ЖАХЛИВА ТАЄМНИЦЯ ЧАРЛЬЗА ДАРВІНА

Таємниця Чарльза Дарвіна. Джерело ілюстрації: http://www.fogonazos.es

Андрій М. ЗАМОРОКА
 

22 липня 1879 року, у листі до свого друга і ботаніка Джозефа Хукера, – саме того, який довів хижацтво непентесів, – Чарльз Дарвін написав про свою “жахливу таємницю”… Навіть більш, ніж через століття, сучасні вчені продовжують дискусію про “жахливу таємницю” Дарвіна. Він так назвав не подію із власного життя, а походження квіткових рослин! З’ява скам’янілих відбитків квіткових рослин у ґеологічному літописі Землі є надзвичайно раптовою – вчені не можуть віднайти проміжних форм, які могли б зв’язати покритонасінних з їх гіпотетичними предками: або насінними папоротями, або голонасінними…

Ботаніки виокремлюють кілька груп древніх голонасінних рослин, до слова, до них належать і насінні папороті (тут папороті є дуже умовною назвою, бо ці рослини дуже схожі на них, але такими не є, будучи радше проміжною ланкою – авт.), які могли б претендувати на предка квіткових, однак залишається невирішеною “жахлива таємниця” – відсутність перехідних форм від голонасінних до покритонасінних… Начебто можливі предки і є, але невідомо як саме, крок за кроком, відбувалась еволюція квіток, плодів анатомічних особливостей (наприклад, провідні системи голо- та покритонасінних суттєво відрізняються) – вчені лише теоретизують… Проте, загадкою є ще й час виникнення квіткових рослин. Спробуємо розібратись у потоці наукової інформації останнього десятиліття, відшукавши зерна істини у вирішенні “жахливої таємниці” Дарвіна.

 

Коли з’явились квіти?

 

Коли з'явились перші квіти? Джерело ілюстрації: http://www.treknature.com

Найбільш ранніх, з відомих, скам’янілих знахідок, які палеоботаніки впевнено відносять до покритонасінних рослин, є кілька видів із роду Древньоплідник (Archaefructus Sun, Dilcher, Zheng et Zhou). На нині відомо кілька видів цих дивовижних викопних рослин із території Китаю, які датуються пізнім юрським і раннім крейдовим періодами – приблизно 140-120 мільйонів років тому назад. Цікаво, що разом зі знахідками Древньоплідників на відбитках часто наявні скам’янілі скелети риб – це дало підстави реконструювати ці рослини як жителів водойм. Дуже добре збереження м’яких тканин рослини і риб свідчить про те, що вони були раптово поховані під товстим шаром мулу підчас повені.

Дослідження викопного пилку свідчить, що на юрсько-крейдовій межі – 130 млн. років тому покритонасінні рослини уже були досить широко розповсюдженими. Це означає, що квіткові рослини виникли набагато раніше, за вказаний час.

Скам'янілий відбиток Древньоплідника китайського (Archaefructus sinensis Sun et cet.). Добре видні усі органи рослини, а також відбитки скелетів риб. Джерело ілюстрації: http://www.mnh.si.edu

Згідно з палеонтологічних знахідок на північному сході Китаю, покритонасінні уже існували на початку середнього юрського періоду – 170-160 мільйонів років тому. Палеоботаніки віднайшли скам’янілі суцвіття Шмейснерії дрібноколоскової (Schmeissneria microstachys (Presl), яку раніше вважали представницею голонасінних рослин з порядку Ґінкґових (Ginkgoales Gorozh.). Однак, вченим вдалось виявити у її макростробіл (рослинні жіночі органи розмноження – авт.) закриті маточки, що типово виключно для покритонасінних (звідси й назва “покритонасінні” – авт.). У світлі цього відкриття, біологи припускають, що перші покритонасінні з’явились у пізньому тріасовому періоді – 230-220 млн. років тому.

Майже чверть століття точились суперечки довкола інтерпретації скам’янілих відбитків Санміґвелії Левіса (Sanmiguelia lewisii Brown) як покритонасінної рослини із пізнього тріасу. Її добре збережені відбитки знайдені у північно-західному Техасі (США), трактувались в якості квіткової рослини, яка, причому, поєднувала в собі ознаки двох класів: і Однодольних (Liliopsida), і Дводольних (Magnoliopsida)… Сьогодні Санміґвелія претендує на одну із найдревніших, з відомих, квіткових рослин.

Ще більш цікаві відомості дають хімічні дослідження скам’янілих решток Гігантоптерид (Gigantopteridaceae Koidz.) – насінних папоротей, які існували у пізньому пермському періоді аж до катастрофічного вимирання (245-250 млн. років тому) наприкінці палеозойської ери. Виявилось, що вони містять вторинні метаболіти – тритерпени олеанани, які продукуються виключно покритонасінними рослинами для відлякування різноманітних шкідників. Зрештою, Гігантоптериди мали багато морфологічних ознак подібності із квітковими, однак, якихось доказів, що квіти були наявні у них самих, наразі, немає.

Сучасні ґенетичні дослідження свідчать, що перші квіткові рослини з’явились не пізніше 215 мільйонів років тому – на межі тріасового та юрського періодів.

 

Живі викопні.

 

Найдревніша із відомих сучасних квіткових рослин – Амборела волосоніжка (Amborella trichopoda Baill.), – зростає на невеликому південно-тихоокеанському острові Нова Каледонія, який, разом із Новою Зеландією, являє собою залишок древнього материка Зеландії. Як і у Новій Зеландії, так і на Новій Каледонії – у цілковитій ізоляції, збереглись реліктові екосистеми, які дуже слабо змінились із часів динозаврів та материка Зеландії…

Амборела волосоніжка (Amborella trichopoda Baill.) - найдревніша квіткова рослина на Землі! Джерело ілюстрації: http://en.wikipedia.org

За багатьма ознаками Амборела волосоніжкова є унікальною квітковою рослиною, оскільки має низку анатомічних особливостей, котрі притаманні голонасінним, а не покритонасінним. Зокрема, ксилема – висхідна провідна система рослин, яка транспортує воду та мінеральні речовини від коренів до надземних частин рослини, – немає судин, а на їх місці наявні трахеїди – провідні органи аналогічні до голонасінних. Відмінними є також і будова репродуктивної системи – квіток і способу запліднення. Ґенетичні дослідження свідчать, що Амборела є надзвичайно древньою рослиною, яка з’явилась на Землі наприкінці юрського періоду – понад 135 мільйоноліть назад. Вчені взагалі виділили її у сестринську до інших покритонасінних гілку еволюції, хоча Амборела, безсумнівно є квітковою рослиною.

Латаття біле (Nymphaea alba L.) - цими квітами "милувалися" ще динозаври. Джерело ілюстрації: http://luirig.altervista.org

Звичне усім латаття, яке, напевно що зростає на найближчому озері від кожного з наших читачів, також є дуже древньою рослиною. Порядок Лататтєцвіті (Nymphaeales Dumortier) є дещо молодшим (але ненабагато – авт.) від Амборелоквітих (Amborellales Melikian) – всього на кілька мільйонів років. Скам’янілі відбитки латаття відомі із нижнього крейдового періоду – близько 130 млн. років тому.

У тропічних лісах австралійського штату Квінсленд зростає два реліктово-ендемічні види ліан приналежних до роду Австробайлея (Austrobaileya C.T. White), які тут вижили після мільйоноліть кліматичних та ґеологічних пертурбацій. Вони поєднують у собі цілу низку архаїчних ознак, поруч із проявами особливостей високої спеціалізації.

Квітка Австробайлеї плямистої (Austrobaileya maculata C.T.White) - найдревнішої рослини Австралії. Джерело ілюстрації: http://www.eurekalert.org

Ще однією древньою групою живих викопних покритонасінних рослин є представники родини Хлорантові (Chloranthaceae R. Br.), розповсюджені у тихоокеанському басейні – від Далекого Сходу Азії, Австралії через Океанію, Нову Зеландію, до заходу Південної Америки. Особливістю цих рослин, як і Амбробели, є дуже примітивна будова провідної системи, а у Саркандри голої (Sarcandra glabra (Thunberg) Nakai), що зростає у Японії, вона взагалі відсутня!

Саркандра гола (Sarcandra glabra (Thunberg) Nakai) реліктовий представник родини Хлорантові (Chloranthaceae R. Br.). Джерело ілюстрації: http://seedsman.jp

Космополітний рід Кушир (Ceratophyllum L.), види якого часто вирощують у акваріумах, а також їх можна знайти повсюдно на ставах та озерах, виявляється є дуже древнім – родом із ери динозаврів… У куширів дуже примітивна провідна система, представлена трахеїдами, що нетипово для абсолютної більшості покритонасінних. Їх листя та стебла покриті кутином, аналогічно, як і слань у бурих водоростей. До нині вчені не вирішили питання про систематичну приналежність куширу…

 

Острівний ефект чи брак нітроґену?

Пояснити чому квіткові рослини так нагло з’явилися на юрсько-крейдовій межі, означало б розкрити “жахливу таємницю” Дарвіна. Вчені висунули цілу низку гіпотез, однак, жодна із них нездатна дати вичерпну і ґрунтовну відповідь… Ґенетика та палеонтологія однозначно нас заводять у пізній тріас, але, здавалося б, рослини із такими значущими перевагами чомусь зайняли у екосистемах панівне положення, причому дуже раптово, лише через 100 мільйонів років після появи – у ранній крейді…

Цілком ймовірно, що перші квіткові рослини виникли на ізольовному острові або групі островів, а потім розповсюдились по усій Землі. Джерело ілюстрації: http://www.blue-planet-kayak.com

Одна із дуже цікавих гіпотез, що може пролити світло на “жахливу таємницю”, називається острівним ефектом. Відсутність проміжних форм між голонасінними та квітковими, а також нагла експансія останніх по планеті понад 100 мільйоноліть назад, може пояснюватись їх виникненням і розвитком на ізольованому острові чи архіпелазі. Немаючи зв’язку із материковим світом, рослини острова чи островів еволюціонували своїм особливим шляхом, давши початок покритонасінним. Аналогічні процес спостерігаються і нині на віддалених островах та архіпелагах, наприклад, ендемічні рослини островів Фіджі. Екстремальні острівні умови відкритого океану вимагали від рослин розвитку радикальних та принципово нових способів розмноження і пристосувань для підвищення виживання потомства. Цілком ймовірно, що таким пристосуванням стали взаємини між предками квіткових та осами-запилювачами. Від останніх, згодом розвинулись бджоли.

Для приваблення запилювачів рослини, шляхом природного добору, розвинули яскраві пелюстки квітів, та вироблення нектару. Паралельно могла відбуватись і коеволюція розвитку м’ясистих плодів у рослин та плодоїдства у тварин, що сприяло ефективнішому розповсюдженню насіння, його стратифікації у травній системі та наявності достатньої кількості поживних речовин при проростанні у посліді тварин. Розвиток усіх цих адаптацій призвів до виникнення конкурентоспроможності квіткових, які наприкінці юри проникли на материки і надзвичайно швидко захопили усі принагідні для них екологічні ніші, у значній мірі витіснивши інші рослини.

Ця гіпотеза є досить цікавою та привабливою, однак, її важко довести – потрібно знайти “ті самі острови” (тепер вони можуть бути частиною якого материка чи морського дна – авт.), де відбулась диверсифікація квіткових. Одним із претендентів на роль центру виникнення покритонасінних є Китай, на місці якого, впродовж більшої частини мезозою, був ізольований архіпелаг. Проте, у ця гіпотеза не здатна пояснити знахідки Санміґвелії Левіса та ще кількох інших видів, орієнтовно, квіткових рослин у самісінькому центрі колишнього суперматерика Пангеї.

На противагу острівній, існує екологічна гіпотеза, яка припускає, що квіткові рослини розвивались поступово і одночасно в усіх частинах древнього світу, однак перебували під пресом зі сторони голонасінних і папоротей, які не утворювали потужних шарів ґрунту з достатньою кількістю доступного нітроґену. Покритонасінні є швидкорослими рослинами, які потребують великої кількості поживних речовин для свого розвитку, тоді як для голонасінних і папоротей ця умова не є обов’язковою. Саме розвиток симбіотичних взаємин із азотфіксуючими бактеріями визначив швидку експансію покритонасінних на юрсько-крейдовій межі. Свідченням цього є найсвіжіші дослідження життєвих форм та стратегій древніх квіткових – вони являли собою малорічні (одно-, дворічні) рослини із типовою для бур’янів реактивною стратегією. Квіткові надзвичайно швидко заселяли території, які зазнавали якихось дестабілізуючих чинників, наприклад, пожеж, повеней, селевих потоків, зсувів тощо, загалом, займаючи марґінальні екологічні ніші у наземних палеоекосистемах. І тільки згодом еволюціонували у чагарникові та деревні форми, такі як маґнолії.

Зрештою “жахлива таємниця” Чарльза Дарвіна і надалі залишається не розкритою, хоча з кожним днем наближається час, коли і з неї буде зірвано завісу невідомого…

admin Written by:

11 Comments

  1. Василь Гелюта
    Січень 22, 2017
    Reply

    Не зрозуміло, чому Amborella trichopoda перетворилася на Амбробелу (ну, і відповідно, далі похідні таксони вищого порядку). Українською мовою рослину потрібно називати Амборела волосистоніжкова.

    • Січень 22, 2017
      Reply

      Пане Василю, відмінки в українській мові ніхто ще не відміняв…

  2. Жовтень 3, 2017
    Reply

    „Амбробелоцвітих (Amborellales Melikian)“ — мабуть ви хотіли написати Амборелоцвітих.

    Виявляється в українській вікіпедії до сих пір нема статтів про всі порядки рослин. Я потрошку це виправляю. Вас ось трохи процитував(https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D1%96) і далі планую 🙂

    • Жовтень 3, 2017
      Reply

      Дякую за уважність – дійсно помилка.

Напишіть відгук

Ваша пошт@ не публікуватиметься. Обов’язкові поля позначені *

− 1 = 2