Квіти, що змінили світ

Польові квіти, здавалося б, що може бути банальніше? І тим не менше їх поява важко вкладається в дарвиновскую теорію еволюції. Чому ці рослини, що виникли ніби з нізвідки, швидко перемогли всіх своїх природних конкурентів? Але ще більше дивує той факт, що, можливо, саме ці невигадливі рослини зіграли не останню роль у зникненні з лиця Землі гігантських динозаврів і в появі виду Homo sapiens. Мал. вгорі Андрія Атучіна.

Самі підступні питання - прості, дитячі. Спроба відповісти на них, зрозуміло, тільки заплутує пояснення. Наприклад: як і звідки з`явилися квіткові? Розповідаючи про їх походження, доведеться неминуче торкнутися грандіозного за масштабами перетворення всього живого на Землі, яка сталася в крейдяному періоді. Для сотень тисяч і навіть мільйонів видів флори і фауни це був час в`янення і зникнення, тоді як інші вийшли на сцену в якості головних дійових осіб. Назавжди залишилися в минулому динозаври, ліси з незнайомих нам дерев, дивовижні комахи, а на їх місці з`явилися ссавці, зарості звичних нам трав і дерев, серед яких запурхали птахи і метелики, задзижчали бджоли.

Правда, загибель крейдяний флори здається незначною порівняно з драмою динозаврів: аж надто вона вражаюча. Не дивно, що увага шанувальників «Парку юрського періоду» і «Загубленого світу» зосереджена в основному на зникнення гігантів тодішньої фауни. І причини для цього намагаються підшукати теж колосальні - на кшталт вибуху наднової або падіння гігантського метеорита.

Настільки серйозні, планетарного масштабу, катаклізми, звичайно ж, іноді траплялися, наочним доказом чого служать гігантські кратери на кшталт Чиксулуб на півострові Юкатан або відома іридієва аномалія в крейдяних відкладеннях. І ні в кого немає сумнівів в тому, що, наприклад, масовий вибух всіх вулканів здатний найзначнішим чином вплинути на земну біосферу. На противагу цій думці є кілька серйозних заперечень проти прямого зв`язку глобальних катастроф з великим крейдяним вимиранням. По-перше, біосфера - аж ніяк не пасивна структура і не одвічна жертва навколишнього середовища. Її здатності до відновлення після згубних зовнішніх впливів воістину колосальні. По-друге, якщо зовнішній вплив було такої сили і такого масштабу, з яким не впоралася планетарна биота (сукупність видів рослин, тварин і мікроорганізмів, об`єднаних загальною областю поширення), то крейдяне вимирання повинно було бути за геологічними мірками миттєвим, а не розтягуватися на десятки мільйонів років, як це відбувалося в дійсності.

Виходячи із сучасних уявлень виходить так, що в крейдяний період кайнозой підточував мезозой зсередини - неспішно, але невблаганно і постійно, поки, нарешті, той не впав остаточно. І головними винуватцями руйнування мезозою є ... квіти, точніше, квіткові рослини.

Друга половина крейдяного періоду була дивним часом. Фауна мезозою ще перебувала в стадії «останнього розквіту», але при цьому нова флора вже стала панівною. Динозаври та квіткові рослини десятки мільйонів років співіснували один з одним. Мал. Андрія Атучіна

Чи не під силу Дарвіну

Виникнувши, за різними даними, або в кінці юрського, або на початку крейдяного періоду, квіти змогли не тільки вижити серед панівної тоді флори, але і повністю витіснити її, підпорядкувавши Землю свого безроздільного панування. Саме квіткові сьогодні утворюють основну масу рослинної речовини біосфери і є найважливішими виробниками органіки на суші, точно так же, як водорості є основними продуцентами в морях і океанах. Квіткові змогли закріпити своє панування по всій планеті: від арктичних і антарктичних тундр до вологих тропічних лісів і саван, від морських узбереж до самого кордону вічних снігів і льодів в горах. Деякі їх види освоїли прісні і навіть морські води, зумівши якщо і не скласти конкуренцію водоростям, то принаймні змусити їх злегка потіснитися.

Однак не можна сказати, що квіткові задавили решту флору тільки кількістю. Вони перевершили конкурентів і за якістю, зумівши створити в неймовірно короткий термін до 250 000 видів. Саме цей стрімкий, вибухове зростання видоутворення Дарвін ніяк не міг пояснити і в серцях зізнавався: «Швидке, наскільки ми можемо судити, розвиток всіх вищих рослин в недавні геологічні часи - огидна таємниця». З його теорією ця загадка узгоджувалася і справді не найкращим чином, адже Дарвін стверджував: «Природний відбір ніколи не може робити раптових різких стрибків, а завжди посувається короткими, але вірними, хоча і повільними кроками!» Виходило так, що настільки швидкі події просто « не мали права бути ». Але вони були.

Найбільш ранні покритонасінні, за даними палеонтологічного літопису, мали значною різноманітністю форм, пилкових зерен, квіток і плодів. Цей факт труднооб`яснім з точки зору традиційної теорії еволюції з її плавним і повільним перебігом. Фото: AGE / EAST NEWS

Поза конкуренцією

Навіть від найближчих сусідів по групі - голонасінних - квіткові відрізняються досить суттєво, і кожне з них специфічних властивостей є потужна зброя в боротьбі за існування.

По-перше, поглянемо на сам квітка, який є особливим генеративних органом. У ньому унікально все - і будова, і процеси, для забезпечення яких ця конструкція призначена. Правда, квіти до такої міри різноманітні, що не існує жодної ознаки, який був би притаманний усім їм без винятку, але сукупність відмінних ознак не дозволяє сплутати квітка ні з чим іншим.

Квітка як структура забезпечує «запліднення нового типу». Якщо проводити аналогії, то воно відрізняється від запліднення голонасінних приблизно так само, як в тваринному світі зовнішнє запліднення відрізняється від внутрішнього. І формування насіння у квіткових настільки ж несхоже на формування його уголонасінних, наскільки різниться формування зародка всередині матки у ссавців і в яйцях, відкладених плазунами. В результаті цих радикальних відмінностей насіння квіткових розвивається у вологому середовищі, рясно забезпечуються поживою, захищене стінками зав`язі від зовнішніх впливів. Його ізоляція від сторонніх впливів дозволила квітковим (які за цю особливість отримали другу назву - покритонасінні) сміливо експериментувати з його формою і будовою.

До того ж запліднення у покритонасінних не проста, а подвійне. Завдяки йому формується не тільки зародок, а й поживна тканина навколо нього - ендосперм. Згодом зародок разом з живильним тканиною утворюють плід, в якому насіння вкриті соковитою м`якоттю - ще одна характерна риса квіткових. Змінюючи форму і смак плода, покритонасінні можуть «вербувати» в розповсюджувачі насіння кого завгодно і що завгодно. А якщо поблизу не знайдеться нікого і нічого, то насіння з плоду навчаться вилітати під тиском, як, наприклад, у скаженого огірка.

Крім того, квітка ідеально пристосований для запилення знову-таки ким завгодно і чим завгодно: комахами, птахами, ссавцями, вітром або водою. Еволюційна пластичність квітки така, що якщо поблизу знайдеться хтось або щось, здатне переносити пилок, можна бути впевненим: квітка навчиться використовувати це в своїх інтересах. Як правило, процес взаємодії вигідний обом сторонам, і квіти розплачуються з обпилювачами своїм черговим унікальним винаходом - нектаром, але іноді можуть брати те, що їм потрібно, даром. Деякі орхідеї, наприклад, настільки точно імітують черевце самки мухи або оси, що можуть легко обдурити і привернути увагу самця, який підлетить до рослини і тим самим запилюючи його. Квітки, які на такі хитрощі не здатні, навчилися запилювати себе самі.

Ще одне нехай не унікальний, але зате майстерно використовується покритонасінних «зброя» - неотенія, тобто здатність організму до розмноження на ранніх стадіях росту. Завдяки їй дерева покритонасінних навчилися «перетворюватися» в траву. Кожна травинка є по суті тим же, що і величезне дерево в початковій стадії розвитку - проростком, які здобули здатність розмножуватися. Але головним її секретом є не мініатюрний розмір, а скажений темп життя, що триває часом лише один рік. За цей час рослина встигає дати численне потомство, здатне не тільки утримати завойовану предками територію, але і захопити нову. А воно її неодмінно захопить, оскільки однорічні форми куди більш оперативно підлаштовуються до вимог навколишнього середовища - і безперервна битва людини з бур`янами служить чудовою ілюстрацією до мощі цієї зброї квіткових. До речі, голонасінні подібні перетворення не опанували.

Відео: Винаходи українців, що змінили світ

Можна також додати, що в арсенал покритонасінних входить добре сформована провідна система зі справжніх судин, а не трахеид, як у інших вищих рослин, або що квіткові здатні утворювати складні багатоярусні спільноти. Але вже і без того зрозуміло, що «ботанічний хай-тек» покритонасінних бездоганний і властивості, якими вони володіють, залишають вкрай мало шансів конкурентам.

Істоти з нізвідки

Відео: 5 ЛЮДЕЙ змінити світ

Покритонасінні, незважаючи на всі старання відшукати їх предків, залишаються «круглими сиротами». До сих пір не виявлено жодної перехідної форми, про яку можна було б з упевненістю сказати, що саме через неї йшла еволюція квіткових. У ботаніків спала б гора з плечей, якби вдалося відшукати, умовно кажучи, яблука на ялинці не тільки під Новий рік, інакше виходить, що найдосконаліші на планеті рослини виникли раптово і раптом відразу з усім набором своїх унікальних ознак. Хоча, зрозуміло, перехідна ланка відшукати завжди важче, ніж його нащадків: перше «живе» за геологічними мірками куди менше, ніж другі.

Проблемі походження квіткових присвячена величезна кількість досліджень, однак в цьому питанні, як і раніше багато неясного. Загальновизнано, що квіткові походять від голонасінних. Але від кого саме і яким чином? Не було, мабуть, жодного маститого ботаніка, яка не вважав би своїм обов`язком висловитися на цю тему - настільки вона видається важливою.

Спочатку вчені традиційно грішили на неповноту палеонтологічного літопису і на початку ХХ століття пояснювали відсутність проміжних ланок між покритонасінних і іншими рослинами особливими місцями проживання перших квіткових. Передбачалося, що покритонасінні виникли в високогір`ях, де немає осадових порід, і саме з цієї причини перехідні форми не зустрічаються у відкладеннях до тих пір, поки квіткові, вже остаточно сформувавшись, не з`являться на рівнинах. Гірська гіпотеза була б усім хороша, проте вона непроверяема, а значить, не може бути названа наукової.

Як передбачуваних предків покритонасінних називали і різні групи нижчестоящих в системі рослин - кейтонієвиє, насінні папороті, беннеттіти, Гнетоподібні. У кейтонієвиє була зав`язь, але вона формувалася інакше, ніж у покритонасінних. До того ж у них не було навіть подоби квіток. У беннеттітов були двостатеві своєрідні «квітки», але не було пестиков, і насіння їх були лише приховані між безплідними лусками, а не перебували всередині плодів. У насіннєвих ж папоротей не було квіток, як і покритосемянності ...

Загалом, до сих пір вчені так і не виявили слідів плавної еволюції квіткових. Їх відмінності від інших рослин настільки радикальні, що сучасні ботаніки відносять їх появу до числа сальтаціонно, тобто скоєних одним стрибком. Це цілком узгоджується з сучасними теоріями розвитку життя на планеті. У статті «Ароморфози і адаптивна молекулярна еволюція», опублікованій в 2007 році в «Віснику вавіловской товариства генетиків і селекціонерів», колектив авторів так визначив свою позицію в цьому питанні: «За даними палеонтології швидкість еволюції непостійна: довгі періоди (десятки і сотні мільйонів років ) відносної стабільності морфології (стазіс) можуть змінюватися короткими (не більше десятка мільйонів років) еволюційними вибухами, коли різкі зміни морфології дають безліч нових планів будови ».

Пелюстки квітки служать не тільки «приводним маяком» і «посадочним майданчиком» для запилювачів, але ще і відбивачами світла, кут нахилу яких регулює температуру в зав`язі (зліва), де, немов у теплиці, будуть дозрівати насіння. А чуйні антени тичинок (праворуч) обсипаються потривожити їх комаха пилком для адресної доставки її іншого квітці. Мал. Андрія Атучіна

Велика ангіоспермізація

Відео: ДІТИ, ЯКІ ЗМІНИЛИ СВІТ!

В кінці ХХ століття вітчизняні ботаніки висунули теорію ангіоспермізаціі планети (від латинського angiospermae - покритонасінні). Відповідно до неї процес придбання характерних для покритонасінних рис проходили відразу кілька видів голонасінних. Цю теорію підтверджують дивовижні знахідки кінця юри: наприклад, відбитки рослин, разюче нагадують квіти, які лише після ретельного вивчення виявляються квітами тільки з вигляду, а не по функції уголонасінних. Такі рослини назвали проангіоспермамі, «предпокритосеменнимі».

Ентомологи зазначають, що перед появою покритонасінних відбулася різка зміна світу тодішніх комах. І це дуже важливо, оскільки еволюція комах найтіснішим чином пов`язана з еволюцією рослин. Іншими словами, перші є відмінним індикатором розвитку останніх. Так ось, комахи з типовим для антофілія ( «любителів квітів») зовнішнім виглядом починають поширюватися з пізньої юри - в той час, коли покритонасінних ще не було. Виходить дивна картина: квіткових ще немає, а любителі ними поласувати вже є. Але парадокс перестає бути парадоксом, якщо згадати, як голонасінні навчилися створювати імітації кольорів. Немає ще справжніх квіткових, але вже є проангіосперми, які і привертають увагу комах.

Схоже, що багато голонасінні, як би змагаючись один з одним, стали виробляти в собі риси, властиві майбутнім покритонасінних. Або ніби кілька конструкторських бюро, отримавши замовлення, включилися в конкурс на створення так званого апарату. Та й взагалі, схоже, що серйозні зміни життєвих форм саме так і відбуваються - коли довга пауза змінюється сплеском еволюційної творчої активності відразу у кількох можливих предків майбутнього істоти (скажімо, птиці або людини). Так йшли евкаріотізація, метазоізація, артроподізація, сперматофітізація, тетраподізація, рептілізація, орнітізація, Гомінізація ... Одна з таких «-зацій», ангіоспермізація, і привела до того, що на планеті з`явилися покритонасінні.

Якими ж були перші квіти? Прийнято вважати, що вони нагадували нинішні магнолії: великі поодинокі двостатеві квітки з великою кількістю пелюсток, чашолистки, плодолистків і тичинок. Однак такі типи відносяться вже до середнього крейди. Загальний же вигляд найдавніших покритонасінних поки не реконструйований. Власне, квіток в нижньому крейди поки не знаходили, а зустрічалися лише плоди, супліддя, ізольовані чашечки. Жодна з цих знахідок не дозволяє з упевненістю намалювати образ предка.

Але як би там не було, квіткові виникли і протягом декількох десятків мільйонів років зуміли повністю замістити собою колишню флору. В самому кінці першої половини крейди покритонасінні заміщають в палеонтологічних похованнях більшу частину характерних колишніх рослин. Від них до наших днів дожили лише нащадки хвойних і папоротей, яким довелося змінитися, щоб не впасти під натиском покритонасінних. З колишньої флори залишилося хіба що єдине дерево - гінкго.

Ну а далі з неминучістю сталося те, що відбувається завжди при руйнуванні фундаменту будівлі: воно звалилося. Звалилося не відразу, але крен ставав дедалі помітнішою, поки не досяг критичної позначки. Адже царство рослин являє собою саме фундамент, на якому послідовно піднімаються надбудови з рослиноїдних тварин і хижаків, і пов`язані вони між собою не тільки харчової ланцюжком, а й більш складними взаєминами.

Відео: ТОП 10 Найбільш ДОРОГІ і РІДКІСНІ квіти в світі / Цікавий факт

Тому слідом за флорою, кілька запізнюючись, почала змінюватися і фауна. В кінці ранньої крейди з`являються перші плацентарні ссавці, все більшим і різноманітніше стають птиці. В середині крейди виявляються найдавніші змії, виникають мурахи, збільшується число видів метеликів, а в море - костистих риб. Це ще не катастрофа для «верхніх поверхів» будівлі, але вже перший дзвінок про її наближення. Та й динозаврам довелося постаратися, особливо рослиноїдних: щоб пристосуватися до нової дієті, у них з`явилися дзьоби, потужні зубні батареї, пристосовані до перетирання високоабразивн їжі. Такий їжею є трав`янисті покритонасінні, на яких обов`язково бувають мінерали з грунту.

Але межа пристосовності динозаврів, як і багатьох інших, був не нескінченний, а нові форми життя і не могли зупинятися в своєму еволюційному творчості. Виникають злакові пасовищні системи, здатні підтримувати величезні стада копитних - і ті виявляються набагато більш моторними їдцями, ніж динозаври. Трав`янисті форми покритонасінних утворюють дернину, сковують яри, скорочуючи ерозію грунтів і змив органіки в водойми, і це завдає жорстокого удару водної фауни. Починається велике крейдяне вимирання, яке завершує собою мезозой. У кайнозой увійшли вже тільки ті, кому дозволили це зробити квіткові рослини. Навіть сам Homo sapiens до певної міри - продукт світу, в якому повними господарями були квіткові. Справа в тому, що все наше меню практично цілком складається як з самих покритонасінних, так і з тих, хто ними харчується.

Євген Щігленко

vokrugsveta.ru