National Geographic о том, как цветковые растения появились в меловой период, и получите информацию, факты и многое другое о цветах и доисторическом мире.

Летом 1973 года в саду моего отца выросли подсолнухи. Казалось, что они прорастают очень быстро несколькими рядами, которые он в том году одолжил новым соседям из Калифорнии. В то время мне было всего шесть лет, и мене не понравились эти яркие растения. Такие странные и яркие цветы казались неуместными среди респектабельных бобов, перца, шпината и других овощей, которые мы всегда выращивали. Но постепенно меня покорило сияние подсолнухов. Их огненные ореолы смягчили зеленый монотонный оттенок, который к концу лета преобладал. Я восхищался птицами, которые цеплялись вниз головой за золотые диски, взмахивая крыльями, дробя семена. Тем летом подсолнухи изменили  моё представление о цветах. 

 Цветы умеют делать так. Что они начинают менять внешний вид мира почти сразу после того, как появились на Земле около 130 миллионов лет назад, в меловой период. Это относительно недавно в геологическом времени: если бы всю историю Земли сжать в час, цветковые растения существовали бы только последние 90 секунд. Но как только они прочно укоренились около 100 миллионов лет назад, они быстро распространились, и появилось множество разновидностей, которые создали большинство семейств цветковых растений в современном мире.

 Сегодня количество видов цветковых растений в двадцать раз превышает количество видов папоротников, шишковидных или хвойных деревьев, которые процветали за 200 миллионов лет до появления первого цветения. В качестве источника пищи цветущие растения обеспечивают нас и остальной животный мир питательными веществами, которые имеют основополагающее значение для нашего существования. По словам Уолтера Джадда, ботаника из Университета Флориды, «если бы не цветущие растения, мы, люди, не были бы здесь». 

От дубов и пальм до полевых цветов и водяных лилий, через километры кукурузных полей и цитрусовых садов до сада моего отца - цветущие растения стали править мирами ботаники и сельского хозяйства. Они также правят неземным царством, которое изучают художники, поэты и обычные люди в поисках вдохновения, утешения или простого удовольствия созерцать цветок.

 «До появления цветущих растений, - говорит Дейл Рассел, палеонтолог из Государственного университета Северной Каролины и Государственного музея естественных наук, - мир был похож на японский сад: мирный, мрачный, зеленый, населенный рыбами, черепахами и стрекозами. После цветения мир стал похож на английский сад, полный ярких красок и разнообразия, который посещался бабочками и пчелами. Среди зелени распускались цветы всех цветов и форм ». 

Это резкое изменение представляет собой один из величайших моментов в истории жизни на планете. Что позволило цветущим растениям так быстро доминировать в мировой флоре? Что было их большим нововведением?

 Ботаники называют цветковые растения покрытосеменными (angiosperms), от греческих слов, означающих «сосуд» и «семя». В отличие от хвойных растений, у которых семена образуют открытые шишки, покрытосеменные покрывают свои семена плодами. Каждый плод содержит один или несколько плодолистиков, полых камер, которые защищают и питают семена. Разрежьте, например, помидор пополам, и вы найдете плодолистики. Эти структуры являются определяющей чертой всех покрытосеменных и одним из ключей к успеху этой огромной группы растений, насчитывающей около 235 000 видов.

 Когда и как появились первые цветущие растения? Чарльз Дарвин задумался над этим вопросом, и палеоботаники все еще ищут ответ. На протяжении 1990-х годов открытия окаменелых цветов в Азии, Австралии, Европе и Северной Америке давали важные сведенья. В то же время в области генетики появился совершенно новый набор инструментов для поиска. В результате современная палеоботаника пережила “взрыв”, похожий на само зарождение цветов мелового периода. 

 Теперь старые охотники с лопатами и микроскопами за окаменелостями, сравнивают заметки с молекулярными биологами, использующими генетическое секвенирование для прослеживания современных семейств растений до их происхождения. Эти две группы исследователей не всегда прибывают в одно и то же место рождения, но оба лагеря сходятся во мнении, почему поиски так важны.

 «Если у нас есть точная картина эволюции цветкового растения, - говорит Уолтер Джадд, - то мы можем знать кое-что о его структуре и функциях, которые помогут нам ответить на определенные вопросы: с какими видами можно скрещивать это растение? какие опылители эффективны? " Это, по его словам, ведет нас к более разумным и продуктивным методам ведения сельского хозяйства, а также к более четкому пониманию более широкого процесса эволюции.

 Элизабет Циммер, молекулярный биолог из Смитсоновского института, в последние годы переосмыслила этот процесс. Циммер работает над расшифровкой генеалогии цветковых растений, изучая ДНК современных видов. Ее работа ускорилась в конце 1990-х годов во время финансируемого из федерального бюджета исследования под названием Deep Green, разработанного для содействия координации между учеными, изучающими эволюцию растений. 

 Циммер и ее коллеги начали искать в своих общих данных, группы растений с общими унаследованными признаками, надеясь, в конечном итоге, определить общего предка для всех цветковых растений. Полученные на сегодняшний день данные показывают, что самой старой живой ветвью, насчитывающей не менее 130 миллионов лет, является семейство Amborellaceae, которое включает только один известный вид - Amborella trichopoda. Это небольшое древесное растение, которое часто называют «живым ископаемым», растет только на Новой Каледонии, острове в южной части Тихого океана, известном среди ботаников своей первозданностью. 

   Но у нас нет Амбореллы 130 миллионно летней давности, поэтому мы можем только задаться вопросом, выглядела ли она так же, как сегодняшние разновидности. У нас есть окаменелости других вымерших цветковых растений, самые старые из которых погребены в отложениях возрастом 130 миллионов лет.

Эти окаменелости дают нам лишь ощутимые намеки на то, как выглядели ранние цветы, предполагая, что они были крошечными, без ярких красок и без ярких лепестков. Эти цветы без излишеств бросают вызов большинству представлений о том, что делает цветок цветком.

Чтобы увидеть, как могли выглядеть первые примитивные покрытосеменные, я прилетел в Англию и встретил палеоботаника Криса Хилла, ранее работавшего в лондонском Музее естественной истории. Хилл отвез меня через холмистую местность к каменоломне Smokejacks Brickworks к югу от Лондона. Smokejacks - это яма в земле глубиной 100 футов (30 метров), шириной с несколько футбольных полей, которая давала гораздо больше, чем сырье для кирпича. В его глинах цвета ржавчины сохранились тысячи окаменелостей 130 миллионов лет. Мы прошли на дно карьера, встали на четвереньки и начали копать.

 Вскоре Хилл поднял кусок аргиллита. Он представил его мне и указал на отпечаток крошечного стебля, заканчивающегося рудиментарным цветком. Окаменелость напоминала единственный росток, сорванный с головки брокколи. Первый цветок в мире? Больше похоже на прототип цветка, сказал Хилл, который сделал здесь свою первую окаменелую находку в начале 1990-х годов. Он официально назвал его Bevhalstia Abuja, слова, составленные из имен его ближайших коллег.

 Через увеличительное стекло окаменелость Bevhalstia казалась маленькой и беспорядочной, непримечательной травой, которую я мог видеть, растущей в воде у края пруда, где, по мнению Хилла, оно росло.

 «Вот почему я думаю, что это могло быть примитивное цветущее растение», - сказал Хилл. «Bevhalstia уникальна и непохожа ни на одно современное семейство растений. Поэтому мы начнем со сравнения с тем, что нам известно». Стебли некоторых современных водных растений имеют тот же паттерн ветвления, что и Bevhalstia, и дают мелкие цветочные бутоны на концах определенных ветвей.

Bevhalstia также имеет поразительное совпадение с окаменелостью, о которой сообщили в 1990 году американские палеоботаники Лео Хики и Дэйв Тейлор. У этого экземпляра, крошечного 120-миллионного растения из Австралии, выросли листья, не похожие на папоротник или иголки. Вместо этого они покрыты прожилками, как листья современных цветущих растений.Что еще более важно, образец Хикки и Тейлора содержит окаменелые плоды, которые когда-то содержали семена, что Хилл надеется найти связанным с Бевальстией. У обоих растений отсутствуют четко очерченные цветочные лепестки. 

Оба являются более примитивными, чем магнолия, недавно свергнутая как самый ранний цветок, хотя все еще считается древним видом. И оба, наряду с недавней находкой из Китая, известной как Archaefructus, подтвердили идею о том, что самые первые цветущие растения были незаметными, простыми.

 Как и все первопроходцы, ранние покрытосеменные начали свое существование на окраинах. В мире, где преобладают хвойные и папоротники, этим ботаникам-новичкам удалось закрепиться в областях экологических нарушений, таких как поймы и вулканические районы, и быстро адаптироваться к новым условиям. Ископаемые остатки заставляют некоторых ботаников предполагать, что первые цветущие растения были травянистыми, то есть у них не было одеревенелых частей. (Однако последние генетические исследования показывают, что большинство древних покрытосеменных включали как травянистые, так и древесные растения.) В отличие от деревьев, которым требуются годы для созревания и появления семян, травянистые покрытосеменные живут, размножаются и умирают в течение коротких жизненных циклов. Это позволяет им быстро открывать новые горизонты и, возможно, позволяет им развиваться быстрее, чем их конкуренты, преимущества, которых, возможно, способствовали росту их разнообразия.

 Хотя эта так называемая травянистая привычка могла дать им преимущество перед медленнорастущими древесными растениями, главным козырем покрытосеменных был цветок. Говоря простым языком, цветок - это репродуктивный механизм покрытосеменных. У большинства цветов есть как мужские, так и женские части. 

Размножение начинается, когда цветок выпускает в воздух пыльцу, микроскопические пакеты генетического материала.В конце концов, эти зерна останавливаются на стигме другого цветка - крошечном рецепторе пыльцы. В большинстве случаев стигма располагается на стеблеобразной структуре, которая выступает из центра цветка. Смягченные влагой, пыльцевые зерна выделяют белки, которые химически определяют, является ли это растение генетически совместимым.                                Если это так, пыльцевое зерно прорастает и вырастает трубкой вниз через стебель и завязь, нижняя часть пестика в цветке, в семяпочек, где происходит оплодотворение и начинает прорастать семя. 

Выбрасывание пыльцы на ветер - это случайный способ размножения. Хотя опыления достаточно для многих видов растений, прямая доставка насекомыми намного эффективнее. Несомненно, насекомые начали посещать и опылять покрытосеменные растения, как только новые растения появились на Земле около 130 миллионов лет назад. Но пройдет еще 30-40 миллионов лет, прежде чем цветущие растения привлекут внимание насекомых-опылителей своими яркими лепестками.

«Лепестки эволюционировали от 90 до 100 миллионов лет назад», - сказала Эльза Мари Фриис, руководитель отдела палеоботаники Шведского музея естественной истории на окраине Стокгольма. "Даже тогда они были очень и очень маленькими. 

Задумчивая женщина с короткими коричневыми волосами и глубоким взглядом, Фриис наблюдает за тем, что, по мнению многих экспертов, является наиболее полной коллекцией окаменелостей покрытосеменных, собранных в одном месте. Хрупкие цветы уцелели, как ни странно, благодаря сильной жаре давних лесных пожаров, превратившей их в древесный уголь.

 Фриис показал мне ископаемый цветок возрастом 80 миллионов лет, размером не больше точки в конце этого предложения. Покрытый чистым золотом для максимального разрешения под электронным микроскопом, он казался мне не цветком. «Многие исследователи не придавали внимания на эти мелкие простые цветы, - сказала она, - потому что вы не можете понять их разнообразие без микроскопа».

                                                           Перевод статьи: Грозмани Виталий