонського віку. Вона є скам'янілими стеблами (до 25 сантиметрів довжиною) рослини, дуже близької до сучасних плаунів Lycopodium (фото 23), стебло яких стелиться по землі і утворює вертикальні відростки. Lycopodium - це не тільки наземна рослина, це також судинна рослина. Наявність копалин рослин такого типу означає не тільки суттєвий прогрес еволюції, але також і велике географічне зрушення - вихід рослинного життя з моря на сушу.

Фото 23. А. Найдавніше з відомих нам наземних рослин. Викопний відбиток рослини роду Baragwanathia у нижньодевонських шарах південно-східної Австралії.

Цілком ясно, що до пізньосилурійського часу рослини вже заселили сушу. Але скільки часу зайняв цей процес? Між появою найдавніших відомих нам морських зелених водоростей (близько одного мільярда років тому) та найдавніших наземних рослин, виявлених у пізньому силурі Європи (приблизно 430 мільйонів років тому), пройшло близько 570 мільйонів років. Це справді великий відрізок часу, майже рівний тривалості всього файєрозою. Хоча ми й визнаємо, що заселення суші м'якими морськими водоростями та розвиток у них судинної системи були їх чудовими! "Завоювання", ми не повинні забувати, що ці рослини мали в своєму розпорядженні дуже багато часу, досить багато для мільйонів "проб і помилок". Якщо згадати, що за такий тривалий час навітьНезначна на перший погляд можливість майже напевно реалізується, то ми маємо право засумніватися в тому, що водоростям дійсно знадобилося так багато часу (570 мільйонів років) для завоювання суші. Можливо, де-небудь існують кембрійські або навіть давніші шари, що містять залишки наземних рослин, і якщо це так, то колись вони, ймовірно, будуть знайдені та визначені. І тоді скоротиться велика прогалина у відомій нам історії розвитку рослин.

Фото 23. Б. Близькоспоріднена йому сучасна рослина, плаун Lycopodium lucidulum з пагонами довжиною 10-12 см

Шлях із моря на сушу. Намагаючись заповнити цю прогалину логічними міркуваннями, ми можемо уявити, як стався цей великий перехід рослин із моря на сушу. Водорості, що жили в морі, виділяли вільний кисень, який надходив в атмосферу, поступово наближаючи її склад до сучасного. Кисень створив екран, що захищає організми від смертоносного випромінювання Сонця, і таким чином дозволив їм переселитися з моря на сушу, не наражаючись на небезпеку негайної загибелі. Цими переселенцями були рослини, мабуть, зелені водорості. Вони самі підготували умови для цього переселення, виділяючи протягом багатьох років процесу фотосинтезу величезні маси вільного кисню, який перетворив атмосферу Землі на захисний екран.

Природно припустити, що зелені водорості розселялися вздовж узбереж і проникали у гирла річок. Через мільйони років вони, мабуть, поширилися вгору річками, перейшовши із солоної морської води через солону воду усть річок у прісну річкову. Ми можемо уявити, що часом повільні підняття на деяких ділянках суші перегороджували шлях річкам і створювали озера. З часом озерамогли неодноразово змінювати рівень і навіть висихати, та був знову виникати. Безперервна взаємодія екзогенних та ендогенних процесів могла набувати тисячі різних форм.

Звичайно, ми не знаємо скільки видів водоростей пройшло цей шлях. Але принаймні один з них вижив в умовах водоймища, що пересихає. Живучи у воді, водорості поглинали їжу всією своєю поверхнею. Але коли вони стали "виходити" на сушу, їм довелося відмовитись від цього найпростішого способу харчування. Перший крок у цьому напрямі міг бути викликаний досвідом життя в умовах тимчасового пересихання, можливо, в гирловій частині річкової долини під час відливу. У рослин розвинувся подібний до шкіри покрив, що захищав їх від висихання; в той же час цей новий покрив уможливлював надходження води в рослини та її дифузію.

Одночасно нерівності тіла рослини повинні були перетворюватися на примітивні органи зі спеціалізованими функціями. Один такий виступ, можливо ниткоподібний, міг використовуватися для прикріплення до ґрунту, а також для поглинання води та розчинених поживних речовин із ґрунту. Повинні були також розвиватися додаткові судинні тканини, що служили опорою для рослини, що тягнеться вгору. Інакше висловлюючись, поступово рослина стала істотно відрізнятися від колишньої м'якої водорості. Воно ставало примітивною наземною рослиною, що володіє подобою кореня, стеблом і найпростішою судинною системою. Однак голі зелені стебла та тонкі гілки, позбавлені листя, все ще нагадували водорості.

До пізньосилурійського часу (можливо і раніше) така стадія водоростеподібних рослин була досягнута та пройдена. Як тільки закінчився складний процес виходу рослин на сушу, його природним результатом стало розселення та пристосування їх до різних місцевих умов, щомало протікати порівняно легко. Основні передумови для цього – наявність ґрунту, води, мінеральних поживних речовин у ґрунті та вуглекислого газу в повітрі – вже існували. Поверхня Землі, що нагадувала поверхню Місяця, почала одягатися зеленим покривом.

Стародавня наземна рослинність; безнасінні рослини. Деяке уявлення про найдавнішу рослинність дають залишки скам'янілих рослин, що зустрічаються місцями в пластах гірських порід, наприклад, у річкових відкладах першої половини девонського часу. Ці рослини належать до кількох різних пологів, але всі вони відносяться до примітивних груп, які згодом зникли. Більшість їх мала стебла, що стелилися по землі, з відростками, що піднімалися на кілька десятків сантиметрів, без листя або з зачатками листя. Такі рослини не мали насіння. За знайденими викопними залишками було зроблено реконструкції, одну з яких ви бачите на фото 24.

Фото 24. Реконструкція ранньодевонського ландшафту, на якому показані рослини кількох пологів, знайдені у викопному стані в різних районах земної кулі. Для масштабу показано дорожню сумку

У міру того, як рослини пристосовувалися до різних умов, вони поступово диференціювалися, утворюючи все більшу кількість видів. До кінця девону, тобто 360 мільйонів років тому, рослинність почала мати вже зовсім інший вигляд. Виділялися папоротеподібні рослини, предки справжніх папоротей. Вони не давали насіння; деякі з них досягали 12 метрів у висоту і близько одного метра в діаметрі стовбура біля основи. Уявивши ці розміри, ми можемо сказати, що перші ліси на Землі почали виникати в пізньодевонський час. Крім деревоподібних рослин, у цей період часу існували великі хвощі та плауни,нащадки дрібніших видів, що жили раніше в девоні. На фото 25 зображено іншу реконструйовану картину, що імовірно показує вигляд пізньодевонського ландшафту.

Фото 25. Реконструкція ландшафту пізньодевонського часу, на якому показані справжні папороті (П), примітивні лепідодендрони - 'лускаті дерева' (Ч) і менші за розміром рослини

Пізньопалеозойська флора; насіннєві рослини. Наступною важливою подією історія рослин було поява насіння, потім ясно вказують копалини з кам'яновугільних пластів. Насіння це було досить примітивним: вони не мали оболонки і розвивалися на плодолистиках. Яйцеклітина насіння запліднювалася сперматозоїдами тієї самої рослини. Серед найдавніших рослин, що розмножувалися насінням, були насінні папороті. Сучасні нащадки інших найдавніших рослин, що розмножувалися насінням, - хвойні (сосна, ялина, тсуга) - досі розмножуються так само. Як і насіннєві папороті, хвойні та інші подібні рослини належать до групи так званих голонасінних, і всі вони мають насіння найпримітивнішого типу.

Одного разу з'явившись, голонасінні рослини вже не обов'язково мали триматися поблизу зволожених місць, тому що для їхнього способу розмноження не потрібно навіть тонкої плівки води. Вони займали височини, гори та сухі ділянки, раніше позбавлені рослин, і в результаті цього зелений рослинний покрив поширився на Землі ще більше.

Очевидно, раз голонасінні існували протягом 350 мільйонів років і досі ще дуже численні, їхня система розмноження діє нормально. Але для того, щоб вона діяла, кожна голонасінна рослина завжди повинна виробляти велику кількість насіння і ще більше - пилку (пилоподібних чоловічих статевих)клітин) для запилення. Розмноження голонасінних залежить від вітру, що розносить їх насіння, але при цьому багато насіння потрапляють у невідповідні умови, - у воду, в пустелі, в місця, занадто холодні для проростання. Голосонасінні рослини витрачають багато енергії на виробництво насіння та пилку, більшість яких гине. Згодом рослини подолали цю труднощі, знайшовши економічніший метод, але це сталося вже майже на 200 мільйонів років пізніше, в крейдяний період.

Уявіть собі умови, які існували протягом великого проміжку часу. На континентах у пізно-кам'яновугільний час переважали великі низовини з м'яким кліматом. У великих болотах рясно зростала пишна рослинність; болотна вода покривала відмерлі частини рослин, оберігала їх від розкладання і сприяла їх збереженню аж до спресування та перетворення на вугілля. Таким чином, у нашому уявленні кам'яновугільна рослинність - це головним чином багата рослинність вологих низовин. Про обстановку, що існувала в цей час на горбистих пагорбах, ми знаємо мало, тому що більш круті схили височин і відсутність, як правило, на них стоячих вод не сприяли збереженню відмерлих рослин.

Болотисті низовини могли виглядати так, як це зображено на фото 26, що показує вологий ліс. У такому лісі водилося багато тварин, подібних до саламандрів, і комах. Такий тип боліт, звісно, зустрічався у пізньокаменноугольное час, він існував й у наступні епохи. В даний час він часто зустрічається на берегах Мексиканської затоки і вздовж Атлантичного узбережжя Сполучених Штатів. Такі в загальних - рисах сучасні болота, хоча, звичайно, більшість рослин боліт належить тепер дозовсім іншим видам, ніж у кам'яновугільний період.

Фото 26. Реконструкція болота пізньокам'яновугільного часу із звичайною для таких боліт пишною рослинністю. П - папороті, X - хвощі, Ч - лепідодендрони - 'лускаті дерева', СП - насіннєві папороті; видно також велику бабку. Деякі хвощі досягали заввишки 30 м

Мезозойська рослинність. Наступна з наших реконструкцій відноситься до тріасового періоду і характеризує район національного парку "Кам'яний ліс" у східній Аризоні. Насправді це зовсім не ліс. Це залишки лісу, що росло в іншому місці; вони є скупчення стволів дерев, ув'язнених у товщу аргілітів, з якої вони зараз поступово вивільняються внаслідок процесів вивітрювання (фото 27). За час тривалого перебування в товщі породи стовбури скам'янілі, їхня клітинна структура була заміщена кремнеземом і перетворена на агат - різновид кварцу. Стовбури належали хвойним деревам (звичайно, голонасінним), спорідненим сучасним соснам. За життя дерева досягали 30-60 метрів висоти, а стволи їх мали товщину близько двох метрів. Ми знаємо, що вони росли не там, де знаходяться зараз, тому що їхня поверхня носить сліди стирання, а всі гілки та коріння обламані. Це - плавник, принесений у повінь звідкись з височин у верхів'ях річки і похований у тонких алювіальних відкладеннях. Він свідчить про те, що вже 220 мільйонів років тому на заході Північної Америки росли величні гаї хвойних дерев, такі самі, як і ті, які значно пізніше побачили європейці, які вперше проникли на континент.

Фото 27. Величезні стовбури тріасових хвойних дерев, що скам'янілі і перетворилися на кварц. Національний парк 'Кам'яний ліс', Арізона

Фото 28є реконструкцією рослин, характерних для мезозойської ери. Серед них переважають дві групи голонасінних – хвойні та цикадові, а також споріднені їм види. Хвойні включали види, подібні до соснів і кипарисів, а також гінкго. Цикадові, мабуть, розвинулися з насіннєвих папоротей. Їхній зовнішній вигляд нагадував пальми, хоча еволюційного зв'язку між цими групами немає; витончена крона з папоротеподібного листя увінчувала стовбур _ короткий, кулястий або бочкоподібний, а іноді високий. Деякі цикадові збереглися до наших днів. Безнасінні рослини, насамперед папороті та хвощі, у мезозойський час відігравали менш помітну роль порівняно з цими голонасінними.

Фото 28. Реконструкція загального виду рослинності, типової для мезозойської ери (тільки голонасінні та безнасінні рослини). 7. Рослини, споріднені з цикадовим. 2 Рослини, споріднені з хвощами. 3. Папороті. 4. Хвойні. Інші мезозойські ландшафти також показані на фото 40, 43, 44, 45, 47

Заселення суші рослинами - Історія Землі