Дарвин назвал это «отвратительной тайной». Он просто не мог объяснить, почему цветы так внезапно появились в палеонтологической летописи, как будто они возникли из ниоткуда и заняли господствующее положение на планете. Что ж, возможно, он был прав в своем недоумении: происхождение цветов еще более древнее, чем он себе представлял.
Четыре пыльцевых зерна размером всего 0,02 миллиметра, обнаруженные в прибрежных отложениях у берегов Португалии, Они только что отодвинули возникновение цветов на 123 миллиона лет назад. На два миллиона лет раньше, чем мы думали. Природа, очевидно, всегда готовит сюрпризы тем, кто слишком уверен в своей уверенности.
Когда все началось в меловом периоде
История начинается в лабораториях Университета Ганновера и Университета Бонна, где исследователи анализировали морские отложения из португальского Лузитанского бассейна. Джулия Гравендайк и его команда искали следы древней жизни, когда наткнулись на нечто, что заставило бы любого палеоботаника подпрыгнуть со своего места: ископаемую пыльцу возрастом 123 миллиона лет.
Представьте себе картину: тысячи лет назад эти зерна упали в реку, были унесены течением и в конечном итоге достигли моря, где отложились в виде отложений. Там они и остались, прекрасно сохранившиеся, словно маленькие капсулы времени, которые рассказывают нам о происхождении первых цветов на земле.
Профессор Ульрих Хаймхофер из Университета Лейбница в Ганновере объясняет, что «появление цветковых растений значительно изменило биологическое разнообразие». Но где именно и когда началось это развитие, было именно той загадкой, которую Дарвин уже называл «отвратительной тайной».
Особенность этих гранул заключается не только в их возрасте, но и в их структуре. На внешней стенке каждого из них имеются три небольшие бороздки — отличительная черта трехбороздной пыльцы, используемой более чем 70% современных покрытосеменных растений. Это все равно, что найти отпечатки пальцев первых цветковых растений.
Технология, раскрывающая тайны происхождения цветов
Чтобы обнаружить эти микроскопические гранулы, исследователям пришлось использовать передовые технологии. Как и у большинства млекопитающих, эта пыльца флуоресцирует при определенном освещении. Когда конфокальный лазерный сканирующий микроскоп направил свет на некоторые отложения, в образцах, собранных на расстоянии 27 километров друг от друга, четыре крошечных зерна загорелись, словно крошечные звезды.
Но как можно быть уверенным в возрасте? Здесь вступает в действие особенно точный метод датирования: анализ изотопов стронция в раковинах, захороненных в том же слое. Раковины из карбоната кальция несут в себе химический состав морской воды, в которой они образовались. Сравнивая их изотопные уровни с мировыми справочными данными, Ученые сумели датировать осадок с высокой точностью.
До этого открытия самое древнее пыльцевое зерно было обнаружено на острове Уайт в 1990 году, его возраст оценивался в 120,4 миллиона лет. Помимо того, что эта гранула была еще меньше португальских, она очень напоминала новые открытия. Как будто мы нашли родственников очень-очень древнего рода.
Происхождение цветов и господство на планете
Покрытосеменные растения сегодня составляют около 80% всех известных живых зеленых растений.. Они настолько универсальны, что иногда неспециалистам кажутся синонимами растений. Хвойные сохраняют свое господство в лесах Крайнего Севера и являются самыми высокими деревьями на планете, но в остальном нецветковые растения представлены скромными мхами и папоротниками, которые буквально выживают в тени цветковых растений.
Однако на протяжении почти трех четвертей времени с момента появления растений на суше цветковых растений не было. Развитие пыльцы, а вместе с ней и значительное расширение возможностей завоевания новых территорий, изменили все. Однако даже такому крупному новшеству требуется время для распространения, поэтому прошли миллионы лет, прежде чем покрытосеменные растения стали достаточно широко распространенными, чтобы их можно было обнаружить в палеонтологической летописи.
Как мы уже подчеркивали при анализе воздействия изменения климатаПыльца — невероятно прочная и универсальная структура. Его стена состоит из спорополленин, чрезвычайно прочный и стабильный полимер, который защищает гранулы во время их перемещения от тычинок к пестику.
Эвдикоты и происхождение цветов
Растениями, давшими эти древние зерна, были эвдикоты — покрытосеменные растения, имеющие при прорастании два семенных листа. Эта деталь далеко не тривиальна: к эвдикотовым относятся многие современные растения, такие как розы, подсолнечники и дубы. До сих пор считалось, что эта важная группа цветковых растений появилась около 121 миллиона лет назад. Однако это новое открытие отодвигает эту временную шкалу на два миллиона лет назад.
Открытие в Португалии было сделано в средних широтах в раннем меловом периоде, как и сегодня.. Это ставит под сомнение гипотезу о том, что покрытосеменные растения впервые появились в тропиках, хотя авторы утверждают, что это «остается правдоподобным». Вполне возможно, что возникновение цветов произошло одновременно в разных регионах мира или что первые цветы распространились быстрее, чем мы себе представляли.
Загадка становится еще глубже, если учесть, что мы до сих пор мало что знаем о том, какое растение послужило толчком к этому нововведению, изменившему мир, хотя все, безусловно, начиналось с малого. Реконструкция первого предкового цветка предполагает, что он был двуполым, с женскими и мужскими частями и с несколькими лепестками, расположенными в концентрических кругах.
Будущее исследований происхождения цветов
Пока невозможно определить, было ли это местом зарождения покрытосеменных растений или они возникли где-то еще раньше. Однако открытие показывает, что ранним цветам требовались некоторые усовершенствования, чтобы достичь своего окончательного господства.
Причина, по которой Дарвин считал эту загадку столь отвратительной, заключается в том, что цветы, судя по палеонтологической летописи, прошли путь «от нуля до сотни» за слишком короткий промежуток времени. Однако те несколько слоев породы, которые отделяли отсутствие цветов от их господства, насчитывали миллионы лет, чего Дарвин в то время знать не мог.
Эволюция покрытосеменных растений Он характеризовался изменением капиллярности листьев, что повысило эффективность их фотосинтеза. Их быстрое разнообразие привело Дарвина к гипотезе, что они эволюционировали на еще не открытом острове или континенте. Теория, которая в свете новых открытий может оказаться не так уж далека от реальности.
Современные представления о происхождении цветов
Сегодня покрытосеменные растения доминируют на поверхности Земли и в растительности большего числа сред обитания, чем любая другая группа растений. В результате, Они являются важнейшим конечным источником пищи для птиц и млекопитающих, включая человека. Кроме того, цветковые растения являются наиболее экономически важной группой зеленых растений, служа источником фармацевтических препаратов, волокнистых продуктов, древесины и декоративных растений.
Способность покрытосеменных растений устанавливать синергию с насекомыми и другими животными в процессах опыления и распространения является одной из причин их эволюционного успеха. Растения и животные стали главными действующими лицами явления коэволюции, которое позволило им достичь нынешних уровней высокого биоразнообразия.
Интересно отметить, что пыльца продолжает оставаться главным героем современных инноваций.: Сингапурские исследователи Они разработали бумагу из пыльцы подсолнечника, которую можно стирать и использовать повторно много раз, демонстрируя, как эта древняя биологическая структура продолжает вдохновлять современные технологические решения.
Наследие микроскопического открытия
Исследование, опубликованное на Труды Национальной академии наук, представляет собой прекрасный пример того, как наука часто продвигается вперед через, казалось бы, незначительные открытия, которые раскрывают огромные истины. Четыре пыльцевых зерна, каждое из которых меньше толщины человеческого волоса, переписали хронологию происхождения цветов на Земле.
Профессор Хаймхофер приходит к выводу, что появление цветковых растений значительно изменило биологическое разнообразие.. Но теперь мы знаем, что этот процесс начался по крайней мере на 2 миллиона лет раньше, чем мы думали. Это урок смирения для всех нас: природа всегда таит в себе какие-то скрытые сюрпризы, даже в самых мельчайших деталях.
Всякий раз, любуясь цветком, помните, что вы смотрите на результат эволюционного новшества, возникшего 123 миллиона лет назад. Инновация настолько успешная, что сегодня трудно представить мир без нее. А все началось с пыльцевых зерен, настолько маленьких, что их было почти не видно, но достаточно мощных, чтобы навсегда изменить облик нашей планеты.
В следующий раз, когда вы чихнете на пыльцу, помните: вы реагируете на одно из древнейших и самых успешных изобретений природы. Дарвин наверняка оценил бы иронию.
