Еволюція та види папоротей
Густав Андерсон мав правильний інстинкт, коли наприкінці 1960-х виявив у своєму полі дивну грудку. Фермер із півдня Швеції направив знахідку розміром з кулак до Музею природознавства в Стокгольмі. Там він був визначений як кореневище доісторичного папороті в якийсь момент пізніше, і скам'янілість зникла в шухляді на сорок років.
Невелике палеоботанічне диво залишалося нерозкритим доти, доки минулого року німецький докторант Бенджамін Бомфлер не взявся досліджувати тонкі ділянки скам'янілості, якій було близько 180 мільйонів років, «дещо нудним днем».
Роблячи це, Бомфлер натрапив на те, чого раніше пропустили ботаніки і що журнал Science негайно опублікував: «Є більше анатомічно добре збережених скам'янілостей папороті. Але в цьому випадку ви все ще можете побачити деталі вмісту клітини під мікроскопом, які були зафіксовані мінерально, коли виверження вулкана покрило папороть осадом. У деяких клітинах можна навіть чітко побачити хромосоми ". Таким чином, скам'янілий зразок дає клітинно-біологічне уявлення про еволюцію папоротей - тих рослин, які одними з перших розвинули шляхи транспорту води та поживних речовин понад 400 мільйонів років тому.
Рід справжніх папоротей налічує лише 11 000 видів
Їхні нащадки в лісі та в саду нагадують минулі часи, коли навесні розкочували листя. "Навряд чи будь-яка інша рослинна група сьогодні допускає такий довгий, безперервний огляд назад у свою історію розвитку, яка характеризувалася злетами і падіннями, фазами застою та такою швидкою еволюцією", - захоплюється Бомфлер.
Птеридофіти, під якими маються на увазі папороті та деякі їхні давні родичі, процвітали в Девонських горах, але їхній розквіт припав приблизно на 350 мільйонів років тому в карбоні. Разом з гігантськими хвощами та моховими деревами папороті, оскільки вони й досі подібним чином ростуть у тропіках, утворили ліси, які згодом стали родовищами бурого та кам’яного вугілля і, отже, енергоносіями нашого промислового суспільства.
Протягом мільйонів років безквіткові птеридофіти правили землею. Однак розвинулись і насінні рослини, які краще пристосовані до посухи, до яких належать квітучі квіткові рослини (покритонасінні рослини), різновид яких остаточно вибухнув у крейдовому періоді близько 120 мільйонів років тому. Сьогодні їх кількість оцінюється в 300 000 видів і переважає всі інші групи рослин; клас справжніх папоротей налічує лише близько 11000 видів.
Жалюгідні залишки з кращих часів
Пилкові зерна, розповсюджені вітром або комахами, і багаті поживними речовинами насіння, які використовуються для ефективного забезпечення потомства, є рецептом успіху насінних рослин. Зі своїм бумом світ папоротей втратив своє багатство: види, які все ще існують, виглядають як жалюгідні залишки з кращих часів, залишки безлюдного комплексу "Парк Юрського періоду".
Корінна копалина зі Швеції вписується в цю картину. На клітинному рівні це доводить, що королівська сім’я папороті, яку можна простежити ще до пізнього тріасу (понад 200 мільйонів років тому), майже не змінилася до сьогодні. "Отже, осмундаків можна з чистою совістю назвати живими скам'янілостями", - говорить Бомфлер.
Ця первинність не стосується однаковою мірою для більшості папоротей. Тріумфальне просування квіткових рослин відштовхнуло їх назад, але в той же час конкуренція спонукала до появи нових форм. Лінії розвитку більшості сучасних папоротей ведуть до крейдового періоду, як показали генетичні аналізи, проведені дослідниками, що працюють з ботаніком Харальдом Шнайдером з Лондонського музею природознавства, опублікованому в Nature у 2004 році. «Хоча деякі лінії, такі як королівські папороті, помітні завдяки консерватизму, багато груп, що виникли на той час, демонструють значну широту інновацій. Це також можна побачити у вражаючих варіаціях у структурі пагонів та листя порівняно з насіннєвими рослинами », - пояснює Шнайдер.
Мало еволюційно старих груп
Важливим нововведенням, яке дозволило новим папоротям процвітати в тіні нових хвойних та листяних лісів, очевидно, є білок неохром. Світловий рецептор, особливо чутливий до червоних компонентів сонячного світла, які насправді проникають у щільне листя до землі. Цей білок, чутливий до залишкового світла, є майже у всіх папоротях, що існують сьогодні, лише деякі еволюційно старі групи, такі як королівські папороті, змогли протистояти зеленій конкуренції навіть без неохрому.
Міжнародна група дослідників вважає, що тепер вона розгадала загадку, як і коли більшість папоротей отримали свій неохром, який інакше відомий насамперед із зелених водоростей. Дослідники, що працюють з Фей-Ві Лі з університету Дьюка в Америці, виявили генетичний склад рогового моху у формі, дуже подібній до форми папороті.
У спеціалізованому журналі PNAS дослідники припускають, що горизонтальний перенос гена між мохом і рослиною міг відбутися приблизно 179 мільйонів років тому: генетичний матеріал передається безпосередньо від одного виду до іншого. Наприклад, бактерії обмінюються генетичною інформацією про стійкість до антибіотиків, тоді як явище є великим винятком у випадку з рослинами. Для папоротей генотрансфузія могла відбутися в потрібний час, інакше вони могли б не пережити сходження насінних рослин, підозрюють дослідники.
Численні культивовані форми у вікторіанській Англії
Донині більшість папоротей віддають перевагу тінистим вологим лісам як місця. Там процвітають такі поширені види, як хробаковий папороть або сухар з численними розгалуженими листками. Але вони також доступні як водні рослини, наприклад, у вигляді водяного папороті Salvinia molesta, який прийшов з Бразилії і транспортувався по всьому світу, іноді повністю покриваючи водойми і тим самим порушуючи відповідний екологічний баланс.
На відміну від цієї чуми, інші тропічні види, такі як папороть папороть і папороть меча, є популярними кімнатними рослинами. І садівники напевно цінують жіночих, страусиних і королівських папоротей або орнаментацію щитових папоротей роду Polystichum, оснащених чудовими листям, тим більше, що вони проходять з невеликим освітленням.
Зразки, показані на цій подвійній сторінці, також були знайдені в спеціальному тіньовому саду у Фюрті, Баварія: ландшафтний архітектор і садовий історик Йохен Мартц зібрав близько 300 різних папоротей на площі саду, який був викладений більше ста років тому. Окрім типових видів помірних широт та їх варіантів, тут також ростуть численні культурні форми, які мали велику фанатську базу у вікторіанській Англії.
Переваги двох стратегій розповсюдження
Темний і вологий - це те, що зазвичай подобається папороті, але деякі види також проникли в більш несприятливі регіони, такі як високі гори або пустелі. Папороть селезінки Asplenium ceterach, яка росте в тріщинах скелі, є одним із таких екстремістів. Цей вид, який також є рідним для Німеччини, є однією з так званих рослин воскресіння, які переживають повне висихання і можуть повернутися до життя роками, якщо піде дощ.
Але навіть такі важкі зростання в певний момент залежать від води, найпізніше, коли справа стосується сексу. Подібно до водоростей та моху, у папороті відбувається зміна поколінь: нестатеве розмноження спорами чергується зі статевим розмноженням, яке все ще пов’язане з вологим елементом. Таким чином, папороті можуть скористатися двома стратегіями розмноження. Вони отримують користь, з одного боку, від безстатевого масового виробництва спор, розповсюджених вітром, а з іншого - від рекомбінації генетичного складу під час запліднення яйцеклітин, що підвищує їх пристосованість.
Папороті в літню ніч
В якості еволюційного прогресу в порівнянні з філогенетично давніми мохами можна сказати, що як помітні рослини папороті, звані технічним жаргоном, спорофіти, так і їх суперечки переживають посушливі періоди. Альтернативна форма життя папороті, крихітний гаметофіт, який проростає зі спор, є більш чутливим і нагадує про ботанічне походження не лише у мохоподібній структурі.
Трохи вологи недостатньо для статевого розмноження, яке покладено на нього, гаметофіту воно потрібно справді мокрим: його сперматозоїдам потрібна суцільна плівка води, щоб потрапити до яйцеклітин сусіднього гаметофіта. І відповідно пилок, якого бояться алергіки, означає сексуальну революцію в рослинному світі - пилок звільнив насіннєві рослини від середовища запліднення.
Дивовижний факт, що на відміну від інших місцевих рослин, у папороті взагалі немає квітів, у минулому надихнув багатьох на казкову інтерпретацію. Дрібним спорам приписували всілякі магічні ефекти, Хільдегард фон Бінген навіть надала папороті силу ввести навіть диявола в політ. За поширеною російською думкою, папороть справді цвіте, але тільки в літню ніч. Ті, хто потім знайде чарівну квітку папороті, впевнені в удачі та багатстві. За легендою.