О предшественниках существующих деревьев

Когда она возникла? Сколько тысячелетий существует? Смогли ли люди узнать о времени появления первых растительных организмов и об облике древнейших растений и их сообществ, стала ли известна история образования современного растительного мира?

В настоящее время установлено, что жизнь на Земле существует 3 млрд. 500 млн. лет, а история человеческой цивилизации началась всего 9 тыс. лет назад. Смог ли человек узнать, какие происходили события на Земле до его появления? Как это ни удивительно, но люди, оказывается, смогли узнать и о древнейших животных, и о древнейших растениях (хотя и не в полной мере, так как о них можно в настоящее время судить лишь по найденным отпечаткам и остаткам, захороненным в древних пластах Земли). По сохранившимся в слоях Земли скелетам ученые-палеонтологи смогли воссоздать внешний облик первобытного человека и предков современных животных, но трудно представить, что в толще вековых наслоений Земли могли сохраниться следы растительных организмов — отпечатки и остатки листьев, почек, древесины, корней. Однако это так, и уже с давних времен при раскопках пластов земной коры люди находили остатки растений, произрастающих в былые эпохи. Вначале этим находкам не придавали большого значения, так как не было известно об их действительном происхождении. В древние времена даже ученые не могли дать правильного объяснения находимым в горных породах отпечаткам и окаменевшим частям растений. Мысль о возможном сохранении остатков растений прошедших веков ни у кого тогда не возникала. Однако по мере развития науки и техники была разгадана тайна ископаемых находок. Уже Леонардо да Винчи и другие ученые XVI века смогли дать правильное объяснение находимым отпечатками остаткам древних растений. Ученым стала понятна ценность таких находок для воссоздания картины исторического развития растительного мира. Возникает даже специальная наука, изучающая древние растения, — палеоботаника, и начинают проводиться уже осознанные поиски ископаемых растений, разрабатываются способы их консервации и методы исследования и анализа.

В настоящее время человечество располагает довольно обширными сведениями об облике исчезнувших видов растений, о времени их произрастания и даже об образе их жизни и, в целом, о характере растительности древнейших времен. Эти сведения получены в результате самоотверженного кропотливого многолетнего труда палеоботаников разных стран. Большой вклад в накопление знаний о древнем мире растений сделали и советские ученые. И прежде чем перейти к знакомству с воссозданным обликом растений древнейших эпох, познакомимся с работой палеоботаников, давших нам возможность узнать о предшественниках современного растительного мира. Как же ученые-палеоботаники смогли восстановить облик исчезнувших ископаемых древесных видов? Как они смогли детально изучить и воссоединить разрозненные отпечатки и остатки растений, пролежавших в пластах земли 300 и даже 500 млн. лет? И как стало возможным получить сведения об образе жизни ископаемых деревьев?

Чтобы получить ответ на эти вопросы, следует понять, как смогли сохраниться остатки и отпечатки древнейших растений в наслоениях земли. Известно, что большинство и наземных и водных растений при отмирании разрушается без видимого остатка. Однако небольшое количество растений в разные геологические эпохи попадало в такие условия, в которых сохранились или их отпечатки, или даже остатки отдельных органов, хотя и подвергшиеся изменениям в процессе длительного захоронения. Палеоботаники о таких растениях говорят, что они перешли в ископаемое состояние.

Как же происходил процесс консервации древних растений? Одни растения (а чаще их части) попадали в воду, уносились в водоемы и откладывались на их дне, покрываясь осадками песка или ила, которые отвердевали и превращались в горные породы. Другие растения накапливались   в   водоемах   в   виде   разного типа торфа. В наносах, превращающихся в горные породы, происходило в разной степени разрушение растительного организма. Но некоторые растения при захоронении в определенных условиях смогли относительно хорошо сохраниться. Интересно, что сама природа, создав условия для консервации остатков растений, как бы позаботилась об увековечивании истории развития растительного мира. Нередко ископаемые растения находят в камнеподобных образованиях, в которых они хорошо сохранились, благодаря пропитке растворами солей. Например, в каменноугольных пластах Земли, являющихся кладбищем древних растений палеозойской эры, и добываемых в настоящее время как каменный уголь, горняки часто находят черные булыжники, называемые «угольными почками». Эти спрессованные камни мешают горнякам нормально работать, и они их очень не любят, а для палеоботаников «угольные почки» представляют настоящее сокровище, из которого можно извлечь скопление законсервированных растворами солей остатков растений — их стеблей, листьев, спор, шишек, семян.

Ученые научились делать из «угольных почек» прозрачные срезы — шлифы, которые помогли узнать строение клеток древесины, коры, наружной оболочки листьев — эпидермиса. Это, в свою очередь, позволило понять строение частей растения и отдельных его органов, а затем сделало возможным воссоздать и весь облик древнейших деревьев.

Проникновение во все более древние пласты Земли, получение новых остатков и отпечатков ископаемых растений и совершенствование способов их консервации и техники палеонтологических исследований дало в руки ученых богатейший материал, позволивший иметь все более полное представление о древнейшем растительном мире.

Палеоботаники смогли найти достоверный материал, дающий возможность довольно подробно узнать об истории формирования современного растительного мира. Стало известно и о том, когда растения начали заселять сушу. Ученые считают, что это произошло около полумиллиарда лет назад. Первые растения, поселившиеся на суше, были очень примитивными, но под влиянием более суровых условий существования у них усложнилось строение органов, т. е. постепенно возникали все более высокоорганизованные растения.

Как же выглядели первые поселенцы суши? По остаткам ископаемых наиболее древних сухопутных растений-псилофитов можно судить, что первые выходцы на сушу, отделившиеся от своих предков-водорослей, имели очень простое строение.

За сравнительно небольшой отрезок времени — за несколько десятков миллионов лет — из примитивных псилофитов развились уже крупные, сложно устроенные и очень разнообразные древовидные растения.

В результате проведения многочисленных сравнительных анализов захороненных растений палеоботаники не только восстановили внешний вид ископаемых древесных видов, но и попытались провести их систематизацию, что помогло познать флору разных геологических эпох в разных частях Земли.

Много трудностей вставало на пути ученых при проведении систематизации древних видов растений. Первые шаги нередко бывали неверными, и впоследствии эти ошибки были обнаружены с помощью новых методов изучения растительных остатков. Суть одного из методов исследования древних растений заключалась в том, что изучали строение эпидермиса листьев — их внешней оболочки — под микроскопом. Этот метод позволил более глубоко исследовать сходные по внешнему виду листья. Результаты иногда были самыми неожиданными: растения с однотипными листьями оказались представителями совершенно разных групп, а близкие родственники имели иногда резко различающиеся органы и были ранее отнесены даже к разным семействам.

Например, в начале нашего столетия шведские и английские палеоботаники методом анализа эпидермиса под микроскопом обнаружили, что однообразные, почти полностью сходные листья принадлежали двум совершенно разным группам растений. Одна группа — ископаемые цикадные (или саговниковые) — сохранилась до настоящего времени в тропических лесах. Другая группа древесных растений, названная в честь одного из палеоботаников «беннеттиты» и наиболее характерная для юрской флоры, вымерла вместе с динозаврами в середине мелового периода, когда господствующее положение заняли покрытосеменные, т. е. более совершенные растения, у которых семяпочки скрыты в особом органе — пестике, превращающемся после оплодотворения в плод. Наиболее обманчивой оказалась внешность хвойных. Многие ученые пытались их систематизировать. Особенно много  сделал  в  этом  направлении  известный шведский исследователь Рудольф Флорин. Он вначале выполнил гигантскую работу по детальному изучению современных хвойных, выявив меняющиеся особенности строения листьев — хвои — одного и того же вида на разных стадиях жизненного цикла и в различных условиях произрастания. Только детально изучив внешний облик и строение современных хвойных, Р. Флорин приступил к изучению древнейших видов, применив сравнительный метод анализа, что позволило уточнить систематику ископаемых хвойных пород. Р. Флорин подверг ревизии старые определения, описал многие новые роды и виды. Кроме того, он сумел показать закономерности распространения древних хвойных и смог охарактеризовать условия их существования.

Немного ознакомившись с работой палеоботаников и поняв достоверность делаемых ими описаний древних растений, попытаемся теперь представить внешний вид предшественников современного древесного мира. Но сначала узнаем о времени появления ископаемых древесных, узнаем, в пластах каких геологических эпох найдены определенные их виды.
Итак, обратимся к палеоботанической литературе. Оказывается, самые древние ископаемые остатки водных растений, которые удалось обнаружить, относятся к кембрийскому периоду — первому периоду палеозойской эры, т. е. возраст этих остатков около 500 млн. лет. Однако ученые предполагают, что некоторые водные формы растительной жизни существовали на Земле значительно раньше.

Первые (уже знакомые нам) наземные растения-псилофиты появились позже: споры и их отпечатки найдены в пластах Земли силурийского периода — третьего периода палеозойской эры, начавшейся 422 ( + 15) млн. лет назад и продолжавшейся 30 млн. лет. Причем по найденным остаткам и отпечаткам наземных ископаемых растений силурийского периода можно судить, что растения этого периода были уже высокоорганизованными. Именно поэтому ученые предполагают, что растения вышли на сушу еще раньше — в ордовикский период — второй период палеозойской эры, т. е. 480 (±20) млн. лет назад. Однако вещественные доказательства наличия наземных растений найдены пока лишь в силурийском периоде, и можно с достоверностью говорить о возникновении наземных растений 420—450 млн. лет назад.

Когда же появились первые древесные виды? Палеоботаники предполагают, что древнейшие голосеменные растения появились на границе девонского и каменноугольного периодов. Было ли это так или древние голосеменные появились раньше, судить трудно, так как остатков растений девонского периода очень мало и сохранились они плохо.

Богаты остатками и отпечатками ископаемых древесных растений пласты каменноугольного периода — пятого периода палеозойской эры, начавшейся 350 млн. лет назад и продолжавшейся 65—75 млн. лет. Богатство пластов каменноугольного периода свидетельствует, что древесные уже занимали в этот период большие площади. Какие же виды древесных росли в каменноугольный период и как выглядели в то давнее время леса? Ископаемые остатки растений этого периода в виде мощных каменноугольных пластов, которые извлекаются теперь человеком из недр земли и используются как топливный материал, эти мощные каменноугольные пласты говорят о том, что древесные виды в каменноугольный период процветали, хорошо росли, образуя обширные леса во многих районах Земли. В то же время угольные пласты предыдущего девонского периода редки, и можно предположить, что древесных пород в этот период было мало.

Теплый и влажный климат каменноугольного периода способствовал росту древесных пород на огромной территории, начиная от современных Ирландии до Донбасса, Турции, Северного Кавказа. И на месте теперешних территорий Донбасса, Силезии и Рура, наиболее богатых каменным углем, в каменноугольный период росли тропические джунгли.

Каков же был облик древесных ископаемых видов каменноугольного периода? Познакомимся с некоторыми из них на основе палеонтологических раскопок, свидетельствующих, что в этот период в лесах росли крупные деревья — лепидодендроны, получившие название от греческих слов «лепис» — чешуя и «дендрон» — дерево. По-русски эти деревья можно назвать чешуедревами. Лепидодендроны были предками современных плаунов, и в настоящее время от этой группы растений остались лишь травянистые плауны и несколько экзотических видов в тропиках Лепидодендроны — наиболее крупные представители лесов каменноугольного периода: их высота до первого разветвления прямого ствола равнялась 30 м, а диаметр у комля составлял 2 м. Некоторые современные виды деревьев не уступают им по размерам и даже превосходят их (например, секвойя, секвойядендрон, отдельные эвкалипты и др.). Однако у современных высоких деревьев ствол состоит главным образом из прочной древесины, а на сердцевину и кору падает небольшой процент. А у древних лепидодендронов в стволах было совсем другое соотношение частей: сложно устроенная кора составляла у них основную массу, а древесина была представлена лишь узким внутренним кольцом. Колоннообразный ствол на вершине делился надвое, а каждое из ответвлений снова раздваивалось, и подобное деление наблюдалось до самых верхних веточек. На верхних ветвях располагались длинные и очень узкие листья. Раскопки показали, что листья лепидодендрона иногда имели почти метровую длину с шириной менее 1 см. Шишки также были больших размеров  (длиной до полуметра), а размножались лепидодендроны спорами, т. е. у них было бесполое размножение.

Кроме лепидодендронов  в лесах каменноугольного периода были распространены каламиты — древовидные хвощеобразные. Они сходны по внешнему виду с травянистым хвощом болотным, но превосходят его по размеру в 20—30 раз и имеют значительно более толстые и более крепкие стволы. Главное же отличие каламитов от хвощей таится в органах размножения. У травянистых хвощей органы размножения  —  споры — располагаются на вершине стебля, а у древовидных каламитов они формировались среди веток и не имели, как у хвощей, длинных, свитых в пружину нитей, служащих для разбрасывания спор. Ученые считают, что от каламитов произошли современные хвощи.

В каменноугольный период в лесах произрастало и много папоротников. На некоторых местообитаниях они занимали господствующее положение. Многие папоротники были древовидными, имели крупные, колоннообразные стволы. Некоторые древовидные папоротники сохранились в современных тропических лесах.

В конце прошлого века ботаники стали предполагать, что; среди ископаемых остатков можно выделить еще одну группу древних растений.ч Отпечатки этих растений находили и рацьше. Они по внешнему виду напоминали настоящие папоротники, но не имели спорангиев со спорами. В 1903 и 1904 годах в статьях  двух  английских   палеоботаников — Ф. Оливера и Д. Скотта — были опубликованы материалы, которые вызвали сенсацию. Они свидетельствовали о наличии у этих папоротников настоящих семян, и, следовательно, напрашивался вывод о том, что это не споровые, а семенные папоротники. Они так и были названы. В настоящее время считают, что настоящие (споровые) папоротники и семенные папоротники — это две независимые линии эволюции, имевшие в девоне общего предка.

Палеоботаники установили также, что по мере изменения климата погибли сначала древовидные плауновые и хвощи, т. е. лепидодендроны и каламиты, а затем стали вымирать и древовидные папоротники, но часть последних все же дожила до нашего времени в тропических лесах.

В каменноугольных лесах встречались и дальние родственники каламитов — мелкорослые травянистые сфено-филлы, а также своеобразная группа «папоротников», возможных предков и споровых, и семенных папоротников. К ним относится бискалитека, отличающаяся своеобразным ветвлением листьев (точнее, не настоящих листьев, а прихотливо ветвящихся утолщенных голых осей, торчащих в разные стороны).

И еще одна интересная группа растений была характерна для каменноугольного леса. Это кордаиты — высокие стройные деревья с красивыми листьями, между которыми располагались сережки с семенами. Предполагают, что кордаиты — возможные предки современных хвойных. Кордаиты имели крупные, до метровой длины лентовидные листья, сходные с листьями ириса.   Вдоль листа располагались  многочисленные и почти параллельные жилки, а между ними крепкие продольные волокна механической ткани, придававшие листу, прочную конструкцию. Кордаиты в большом количестве  найдены среди ископаемых растений Сибири, где они образовывали в далекие времена кордаитовые леса. Судя по ископаемым остаткам, существовало до 100 видов кордаитов.

Итак, познакомившись с отдельными древнейшими видами древесных растений, представим, как выглядели леса на нашей планете в древний каменноугольный период, т.  е. более 250  млн. лет назад.

В европейских тропических лесах выделялись огромные стволы-колонны лепидодендронов с высоко поднятой кроной, высились красивые хвощеподобные каламиты и древовидные папоротники, а в Сибири шумели высокоствольные леса из разнообразных видов кордаитов. Под пологом высокорослых деревьев росло множество других видов древесных, о чем свидетельствуют находки ископаемых растений.

В пластах Земли в настоящее время найдено большое количество видов древесных растений, произраставших в прошедшие эпохи. По некоторым данным, хоть и довольно приблизительным, описано до 5000 родов и 40 000 видов ископаемых наземных растений, существовавших в течение 400—500 млн. лет, т. е. за период постепенного переселения растений на сушу. Например, считают что во флоре всего третичного периода число видов едва ли было меньшим, чем в современной флоре. К сожалению, далеко не все ископаемые виды обнаружены. Однако ученые считают, что древесных видов было значительно меньше, чем травянистых. Например, предполагают, что в миоцене на европейской территории существовало лишь 500—600 видов древесных растений.

Многое о древнейших растениях нам еще предстоит узнать, но и имеющиеся сведения позволяют приоткрыть завесу над историей рождения и развития растительного мира и его постоянного совершенствования.