Развитие растительного мира; растения и человек

Полмиллиарда лет назад на суше не росло ничего: серые скалы, песок, ни одного зелёного пятна. Сегодня растительность покрывает почти всю планету, и путь к этому занял несколько великих шагов — от водоросли в океане до цветка под окном. В этом уроке соберём весь маршрут воедино и посмотрим, как человек вписался в растительный мир: одомашнил часть его и взял под охрану другую часть.

Геологические эры: календарь планеты

Историю растений отсчитывают не годами, а эрами. Палеозойская эра началась около 540 миллионов лет назад: её название переводится как «древняя жизнь», и именно в ней растения освоили сушу. Следом идёт мезозой, «средняя жизнь», — эпоха динозавров и господства голосеменных, а после неё кайнозой, «новая жизнь», — время цветковых растений и человека. Границы эр отмечены резкими переменами климата и обновлением лесов. Как именно узнают, что росло сотни миллионов лет назад, — об этом дальше.

Как растения осваивали сушу

Первый шаг сделали более четырёхсот миллионов лет назад древние зелёные водоросли: их береговые потомки — риниофиты — стали первыми наземными растениями. Это были маленькие зелёные палочки с ризоидами вместо корней; ни листьев, ни настоящих стеблей у них ещё не было, и до наших дней они не дожили. Дальше эволюция шла по нарастающей: мхи обустроились во влажных местах, хвощи, плауны и папоротники построили корни, стебли и листья и в каменноугольном периоде создали первые настоящие леса. Следующий переворот — семя: голосеменные мезозоя — хвойные, саговники и гинкго — перестали зависеть от капли воды и расселились по сухим местам. Последний шаг сделали покрытосеменные: цветок с нектаром нанял опылителей-насекомых, а плод надёжно упаковал семя. С их расцвета в меловом периоде прошло около ста миллионов лет — и сейчас это самая многочисленная группа растений.

Риниофиты: зелёные палочки на берегу

Самые древние отпечатки наземных растений находят в слоях силурского периода: куксония жила около 420 миллионов лет назад. Всё её растение — вилочка ветвящихся зелёных стебельков высотой в несколько сантиметров с капсулами спор на верхушках. Чуть позже, в девоне, появились ринии и другие риниофиты размером уже с кисть руки. Корней у них не было — только ризоиды, вода поднималась по тонким проводящим пучкам, и потому расти высоко первые сухопутные жители не могли. Зато именно они опробовали все главные ткани растения: стебель, корку и проводящие пучки в своих первых вариантах появились у риниофитов. К концу девона группа исчезла, уступив дорогу более крепким ветвям — мхам, хвощам, плаунам и папоротникам.

Каменноугольные леса: из гигантов — в уголь

В каменноугольном периоде палеозоя, примерно 350-300 миллионов лет назад, на болотистых равнинах выросли первые настоящие леса — и какие! Древние хвощи каламиты поднимались на 10-15 метров, а родичи плаунов лепидодендроны и сигиллярии были деревьями высотой до 30-40 метров с колонновидными стволами. Между ними росли древовидные папоротники. Климат был жарким и влажным, заболоченные леса покрывали огромные площади. Отмершие стволы падали в болотную жижу, где не хватало кислорода, слёживались в торф, а со временем превращались в каменный уголь. Так что уголь в печах — это лес каменноугольного периода, спрессованный давлением пород: греясь у угля, ты греешься остатками лепидодендронов.

Растения и человек

Человек не остался в стороне: десятки видов он превратил в культурные растения. Пшеница, рожь, рис и кукуруза — одомашненные злаки; кукуруза выросла из дикого мексиканского злака теосинте, у которого зерна были мелкие и сидели в колоске поодиночке. Яблоня происходит от дикой яблони с гор Тянь-Шаня, а все сорта капусты — от одной дикой капусты-листника. Тысячелетиями человек отбирал самые урожайные и вкусные растения, и современные сорта почти не узнают своих предков. Из растений мы получаем пищу, корм для скота, ткань из хлопка и льна, древесину, лекарства и, само собой, кислород. Обратная сторона — истребление: вырубка лесов, распашка степей и сбор букетов стёрли с карты целые популяции, поэтому редкие растения заносят в Красную книгу, а места их жизни охраняют заповедники.

Одомашнивание шло в разных концах планеты независимо: пшеницу и ячмень приручили на Ближнем Востоке около десяти тысяч лет назад, рис — в Азии, кукурузу и картофель — в Америке. Андские жители выращивали картофель задолго до Колумба, а в Европу он попал только в шестнадцатом веке — как помидоры и перец, тоже американские новинки. У каждого культурного растения сохранился адрес его дикого предка, и селекционеры до сих пор ездят туда за свежими генами: дикому родичу не страшны болезни, от которых страдают избалованные сорта.

Отпечатки в камне: как читают древние леса

Палеонтологи узнают древние растения по отпечаткам: ствол или лист падал в мягкий ил, форма отпечатывалась в слое, который потом каменел. Иногда сохраняются окаменевшие стволы: органика постепенно заменяется минералами, и дерево превращается в тяжёлый каменный слепок. По таким находкам восстановили и каламиты, и лепидодендроны, и девонских папоротников. Чем глубже слой, тем древнее находка: породы лежат как страницы книги, и палеонтолог читает их снизу вверх.

Линней и Дарвин: как навели порядок в разнообразии

За описание и объяснение истории растений отвечают два имени. Швед Карл Линней в 1735 году выпустил «Систему природы» — в ней он выстроил лестницу классов и порядков, а позже закрепил привычные нам двойные имена: род плюс вид, чтобы учёные перестали путаться в названиях. Англичанин Чарлз Дарвин в 1859 году выпустил «Происхождение видов», где объяснил, почему виды меняются: выживают и оставляют потомство те, кто лучше приспособлен к своему месту. Кругосветное плавание на корабле «Бигль» с 1831 по 1836 год показало Дарвину, что на разных островах живут похожие, но разные виды, — и это стало намёком на общих предков. С тех пор каждая новая палеонтологическая находка подтверждала картину постепенного развития растительного мира от водорослей до цветковых.

Живые ископаемые: эволюция на паузе

Некоторые древние группы дожили до наших дней почти без изменений, и их называют живыми ископаемыми. Гинкго — голосеменное с веерными листьями: в диком виде оно сохранилось лишь в нескольких рощах на востоке Китая, а по паркам и улицам городов его расселили люди, потому что дерево устойчиво к дыму и живёт больше тысячи лет. Саговники — приземистые растения с крупными шишками, чей расцвет пришёлся на мезозой, и сегодня растут в тропиках. Метасеквойю описали по ископаемым отпечаткам и считали давно вымершей, а в 1940-х годах в горах Китая нашли живые рощи: наука узнала о существующем дереве из палеонтологии. Такие виды — подарок для ботаников: они показывают, как выглядели целые эпохи.

Словарь урока

Эволюция#

постепенное необратимое историческое развитие живой природы

Риниофиты#

первые наземные растения с ризоидами вместо корней; жили в силуре и девоне

Каламиты#

гигантские древние хвощи каменноугольного периода высотой до 15 метров

Живое ископаемое#

современный вид, почти не изменившийся со времён своей древней группы

Культурные растения#

виды, выращиваемые человеком и выведенные им из диких предков

Красная книга#

официальный список редких и исчезающих видов, подлежащих охране

Разбор типового задания

Как это спрашивают на контрольной

По этой теме любят вопросы «почему» и задания на порядок. Первый типовой сюжет — перечислить группы растений в порядке их появления: начинай с водорослей и заканчивай покрытосеменными. Второй — объяснить, почему древние группы до сих пор живут рядом с молодыми: эволюция не убирает старые группы, если те хорошо приспособлены к своим местам. Третий — назвать приобретение каждой группы: ризоиды, корни и листья, семя, цветок и плод.

• От капли воды к семени: чем моложе группа, тем меньше она зависит от воды для размножения
• Каждая группа дала своё изобретение: мхи — ризоиды, споровые — корни и листья, голосеменные — семя, цветковые — цветок и плод
• Каменноугольный период — эпоха споровых лесов и образования каменного угля
• Одомашнивание шло независимо на разных материках
• Охрана растений — это заповедники, заказники и Красная книга

Образец полного ответа на вопрос «почему цветковые заняли господствующее положение»: у цветковых появилось два ключевых приобретения — цветок и плод. Цветок привлёк насекомых-опылителей: они переносят пыльцу точно с цветка на цветок, поэтому размножение больше не зависит от дождя и капель воды, как у мхов и папоротников. Плод надёжно защитил семя и стал средством расселения: крылатки, колючки и сочная мякоть разносят семена далеко от родителя. Добавь сюда быстрый рост и способность многих цветковых проходить весь цикл за один сезон — вот и все слагаемые успеха.

Цепочка этого раздела — водоросли, мхи, споровые, голосеменные, цветковые — и есть маршрут растительного мира: от капли воды на заростке до плода на ветке. Ты теперь знаешь каждое звено этой цепи по отдельности, а дальше в курсе биологии тебя ждут бактерии, грибы и то, как растения вписаны в общую жизнь природы.

Подсказка: клавиши J — следующая тема, K — предыдущая, на телефоне: свайп влево/вправо — соседняя тема