Растения. Параллельный мир

Происхождение высших растений

Читаю одну из многочисленных ныне Энциклопедий — «Происхождение жизни на Земле». Цитирую:

«Как вышли на сушу первые организмы? Можно предположить, что атмосферные катаклизмы, сильные приливы и отливы, землетрясения выбрасывали из воды водоросли и другие морские растения. Они „поняли“, что на суше больше света для фотосинтеза и постепенно приспособились к новой среде обитания».

Сильно! По мысли автора этого умозаключения, если организм «выбросить» куда-нибудь, то он там посмотрит по сторонам, «поймёт», как хорошо на новом месте, и тут же там освоится. Так и подмывает посоветовать автору надеть плавки и пожить пару недель подо льдом в каком-нибудь озерце. А потом взглянуть, как он там «постепенно приспособился». Можно и продолжить логический ряд. Например, так: те крокодилы, которые жили в ветреных местностях, часто ураганами поднимались в воздух. Там они, поняв, что сверху всё гораздо лучше видно, тут же отрастили крылья и начали парить над родным болотом. Так и появились на белом свете крылатые рептилии.

Но если серьёзно, то я привёл эту цитату не для того, чтобы поиздеваться над незадачливым автором «Происхождения жизни на Земле», а для того, чтобы начать разговор о проблеме выхода растений на сушу. Дело в том, что первые известные нам наземные растения отличались от своих вероятных предков, водорослей, гораздо больше, чем наш воображаемый летающий крокодил от реального.

И так просто «выйти из воды» они не могли. Должны были пройти миллионы или даже десятки миллионов лет для образования тех приспособлений, которые позволили растениям освоить совершенно чуждую им среду — сушу. Формирование новых сложных органов и тканей не могло произойти «вдруг». Но тогда мы должны были бы знать какие-то переходные формы, какие-то виды, обладающие хотя бы частью тех свойств, которые свойственны высшим растениям. Проблема в том, что таких видов мы не знаем. Более того, если высшие растения вышли из воды, то все переходные формы должны были бы жить как раз на мелководье и, следовательно, благополучно попасть в захоронения и сохраниться в ископаемом виде. Но, несмотря на то, что мелководные морские отложения силура и девона изучены относительно неплохо, там мы находим лишь водоросли и псилофиты. Ничего «среднего»!

Надо отметить, что я совсем не хочу присоединиться к отряду тех людей, что хором твердят об отсутствии «переходных форм» по любому поводу. Нет, переходных форм найдено уже очень много. Есть многочисленные «мостики» между рыбами и амфибиями, пресмыкающимися и млекопитающими, между обезьяной и человеком. Даже между голо- и покрытосеменными, если и не сам мост, то, по крайней мере, следы от старых свай различить можно. Но вот между водорослями и высшими растениями ничего подобного нет. Как так могло произойти?

Очень интересную гипотезу выдвинул в своё время С. В. Мейен. Он предположил, что те растения, которых мы принимаем за первых обитателей суши, вовсе таковыми не являются. Что псилофиты (проптеридофиты по Мейену) — это растения, которые вернулись в воду с суши, подобно тому, как вернулись в неё китообразные. Если так, то это значит, что остатки действительно первых наземных растений должны находиться в более древних отложениях. Например, ордовика или даже кембрия.

Такие находки действительно есть, и они очень напоминают отпечатки обрывков небольших, толщиной несколько миллиметров, стеблей плауновидных. Наиболее известные из них — это Bojophyton pragense из морских отложений ордовика Чехии (рис. 16, а) и раннекембрийский Aldanophyton, найденный на северо-востоке нашей страны (рис. 16, б). Бойофитон пражский был описан чешским учёным И. Обргелом, а алданофитон — советским палеоботаником А. Н. Криштофовичем. К сожалению, даже после тщательных исследований, учёные не признали эти ископаемые достоверными остатками высших растений. Для прояснения вопроса с алданофитоном даже была организована конференция в Новосибирске. Очень авторитетные палеоботаники изучали образцы всеми доступными тогда методами. Какой же был сделан вывод? По меткому определению Мейена «заключение было единодушным: алданофит — это неизвестно что». Но есть и другие находки. В породах ордовикского возраста в 60-х годах прошлого века чешскими и польскими палеонтологами были найдены остатки растений, также напоминающие своим обликом плауновидные. Это роды Krejciella, Musciphyton и Hepaticaephyton. Совсем недавно, на берегу реки Волхов, в ордовикских известняках, российским палеоботаником С. В. Наугольных были найдены образцы, очень похожие на остатки высшего растения. Они представляют собой отпечатки небольших неветвящихся побегов с одиночными округлыми спорангиями на концах. Это растение получило название Volkhoviella primitivo.

Вот как описывает сам первооткрыватель волховиеллы свою находку: «В один из дней, отбирая образцы для последующего изучения, я вдруг заметил на поверхности небольшого куска известняка, расколовшегося под ударом молотка, странные образования. Сам известняк содержал фрагменты панцирей крупных трилобитов вида Xenasaphus devexus Eichwald, образовывавших моновидовые скопления в пограничных отложениях валимской и вельской свит. Однако на головном панцире ксеназафуса, находившегося в моих руках, располагалось нечто совершенно удивительное.

К нему прикреплялись два небольших тёмно-коричневых побега длиной около 5 мм и шириной до 0,5 мм, с эллиптическими вздутиями на верхушке. При внимательном исследовании находки оказалось, что ткани, их слагающие, неоднородны. У побегов были плотные наружные покровы, а сами побеги и верхушечные образования имели неясные спирально расположенные бороздки и утолщения.

Внешне, как по общему облику, так и по размерам, загадочные остатки очень напоминали побеги тортиликаулиса (Tortilicaulis offaenus Edwards et al.) — примитивного спорового растения из группы риниофитов, описанного в 1994 г. группой английских палеоботаников, возглавляемой Дайаной Эдвардс и Джоном Ричардсоном, известными специалистами по первым наземным растениям. Однако остатки тортиликаулиса они обнаружили в нижнедевонских отложениях, а моё загадочное растение было найдено в среднеордовикских. Значит, их разделяло не менее чем 60 млн. лет…».

Да, действительно, количество находок остатков ордовикских наземных (или почти наземных) растений увеличивается, но пока, к сожалению, плохая сохранность всех этих остатков не позволяет с уверенностью говорить о появлении высших растений в ордовике и, тем более, в кембрии. Поэтому факт остаётся фактом — пока самые древние несомненные остатки высших растений датируются второй половиной силурийского периода.

Но, может быть, просто стоит очень тщательно поискать в более древних отложениях, которые формировались на материках? Да, считается, что они «мёртвые», то есть, что в них нет остатков организмов. Но ведь ещё совсем недавно считалось, что и докембрийские отложения не содержат остатков жизни. «Кембрийский взрыв», «великая скелетная революция» — вот как называли (и называют сейчас) события, происходившие в истории развития морских животных в начале кембрийского периода. Сколько учёных ломали голову над тем, почему же так внезапно в осадочных породах появляются разнообразные организмы с твёрдыми покровами тела. Все были настолько уверены, что в более древних породах таких животных нет, что… их там и не искали. Лишь в конце XX века выяснили, что и докембрийские морские известняки местами буквально «нафаршированы» остатками раковин и других скелетных элементов древних животных. Правда, они значительно мельче кембрийских, но всё равно ясно, что ни о какой «революции» речи быть не может.

Или вот ещё довольно интересная загадка. На фото 38 изображён кусок кварцита, возраст которого превышает миллиард лет. Обломки этой породы довольно часто встречаются в Подмосковье, куда они были «доставлены» ледником с Балтийского щита. Считается, что в те времена на Земле не существовало ещё многоклеточных организмов. Тогда чей же это отпечаток?

Может быть, и с остатками первых растений суши положение обстоит подобным образом? И высшие растения живут на Земле гораздо дольше, чем мы предполагаем сейчас?

Вспомните упоминавшийся уже раньше нематофитон. Этот организм уже научился защищать себя от высыхания прочной непроницаемой кожицей. И весьма вероятно, что столь гигантская форма наземной водоросли (конечно, в том случае, если это водоросль) не появилась на свет сразу в своём фантастически неправдоподобном виде, а имела гораздо более скромных по размеру, но тоже сухопутных, предков. Правда, если судить по самым последним исследованиям, нематофитон — это лишайник. Гигантский лишайник с вертикально стоящими выростами — подециями. Трудно представить себе эдакую восьмиметровую кладонию с метровой толщины «ножкой» среди низкорослых псилофитов. Но если это не так, и нематофитон — всё же гриб, а грибы питаются, как известно, мёртвой органикой, то мы должны признать, что слой отмершей растительности на суше уже был вполне достаточен для питания такого колосса. А значит, уже существовала плодородная почва с большим количеством, как говорят садоводы, перегноя. А останками каких существ она была сформирована?

Как представляется автору, в пользу того, что остатки первых высших растений должны находиться не в морских, а в континентальных (то есть пресноводных) отложениях, говорит ещё и то, что современные высшие растения практически не живут в морской воде. Мхи сегодня не селятся даже на прибрежных, солёных от брызг морского прибоя, скалах. Плауновидные, хвощи и папоротники не переносят морской воды. То же самое можно сказать и о голосеменных растениях. Лишь три рода покрытосеменных (некоторые ботаники насчитывают только два рода с 13-ю видами) живут в море. Всего три рода по сравнению со всем остальным многообразием высших растений! Конечно, можно возразить, что существуют мангровые леса с деревьями, корни которых постоянно погружены в морскую воду. Есть и галофиты — растения солончаков. Но эти существа выработали в процессе эволюции приспособления, избавляющие их организмы от излишней соли. Соль для них — не благо, а враг, с которым они научились бороться. Это растения, вытесненные конкурентами в неблагоприятные условия в процессе борьбы за существование.

Здесь уместно провести параллель с миром животных и вспомнить ещё один необъяснённый до сих пор феномен. Насекомые, самый многочисленный класс живых существ на Земле, которые, казалось бы, прочно освоили и заселили все уголки планеты, в том числе и пресноводные водоёмы, совершенно не встречаются в морях и океанах. А ведь насекомые и высшие растения с момента их возникновения и до сих пор живут и развиваются на Земле в очень тесном взаимодействии друг с другом. Это взаимодействие, пожалуй, можно даже назвать симбиозом. Случайно ли такое совпадение их «точек зрения» на жизнь в морской среде? Как утверждает известная поговорка: «случайностей не бывает, бывают непознанные закономерности».

Несомненно, что в тесной связи с решением вопроса о возникновении высших растений находится вопрос о появлении у первых растений суши устьиц. Наличие устьиц, как мы уже говорили, является одной из отличительных черт высших растений. И, возможно, поняв, как и из чего возникли эти сложнейшие специализированные органы, мы поймём, от какого предка и как образовались и сами высшие растения. К сожалению, пока наука не нашла решения этой проблемы. Гипотез, объясняющих происхождение устьиц, было предложено немало. Так, например, индийский палеоботаник Д. Д. Пант считал, что устьица — это видоизменённые побеги. На сегодняшний день наиболее правдоподобной автору представляется версия, выводящая эти органы газообмена из половых органов некоторых водорослей — гаметангиев, в которых содержатся женские и мужские половые клетки. Действительно, строение гаметангия напоминает строение устьица. Если же гаметангий по каким-либо причинам стерилизуется, то есть лишается половых клеток, то сходство становится ещё разительнее. Но есть в этой гипотезе одна трудность. Половые органы, как мы с вами уже знаем, — отличительная черта гаметофитов высших растений. То есть, если мы видим, что растительный организм несёт на себе половые органы, то мы делаем однозначный вывод — это гаметофит (фото 39). А устьица — характерная черта спорофита. Правда, они были обнаружены и на гаметофитах некоторых высших растений, например, у Psilotum nudum (псилота голого). Но всё же, устьица на гаметофите — это, скорее, исключение из правил. Итак, предположим, что устьица есть видоизменённые гаметангии. Тогда почему же их нет у гаметофитов, и почему они есть у спорофитов?

Для того чтобы объяснить это явное несоответствие, можно предложить следующую гипотезу. Возможно, что первые высшие растения ещё не были разделены на гаметофит и спорофит. Это разделение могло произойти позже, уже после выхода растений на сушу. Другими словами, может статься, что первые наземные растения несли как половые органы, так и спорангии на одной особи. Являлись гаметофитом и спорофитом «в одном лице». Такие организмы — не фантастика, они известны у многих водорослей и носят название гаметоспорофитов. Подтверждением этой гипотезы могло бы стать древнее высшее растение, на котором бы были обнаружены и органы полового, и органы бесполого размножения. В этой связи вспоминается давний спор палеоботаников об одном из видов девонского рода Rhynia. Некоторые, очень авторитетные учёные, с уверенностью заявляют, что Rhynia gwynnevaughanii — гаметофит, так как на ней обнаружены образования, крайне похожие на половые органы. Другие, не менее заслуженные, доказывают со всей очевидностью, что это растение — спорофит, и что оно несло на концах своих побегов спорангии со спорами.

Ещё один непонятный факт, касающийся проблемы происхождения высших растений, подбросил молекулярно-генетический анализ. Если верить результатам, полученным этим методом при сравнении цепочек ДНК некоторых растений, то надо признать, что высшие растения — потомки мхов… Правда, надо заметить, что молекулярно-генетический анализ — метод очень трудоёмкий и требующий затрат большого количества времени и сил. Поэтому, как правило, он проводится не полностью, а «по сокращённой программе». А в таких случаях крайне велика вероятность ошибок, а то и просто подтасовок.

Что ж, к сожалению, пока всё то, что мы можем рассказать о появлении высших растений — лишь гипотезы. Нужны факты, новые материалы, новые находки. Только с их помощью можно ответить на вопросы о том, как и когда первые растения вышли на сушу, какими они были. И ответы на эти вопросы обязательно будут.

Мор, глад и метеориты

Очень часто в научно-популярной литературе, посвящённой истории жизни на Земле, мы встречаем упоминания о так называемых «великих вымираниях» или «волнах вымирания» организмов. Обычно упоминается несколько таких событий далёкого прошлого: исчезновение фауны морских мягкотелых организмов на рубеже вендского и кембрийского периодов, вымирание конца перми — начала триаса и, конечно же, «мелпалеогеновый биосферный кризис». Последний получил наибольшую известность благодаря вымиранию в этот период динозавров и других, столь же привлекательных чудовищ. Эти мифы столь живучи, а описания различных катаклизмов столь широко распространены и растиражированы, что этот вопрос нельзя обойти, если мы хотим получить сколько-нибудь реальное представление о развитии жизни.

Надо сказать, что вымирание групп животных и растений такой же естественный и обязательный этап в эволюции жизни, как и возникновение новых. Если принять общее количество видов, живших когда-либо и живущих сейчас на Земле, за 100 % то, по самым скромным подсчётам, окажется, что 99,9 % из них уже исчезли, вымерли. И вымерли они не потому, что на них постоянно падали метеориты, а потому, что все они были вытеснены более приспособленными, более успешными конкурентами. Грубо говоря, их всех либо кто-то съел, либо этот кто-то съел всю их пищу Других причин гибели крупных, широко распространённых групп организмов просто нет. Как же так, скажете вы, а изменения климата? А изменения уровня океана или его солёности? А как же влияние орогенеза (образования горных цепей) или вулканизма? Неужели все эти события не оказывали влияния на флору и фауну Земли? Конечно, всё это было. Менялся климат, исчезали и возникали тёплые и холодные течения, материки то расходились, то сближались и сталкивались вновь. Возникали и разрушались целые горные страны. Но ведь то же самое происходило и в последние несколько миллионов лет, а особенных катастроф с массовыми вымираниями мы не видим. Сегодня Америка «уплывает» от Европы на 2 сантиметра в год, растут Гималаи, происходят землетрясения и извержения вулканов, раскалывается Африка. Очень велика сейчас вулканическая активность на дне океанов. Например, только в Тихом океане насчитывается около десяти тысяч действующих вулканов высотой более 1 километра! А прибавьте к этому числу вулканы Индийского океана да ещё атлантического срединно-океанического хребта. Поэтому надо понимать, что все эти события и сейчас, и в прошлом были очень сильно растянуты во времени и ни в коем случае не носили характера кратковременных и смертельных для всего живого катастроф. Значительные для растительного и животного мира изменения климата происходили за десятки тысяч лет и не на всей Земле.

Если принять во внимание эти соображения, становится ясно, что такие изменения условий жизни не могут непосредственно привести к вымиранию той или иной широко распространённой группы организмов. Хотя, конечно, они могли привести и приводили к изменению ареалов животных и растений. Ну, посудите сами, допустим, в какой-то области нашей планеты за десять тысяч лет сильно похолодало. Пусть был в этой области безморозный климат и росли там пальмы и бананы. Так что же, в одну прекрасную осень, как только ударят первые морозы, вся эта пышная растительность вымрет в одночасье и останется одна лишь голая земля? Да нет, конечно. Постепенно, все эти тысячи лет, будет идти замена одних растений (теплолюбивых) другими, более приспособленными к прохладному климату. А бананы останутся и прекрасно будут себе жить-поживать, но в других, более тёплых местах. Не стоит забывать и того, что популяция может приспособиться к меняющимся условиям, если эти изменения происходят достаточно медленно.

Так что, если понимать под вымиранием некое мгновенное исчезновение с лица Земли широко распространённых до этого групп животных или растений, то надо признать, что таких событий падеонтология не знает. Вымирание всех известных на сегодняшний день таксонов высокого порядка (порядков, классов) происходило постепенно. Постепенно и очень медленно сокращался ареал таких таксонов. К концу процесса вымирания оставались лишь реликтовые популяции в хорошо защищённых от проникновения конкурентов убежищах. Те же пресловутые динозавры вымирали, то есть сокращали свою численность и видовое разнообразие, в течение миллионов лет. И к концу мелового периода количество их родов исчислялось единицами. Тот же процесс происходил и с властелинами экваториального каменноугольного леса — гигантскими плауновидными. Их количество сокращалось десятки миллионов лет!

Конечно, небольшая популяция, живущая на маленькой территории, может быть в одночасье уничтожена, скажем, извержением вулкана. Если сейчас вдруг на площадь, где обитают амурские тигры, упадёт метеорит и убьёт их, сможем ли мы сказать, что взрыв метеорита вызвал вымирание этих красивейших хищников? Вряд ли. Мы прекрасно знаем, что их осталось всего около 200 особей и что исчезновение тигра связано с деятельностью человека. Если бы не мы с вами, все метеориты были бы этому виду нипочём.

Итак, никаких массовых, мгновенных и одновременных уходов организмов со сцены жизни история Земли не знает. Все перечисленные соображения прекрасно известны учёным — ботаникам, зоологам, палеонтологам. Так почему же до сих пор нас пытаются заинтриговать «загадками великих вымираний»?

На это есть несколько причин. Во-первых, такие старинные заклинания, как «всем давно известно» или «как мы все знаем», всё ещё работают совершенно безотказно. Кому же захочется спорить «со всеми» или оказаться в меньшинстве, среди тех, кто «ещё не знает»? Во-вторых, журналисты в погоне за сенсацией для очередного вечернего выпуска, готовы придумать или подхватить любую, даже совершенно бредовую «утку». Так, недавно читал о том, что «учёные нашли жабу, питавшуюся динозаврами». В-третьих, часто сами учёные для получения средств на исследования эксплуатируют темы любых, даже кажущихся «загадок» и несуществующих «проблем». Правда, на вкус автора, таких людей лучше называть не учёными, а рекламными агентами от науки. Все эти люди паразитируют на неосведомлённости среднестатистического читателя, зрителя или слушателя. Человек, далёкий от проблем эволюции, развития жизни, не видит разницы между смертью отдельного организма и вымиранием крупного таксона. Он автоматически переносит возможные причины смерти одного отдельно взятого динозавра на целых два отряда животного царства. А это вещи совершенно разные. Все фиалки на Земле не могут одновременно погибнуть от переувлажнения, а ваша, на окне, может. Если у вас на дачном участке погиб от солнечных ожогов можжевельник, то не надо думать, что цветковые потеснили голосеменных в меловом периоде из-за того, что солнце тогда стало ярче светить.

К счастью, история растений, по сравнению с историей животных, не обросла таким количеством мифов про «великие кризисы». Возможно, так получилось потому, что всякие там листочки-веточки меньше интересуют людей, чем тигры, носороги и тираннозавры. Но благодаря этому, история растений может дать нам более реальную картину развития организмов. Картину, где появление новых форм тесно связано с исчезновением старых. Где эти процессы идут медленно и неуклонно, в полном соответствии с теорией эволюции.

В связи с обсуждаемой проблемой нельзя не упомянуть о давнишнем, продолжающемся ещё со времён Дарвина, споре о неравномерном, скачкообразном развитии живой природы. Такие скачки получили название сальтации.

Дело в том, что геологи при изучении древних осадочных пород со следами прошлой жизни сплошь и рядом сталкиваются с ситуацией, когда при переходе от одного яруса разреза к другому резко меняются остатки древней флоры и фауны, заключённые в породе. Естественно, у исследователей складывалось впечатление, что животный и растительный мир менялся неравномерно. Что за периодами относительного покоя следовали короткие по времени вспышки видообразования и замены одних видов другими. Механизм таких вспышек был непонятен, что породило большое количество гипотез и теорий. Среди учёных были как сторонники постепенного, равномерного течения эволюции, так и приверженцы теории сальтаций. Например, Ч. Дарвин категорически отвергал возможность любых скачков, а его ученик и горячий сторонник дарвинизма Томас Гекели утверждал обратное. Спор этот не закончен и сейчас. До сегодняшнего дня то в одном, то в другом научно-популярном издании мы можем найти отголоски этой старой дискуссии. Попробуем разобраться в этом вопросе.

Мы знаем о том, что наш мир меняется неуклонно и необратимо, то есть эволюционирует. Меняется не только живая природа. Меняется человеческое общество, облик Земли, состав и структура её недр. Меняется солнечная система и Вселенная. Меняются со временем даже, казалось бы, «незыблемые» физические законы. Постоянна ли скорость этого процесса или эволюция может ускоряться или, наоборот, замедляться? Происходят ли «скачки» эволюции?

В вопросы развития Вселенной мы с вами углубляться не станем. Наша тема — растительный мир. Поэтому и поговорим мы на тему эволюции на примерах из мира флоры.

Начнём с уже упоминавшейся проблемы кардинальной смены флоры в осадочных слоях. Очевидно, что привлечения теории сальтаций для объяснения этого факта не требуется. Действительно, осадконакопления без перерывов не бывает. Нигде на Земле нет геологического разреза, в котором были бы представлены все породы — от самых древних до современных. Осадки накапливаются лишь в понижениях рельефа. А рельеф нашей планеты не был постоянным. Морское дно поднималось и становилось горной страной, а горы превращались в морское дно. Уже сформировавшиеся пласты пород разрушались дождём и ветрами, а затем опять, опустившись, принимали на себя груз новых, молодых отложений. Поэтому понятно, что из геологической летописи «вырваны» и отдельные абзацы, и страницы, и целые главы. Промежутки времени, о которых не осталось следов в горных породах, могут составлять и тысячи лет, а могут быть растянуты и на сотни миллионов.

Не стоит сбрасывать со счетов и тот факт, что смена растительности в какой-то одной, отдельно взятой области может произойти и в связи с миграцией растений. А ведь местонахождения ископаемых остатков не велики по площади. Как правило, их протяжённость измеряется всего лишь сотнями метров. Изменение условий существования, даже незначительное на наш, человеческий взгляд, может радикально повлиять на флору таких небольших районов. На светлой поляне могут десятилетиями расти одуванчики, но вот подросли окружающие деревья, и за несколько лет одуванчики исчезли, а их доминирующую роль взяла на себя сныть. Берёзовый лес со временем исчезает, вытесненный елью. А ельник сменяется, в свою очередь, смешанным хвойно-широколиственным лесом. Как видно из этих примеров, резкая смена видового состава растительности на небольшой площади совсем не обязательно связана с одномоментным вымиранием одних видов и возникновением других, новых.

Но есть факты, которые трудно или даже невозможно объяснить без привлечения гипотезы скачков эволюции. Знаменитый бельгийский палеонтолог Луи Долло ещё в XIX веке говорил, что увеличение длины позвоночника может происходить как за счёт увеличения длины позвонка, так и за счёт увеличения количества позвонков. Во втором случае, казалось бы, никакого объяснения, кроме резкого качественного скачка, просто нет. Всё выглядит так, как будто у родителей с тридцатью позвонками родилось потомство, у которого, благодаря «счастливой мутации», насчитывался уже тридцать один позвонок. Но не будем спешить с выводами. Конечно, уродства встречаются в природе часто. Мутации вообще лежат в основе видообразования. Именно благодаря им и происходит превращение одних видов в другие. Селекционерам растений в условиях питомников и опытных посадок удаётся выделять особи с различными отклонениями и даже закреплять те или иные уродства в качестве устойчивых признаков сортов и разновидностей (сравните фото 40 и 41). Именно так получаются садовые формы с различными типами листьев, формами кроны и так далее. Но может ли привести мутация, качественно изменяющая морфологию организма, к образованию нового вида? Если и да, то это, по мнению автора, случается крайне редко. Любая значительная мутация, пусть даже и «счастливая», в огромном большинстве случаев приводит к тому, что отклонившаяся, уродливая особь не оставляет потомства. А, значит, и никакого «мгновенного» образования видов в этом случае не происходит.

Другими словами, конечно, темп эволюции не постоянен. Процесс видообразования может идти медленнее или быстрее. Это зависит от многих факторов.

Так, например, изоляция популяции на ограниченной территории, скажем, на острове, ведёт к очень быстрому возникновению новых видов.

Происходят и скачки эволюции, когда радикальное изменение строения организма закрепляется в потомстве. Именно это и называется «счастливым уродством». Но такие случаи, по мнению автора, крайне редки. Это именно тот случай, когда исключение подтверждает правило. Правило, сформулированное ещё Чарльзом Дарвином: «Природа не любит скачков».

Очевидное — непонятное

Если продолжить параллель между нашими знаниями о животном и растительном царствах, то надо обратить внимание на важное отличие. В случае с животными мы, в общем-то, знаем значение и роль, которую выполняют те или иные изменения в организме, те или иные признаки, свойства, приспособления, органы. Мы знаем, что опора при движении на кончик среднего пальца, как у лошади, необходима для быстрого бега. Разнообразная окраска служит для маскировки или для отпугивания хищника. Таких примеров из царства животных мы знаем множество. Все мы помним прекрасные детские книжки, где нам объясняли «для чего нужны хвосты».

Именно эти примеры приспособлений к окружающим условиям, или, как говорят учёные, адаптаций, создают у человека впечатление «разумности» устройства живой природы. Как часто, любуясь на прихотливый узор крыльев бабочки или на завораживающие своей красотой движения пантеры, мы произносим — «велик Создатель». Да, трудно представить, что столь прихотливые и сложные приспособления созданы слепой силой случайных мутаций и естественного отбора. Да, представить очень трудно. Никто и не смог этого сделать до Дарвина, а многие ещё и сейчас не могут. Именно поэтому его теория — гениальна.

Но вернёмся к нашему вопросу. Итак, адаптации животных нам, в основном, понятны. С царством растений положение дел обстоит не столь просто. Ещё С. В. Мейен отмечал, что мы пока крайне мало знаем, для чего тому или иному растению та или иная форма его органов. Каковы преимущества (или недостатки) сложного листа ясеня или грецкого ореха по сравнению с простым листом дуба? Почему лист берёзы несёт мелкие зубчики по краю, какую пользу приносит клёну его форма листа? Все эти вопросы остаются пока без ответа. Получается, что мы не знаем связи между внешними условиями, в которых существует растение, и формой его листьев. Но если бы только это! Стебель растений (его проводящая система) устроен у разных групп растений по-разному. Скажем, у саговников (и у цикадовых вообще) основной объём ствола занимает рыхлая сердцевина, а древесина, то есть плотная ткань, проводящая воду от корней наверх, представляет собой лишь тонкое кольцо вокруг сердцевины. Такой тип ствола называется маноксилическим, то есть «малодревесным». Такие же стволы имели древовидные плауны, у которых тоненькое колечко древесины было окружено мощной корой, и многие семенные папоротники. Напротив, у хвойных или у древесных покрытосеменных, основной объём ствола занимает как раз древесина. Такие стволы учёные называют пикноксилическими. Что даёт растению то или иное строение проводящего органа? Замечено, что в условиях морозного климата растения с маноксилическими стволами не живут. Почему так происходит — неизвестно. Объяснение, что «малодревесный» ствол лопнет от мороза, приходится признать неудовлетворительным.

А ветвление растений! Какие преимущества даёт мутовчатое ветвление хвощам? Ветвление голо- и покрытосеменных растений тоже различно. Хвойным свойственно спиральное расположение ветвей на центральном стволе (впечатление, что ветви молодой сосны расположены мутовками обманчиво — это псевдомутовки, сближенные спирали). Другими словами, у хвойных боковые ветви так и растут себе вбок от центрального побега всю жизнь. У покрытосеменных, например, у яблони ветвление совсем другое. У них боковой побег в процессе роста выпрямляется и становится вертикальным, то есть стволом. А бывший вертикальный становится боковым, то есть ветвью. Какие преимущества дала подобная система ветвления цветковым растениям?

А какое значение имеет различная форма кроны? Например, пирамидальная, как у кипариса? Получается такая крона благодаря тому, что рост боковых побегов замедляется по сравнению с ростом верхушки. Но зачем?

Зачем некоторым видам ели более плотный «восковой» налёт на хвое, придающий ей голубой цвет? Казалось бы просто — приспособление к уменьшению испарения воды, к сохранению влаги. Но, на самом деле, наблюдения лесоводов показали, что голубые виды елей не имеют никаких преимуществ перед своими зелёными родственницами в условиях недостатка влаги. Даже наоборот, требуют более щедрого полива, быстрее сохнут.

Конечно, некоторые из адаптаций растительного царства мы в состоянии объяснить. Ясно, что колючки оберегают растения от поедания, а мясистый стебель нужен кактусу для хранения водяного запаса. Но к попыткам объяснить особенности растений с наших, человеческих позиций надо относиться весьма осторожно. У наших «зелёных друзей» могут быть свои соображения, весьма отличные от наших. Так, нам кажется, что созревшая шишка хвойных должна висеть на ветке вниз верхушкой. Ведь семенам так легче высыпаться на землю после того, как шишка раскроется. Да и от непогоды защита. Но, похоже, пихта «думает» совсем по-другому…

Надо признать, что, в основном, приспособительные признаки растений изучены очень слабо. А это далеко не праздный вопрос. Ведь за тем или иным признаком стоят миллионы лет эволюции. Все адаптации возникли не случайно, а были закреплены для чего-то естественным отбором.

Без знания признаков адаптации растений к различным условиям жизни мы не сможем внести ясность в ещё одну любопытную проблему. Заключается она в том, что среди растений очень часто мы видим схожие органы у различных по своему происхождению, неродственных видов. Побеги плауновидных по внешнему виду часто похожи на побеги хвойных и мхов. Настолько, что палеоботаники иногда принимали ископаемые стебли мха за плаун или веточку хвойного. Или наоборот. То же самое можно сказать и о сходстве листьев папоротников и некоторых голосеменных. А ведь эти растения живут в совершенно разных условиях. Мхи — обитатели болот, в то время как хвойные, в основном, предпочитают сухие места. Природа листьев хвойных и плауновидных совершенно различна. Если лист плауна представляет собой лишь вырост тканей стебля, то хвоинка, лист хвойного растения, по своему происхождению является веткой. И всё же мы видим, что в процессе эволюции, разными путями, у разных растений возникают очень похожие признаки.

К сожалению, в большинстве случаев, о причине этого мы можем только гадать.

Задачка для средней школы?

Ещё одна интересная и, казалось бы, «лежащая на поверхности» загадка заключается в очень простом вопросе: как деревья поднимают воду от корней к вершине? Как мы уже с вами знаем, вода с растворёнными в ней минеральными веществами поднимается вверх по стволу по трубочкам, представляющим собой стенки мёртвых клеток. Трубочки эти очень узкие — от 0,01 до 0,2 миллиметров в диаметре. Ясно, что дерево успешно доставляет по ним воду даже к самым верхним своим ветвям и листьям. Измерена и скорость этого поднятия — до 10 метров в час. Даже одно из самых высоких деревьев на Земле — псевдотсуга Мензиса (Pseudotsuga menziesii) (фото 42), которая достигает высоты 110 метров, прекрасно справляется с этой задачей. Поднять воду на такую высоту, просто создавая разрежение поверх водяного столба, то есть как бы засасывая её снизу вверх поршнем, невозможно. Курс физики средней школы утверждает, что таким образом можно поднять воду не выше, чем на 10 метров. Да и нет у растений никаких подобных приспособлений и органов. Может быть, вода поднимается по трахеидам древесины благодаря капиллярному эффекту? Тоже не получается. Зная диаметр капилляра, плотность и коэффициент поверхностного натяжения жидкости, мы можем вычислить, что максимальная высота поднятия не может быть в таком случае больше 3,5 метров. Маловато… Напрашивается единственный возможный вариант — чтобы поднять воду на высоту самых высоких деревьев, корни должны работать как насос, создающий давление приблизительно в 50 атмосфер. Измерили давление воды на выходе из корня. Получилось, что оно в сотни раз меньше требуемого. Да, к тому же, это давление не постоянно в течение суток. Максимально оно ранним утром, а к обеду вообще исчезает. Опять, уже в который раз, мы сталкиваемся с ситуацией, когда результат очевиден, а метод достижения этого результата непонятен.

Совсем недавно была предложена гипотеза, объясняющая этот процесс. Суть её в том, что растения поднимают наверх воду с помощью так называемой транспирации — процесса, имеющего много общего и с испарением, и с осмосом. Заключается он в том, что сухой воздух, обладающий высокой поглощающей способностью, «вытягивает» молекулы воды через устьица из листьев. А не разрывается водяная нить, проходящая по сосудам древесины, за счёт сил молекулярного сцепления.

На первый взгляд, всё понятно. Эдакая открытая «кровеносная» система растений. Но всё же остаются некоторые вопросы.

Во-первых, часть воды, достигнув листа, не испаряется, а, насытившись сахарами и аминокислотами, отправляется в обратное путешествие — к корням. Она перетекает по флоэме, специальной ткани дерева, расположенной кольцом под корой. Флоэма построена из живых клеток, и, хотя скорость перемещения растительного сока по ней примерно в 10 раз меньше скорости воды в древесине, всё же объёмы перемещаемой жидкости значительны. И течёт эта жидкость вниз не под действием силы тяжести, иначе растения, у которых корень расположен выше стебля, например, многие эпифиты, не получали бы столь необходимые им вещества. Поэтому «кровеносная» система у растений не такая уж и открытая.

Во-вторых, вода в растениях циркулирует и без листьев. Скажем, нашей зимой или во время засухи в жарких странах, как известно, многие деревья сбрасывают листья.

В-третьих, растения успешно поднимают воду к своей верхушке и в условиях 100 % влажности окружающего воздуха, например, в экваториальных дождевых лесах. Более того, именно для растений, живущих в условиях высокой постоянной влажности характерно наличие очень больших (видимых невооружённым глазом) водяных устьиц — гидатод. Гидатоды специально приспособлены для того, чтобы выделять лишнюю воду, и выделяют они её в больших количествах. Распространённое комнатное растение алоказию по этой причине называют даже иногда «плачущим деревом». Есть гидатоды и у водных растений. Какая уж тут транспирация!

Подобных вопросов можно было бы задать множество, но и из уже сказанного ясно, что у растений, помимо транспирации, должны существовать и иные механизмы для перемещения воды с растворёнными в ней веществами.

Тёплые и пушистые

Наверняка вы много читали о том, что одним из высших достижений млекопитающих по отношению к рептилиям или земноводным является их теплокровность. Да, действительно, млекопитающие довольно эффективно поддерживают постоянную температуру своего тела. Хотя, конечно же, только в определённых температурных условиях. Всё же, человек, например, не может жить без одежды при температуре менее 16 °C — он замёрзнет. Да и на горячем южном солнце мы перегреваемся довольно быстро. Несколько часов достаточно для того, чтобы получить тепловой удар.

Реже пишут о том, что и рептилии, и земноводные тоже могут регулировать температуру своего тела. Только вот «диапазон регулировок» у них гораздо уже. Скажем, лягушки способны «подогреть себя» лишь на несколько градусов выше температуры окружающей среды. Даже насекомые способны к регулированию своей температуры. Видели, как бабочки или шмели подолгу машут крыльями «в холостую», сидя где-нибудь на веточке? Так они разогреваются перед полётом в холодную погоду.

А что же растения? Могут ли они регулировать свою температуру? А если да, то в каких пределах? К сожалению, автору не удалось найти каких-либо сведений о том, что серьёзные эксперименты в этом направлении вообще кем-то когда-то проводились. А ведь очевидно, что растения, по крайней мере, некоторые из них, способны изменять температуру некоторых своих органов. Это происходит благодаря усилению дыхательных процессов. Так, хорошо известен так называемый «тепловой феномен» у саговниковых. Измерено, что мужские стробилы одного из видов в период созревания нагреваются на 15 градусов по сравнению с окружающим воздухом! Такое значительное увеличение температуры однозначно говорит об очень эффективном внутреннем механизме регулирования температуры у этих растений. В своей книге «Занимательная физиология растений» В. И. Артамонов приводит такой пример увеличения температуры отдельных частей растения: «Любопытно, что при колебаниях температуры воздуха от-15 до +15 градусов симплокарпус способен в течение нескольких недель поддерживать свою температуру, которая на 15–35 градусов выше, вследствие чего растение не страдает даже от морозов». Он же пишет о том, что подснежный рост многих растении сопровождается повышением температуры ростков, благодаря чему они буквально проплавляют ледяную корку.

Наверняка и другие высшие растения обладают способностью регулировать свою температуру. Скорее всего, даже все. Побеги и листья многих растений покрыты различными волосками и чешуйками (фото 43 и 44), которые, возможно, служат той же цели, что и шерсть животных. То есть помогают растениям сохранять тепло либо, наоборот, не перегреваться в жаркую погоду.

Все мы знаем, что зимой снежный покров подтаивает, оседает кольцом вокруг стволов деревьев, что объясняется обычно тем, что ствол дерева разогревается солнцем. Может быть и так. А если нет?

А если дерево всё же способно, пусть и в небольших пределах, регулировать температуру своего тела?

Да, в этом случае становится как-то неудобно пилить бензопилой «теплокровных»…

Распорядок дня

Все мы знаем, что являемся счастливыми обладателями «внутренних часов». Именно поэтому, после перелёта в местность, находящуюся в другом часовом поясе, мы долго не можем заснуть ночью и ходим днём, как сонные мухи. Просто наши биологические часы ещё не перестроились, мы продолжаем жить в старом, домашнем ритме. Если спросить, а что в нашем организме отвечает за настройку внутреннего, биологического времени, мы наверняка получим ответ: конечно, мозг! Ну что ж, тогда надо признать, что у растений за те же «часы», за внутренний биологический ритм отвечает что-то другое. Чтобы убедиться в этом, достаточно провести очень простой эксперимент. Возьмите с собой в путешествие горшок с каким-нибудь цветущим растением, и вы увидите, что оно, так же как и вы, будет «просыпаться» и «засыпать», то есть открывать и закрывать цветки в соответствии со старым, домашним временем восхода и захода солнца. И, так же как и вы, оно привыкнет к новому «расписанию» примерно через сутки — двое.

Вьющиеся растения, обвивающие опору подобно пружине, также управляют своим ростом, исходя из ритма своих внутренних часов. По крайней мере, другого объяснения столь правильному цикличному перемещению зоны усиленного роста стебля пока не предложено. Ведь, как выяснилось, прикосновения опоры в данном случае не чувствуются растением. Нет здесь зависимости и от других внешних факторов, таких, как освещение. Очень интересной особенностью такого «винтового» роста стебля является и тот факт, что направление закручивания постоянно и не изменяется у растений одного вида. У большинства растений, верхушка описывает круги вокруг опоры против часовой стрелки. Хотя, к примеру, хмель предпочитает обвивать опору по ходу часовой стрелки.

Привычный для нас клевер луговой опускает и поднимает свои листья ночью с периодичностью приблизительно 3 часа. Как говорил классик: «Зачем?… Спроси его».

Все почки дерева весной открываются одновременно, хотя находятся под действием неодинаковых внешних факторов. Некоторые из них освещены лучше других, некоторые находятся у основания веток, другие — на концах. Одни — с северной стороны, другие — с южной. Но все, как по команде «дирижёра» встречают весну разом, в один день. Как же так получается? Ну, хорошо, пусть дерево передаёт своим листьям некий химический сигнал, что-то вроде «пора раскрываться». Но как тогда объяснить тот факт, что тысячи тополей в Москве, растущих в совершенно разных местах и в разных условиях зацветают одновременно, засыпая всю округу своими пушистыми семенами?

Ещё один пример работы некоего метронома, дирижирующего жизнедеятельностью растений, довольно часто приводится в научно-популярной литературе. Сорта бамбука с крупными, одревесневающими стеблями широко культивируются в Юго-Восточной Азии. Там эти растения используют в качестве строительного материала. Прочные, лёгкие, совершенно прямые стебли этих злаков очень подходят для строительных конструкций. А если ещё учесть скорость роста бамбука и то, что в высоту он достигает 35 метров (а это высота 11-ти этажного дома), то становится понятным то разочарование, которое постигло японских «бамбуководов» в 60-х годах прошлого века. Дело в том, что бамбук очень редко, примерно раз в 60 лет (а бывает, что и раз в 120 лет), зацветает. И после цветения гибнет. Так вот, огромные по площади плантации бамбука в разных местах в «один прекрасный день» зацвели одновременно. И, естественно, после этого разом и погибли. Как выяснилось, все погибшие растения были клоном одного, привезённого десятки лет назад из Китая. Их долго и успешно вегетативно размножали и расселяли на Японских островах, пока не наступил час цветения. И все растения, давно уже жившие в разных условиях, на разных почвах, при разной освещённости и будучи все разного возраста, погибли одновременно.

Вот и получается, что растения не только воспринимают и реагируют на воздействие внешних факторов, но и сами способны «думать» и поступать в соответствии со своим разумением. Ещё Чарльз Дарвин утверждал, что работа системы управления жизнедеятельностью растения очень напоминает работу мозга животных. По крайней мере, результаты их действий очень похожи.

Посудите сами — растение-паразит повилика (Cuscuta) после захода солнца поворачивает свои листья и побеги к востоку, как будто зная, что следующим утром оно взойдёт именно там.

Таких примеров можно привести ещё очень много, но и уже сказанного достаточно, чтобы убедиться в том, что жизнедеятельность растений подчиняется их собственному, не зависящему от внешних условий, расписанию, внутреннему ритму Каков механизм действия этих «часов», где, в каком органе растения они находятся? К сожалению, пока это остаётся загадкой.

Приходится признать, что несмотря на гигантский объём информации, который даёт нам наука, мы всё ещё знаем ничтожно мало об этом параллельном мире, существующем рядом с нами, мире загадочных созданий Эволюции — растений.

Вот и закончился наш короткий разговор о растениях. Надеюсь, он не был скучным и затянутым. По крайней мере, автор очень старался, чтобы так не случилось. Конечно, в этой книжке мы не коснулись многих тем, связанных с систематикой растений, отличий одних групп от других. Нет здесь и описаний конкретных видов, родов, семейств. Автор исходил из уверенности, что информацию подобного рода можно без труда получить из других источников, таких как энциклопедии, определители, учебники. Здесь мы лишь попытались окинуть общим взглядом мир высших растений. Понять, хотя бы и на начальном уровне, разнообразие растений, их историю, работу их органов, законы, по которым растения живут и развиваются. И если хотя бы немногим из вас, после прочтения этой книжки, мир растений стал ближе, интереснее и чуть-чуть понятнее, то автор может считать свою задачу выполненной.