|
В.А. Красилов, Е.В.
Бугдаева, В.С. Маркевич, Н.П. Маслова
Проангиоспермы и происхождение цветковых растений

Цветковые – наиболее многочисленная и разнообразная группа
высших растений, доминирующая в большинстве наземных экосистем. Именно к
цветковым относятся основные культивируемые растения, от которых, в конечном
счете, зависит наше существование. Поэтому разработка системы, отражающей
историческое развитие цветковых и позволяющей предсказать свойства многих тысяч
малоизученных и вновь открываемых видов, имеет не только теоретическое, но и
практическое значение.
Еще Ч.Дарвин говорил о “проклятой тайне” происхождения
цветковых, имея в виду их кажущееся внезапным появление в геологической летописи
и невозможность распознать предковые формы. Хотелось бы лучше понять события,
изменившие облик планеты, но существующая теория эволюции не дает ключа к их
расшифровке.
Нами были получены факты, позволяющие приблизиться к разгадке
“проклятой тайны”. Собранные материалы, относящиеся к древнейшим цветковым Дальнего
Востока, Забайкалья, Монголии, Ближнего Востока и Австралии, были изучены с
помощью современных методов электронной микроскопии и разработанных нами
методов, в частности электронно-микроскопического изучения субкрустаций –
минеральных реплик, сохранивших клеточное строение растительных тканей, а также
извлечения растительных остатков из желудков ископаемых насекомых. Для каждого
образца изучены данные о геологическом возрасте, условиях захоронения и
сопутствующих остатках животных и растений.
Полученные результаты позволили сформулировать ряд эволюционных
гипотез, относящихся к факторам и механизмам становления цветковых растений.
Древнейшие покрытосеменные появляются в средних широтах
Северного и Южного полушарий 120–115 млн лет назад. В древнейших слоях,
относящихся к этому периоду, найдены пыльцевые зерна с дырчатым покровом и
другими признаками репродуктивной самонесовместимости, характерными для
покрытосеменных. Немного позднее к ним присоединяются крупномерные остатки:
листья, цветки, плоды, причем первые листья, как правило, очень мелкие, с
“дезорганизованным” сетчатым жилкованием, цветки невзрачные, собранные в
соцветия, плоды также мелкие, нередко снабженные хохолками или зацепками для
распространения животными.
Местонахождения древнейших покрытосеменных встречаются главным
образом в переходной полосе между тропической и умеренной зонами, которая в
меловом периоде находилась приблизительно вдоль параллелей 50° с.ш. и
40° ю.ш. При этом сходные события происходили одновременно в нескольких
регионах, т.е. существовало несколько крупных центров параллельного развития
цветковых растений. Среди них стоит особо выделить байкальско-гобийский центр. О
его существовании можно было догадываться по известным ранее единичным находкам
пыльцевых зерен и листьев в нижнемеловых отложениях верховьев реки Витим в
Забайкалье. Нам удалось значительно пополнить подобные находки в Забайкалье и
обнаружить новые местонахождения древнейших покрытосеменных в Западной Монголии.
Здесь впервые появляются травянистые формы, а также, судя по остаткам плодов,
растения с признаками семейства ореховых – одного из наиболее древних среди
современных покрытосеменных. Подобные плоды недавно обнаружены также в
нижнемеловых отложениях Махтеш-Рамона в Южном Израиле. Там они встречаются в
вулканических отложениях, что позволяет достаточно точно определить их возраст.
Таким образом, можно считать доказанным существование и ближневосточного центра
происхождения древнейших цветковых растений, причем, несмотря на географическую
удаленность, эволюционные события в обоих центрах развивались одновременно.
Еще более удивителен параллелизм ранней истории цветковых
растений на Азиатском и Австралийском континентах. На юге последнего (в штате
Виктория) был крупный независимый центр происхождения цветковых растений –
Кунварра. Наиболее примечательными оказались находки плодов с признаками
цератофилловых – обособленного по морфологическим и биохимическим признакам
современного семейства водных цветковых. При этом в одновозрастных отложениях
Забайкалья были найдены остатки цветковых, очень близкие морфологически
австралийским.
Примечательная особенность всех этих местонахождений состоит в
том, что они приурочены к отложениям древних рифтовых долин (рифт – зона растяжения земной коры,
где между двумя расходящимися плитами появляется трещина, из которой изливается
магма), расположенных как на территории Забайкалья и Монголии, так и в пустыне
Негев и на юге Австралии (бассейн Джиппсленд). По-видимому, древнейшие
покрытосеменные возникли в рифтовых долинах, по которым и происходило их
первоначальное расселение. Экологические условия в древних рифтах, вероятно,
характеризовались исключительно высоким биологическим разнообразием и
продуктивностью наземных и водных экосистем. Можно предположить, что вулканизм,
неоднородность геологического субстрата, геохимических и микроклиматических
условий создавали тенденцию к ускорению развития, которая отчетливо выражена у
примитивных покрытосеменных, и способствовали эволюционным новообразованиям.
Еще одним важным эволюционным фактором становления цветковых
растений было взаимодействие с животными, которые способствовали распространению
плодов и участвовали в опылении цветковых растений. Уже упоминавшиеся зацепки на
древнейших плодах свидетельствуют о распространении их млекопитающими, птицами,
а в случае водных форм, возможно, и личинками стрекоз и водных жуков. Нам
удалось обнаружить хорошо сохранившуюся пыльцу в желудках ископаемых насекомых
различного геологического возраста. Юрские кузнечиковые и близкие к ним формы –
крупные насекомые, достигавшие 15 см в размахе крыльев, – питались
преимущественно пыльцой Classopollis, у которой впервые развиваются сложные
проростковые структуры, характерные для цветковых. Это лишь первые конкретные
доказательства взаимодействия растений и насекомых в геологическом прошлом.
Дальнейшее накопление подобных данных может пролить свет на роль сопряженной
эволюции в становлении крупных групп растительного и животного мира.
Во всех изученных нами центрах происхождения древнейшим
покрытосеменным сопутствуют растения, которые формально не относятся к этой
группе, но обладают важнейшими характерными для нее признаками – листьями с
многопорядковым сетчатым жилкованием, пыльцевыми зернами с разнообразными
проростковыми щелями и порами, цветкоподобными и плодообразными структурами,
семенами, заключенными в купулы, которые аналогичны, а в ряде случаев, может
быть, и гомологичны завязи. Мы назвали такие растения проангиоспермами.
Признаки, свойственные покрытосеменным – настоящим ангиоспермам, – у них еще не
получили полного развития и к тому же проявляются разрозненно, не образуя
устойчивых сочетаний.
К проангиоспермам относятся недавно открытые вымершие формы
гнетовых. Сходство гнетовых с покрытосеменными (проявляющееся не только в
морфологических признаках, но и в развитии зародышевого мешка и оплодотворении,
предваряющем двойное оплодотворение покрытосеменных), разумеется, не ускользнуло
от внимания морфологов и в свое время даже послужило основой для “эфедровой”
теории происхождения цветковых. Однако высокая специализация современных форм
гнетовых, представленных тремя морфологически далеко разошедшимися родами, и
отсутствие каких-либо сведений о геологическом прошлом этой группы растений не
позволяли считать их возможными предками покрытосеменных. Для серьезного
исследования эволюционной роли гнетовых просто не было достаточных данных.

Изучение ископаемых гнетовых началось с открытия нового рода
– Eoantha – в нижнемеловых отложениях Забайкалья, где он встречается
вместе с древнейшими покрытосеменными. За этой находкой последовали новые,
свидетельствующие о заметной роли гнетовых в мезозойской растительности и их
значительном морфологическом разнообразии. Недавно нами изучен еще один новый
род гнетовых, обнаруженный в уже упоминавшемся австралийском нижнемеловом
местонахождении Кунварра, который близок современной эфедре. В тех же
растительных сообществах заметную роль играли и другие проангиоспермы. Так, в
Байсинском местонахождении Забайкалья кроме эоанты встречены своеобразные
околоводные растения Baisia, произошедшие от мезозойских бенниттитов. Их органы
размножения – купулы с пучками длинных волосков – напоминали семянки пушицы и
других осоковых. В местонахождении Махтеш-Рамон (Израиль) первым покрытосеменным
сопутствуют кейтониевые – еще одна широко распространенная группа
проангиоспермов.
Разнообразные проангиоспермы входили в состав одних и тех же
растительных сообществ и подвергались давлению одних и тех же факторов среды.
Некоторые из них оказались в эволюционном плане более перспективными, чем
другие. Однако нельзя утверждать, что лишь какая-то одна линия проангиоспермов
дала начало всем покрытосеменным. Мы можем констатировать лишь то, что признаки
различных групп покрытосеменных появляются не в одной, а в нескольких линиях
проангиоспермов. Так, у изученных нами чекановскиевых семена развивались в
двустворчатых купулах с краевыми рыльцевыми гребнями, характерными для наиболее
примитивных магнолиецветных. В то же время кейтониевые демонстрируют возможность
параллельного возникновения иного типа завязи с многочисленными базальными
семяпочками. Уже упоминавшаяся байсия имела купулы с единственной прямой
семяпочкой, развивавшейся на верхушке цветоложа, как у злаков и близких к ним
однодольных.
Одним из существенных достижений двух последних лет было
детальное морфологическое изучение Eoantha и родственных ей гнетофитов,
листья которых по внешней морфологии и анатомическим признакам соответствуют
листьям злаков. Принимая во внимание также существенное сходство репродуктивных
структур, можно теперь с известной долей уверенности говорить о филогенетической
близости гнетовых и злаков – самой важной для человека группой цветковых
растений.
Учитывая большое морфологическое разнообразие проангиоспермов и
то, что вегетативные и продуктивные структуры, которые могли быть прототипами
соответствующих структур разных групп цветковых растений, появились в разных
эволюционных линиях, нельзя утверждать, например, что злаки произошли от
магнолиевых или другой стволовой группы двудольных. Палеонтологическая летопись
свидетельствует о независимом происхождении основных эволюционных линий
покрытосеменных от разных проангиоспермов, которые, в свою очередь, происходят
от птеридоспермов, беннеттитов и других древних голосеменных. В генетическом
плане цветковые, таким образом, унаследовали значительную часть развивавшегося в
течение многих миллионов лет генофонда семенных растений. В этом основа их
исключительно высокого биологического разнообразия и больших эволюционных
потенций.
Словарь терминов
Беннеттиты – вымершая группа
семенных растений с однополыми или двуполыми шишками, характеризующимися
циклическим расположением частей и напоминающими
цветок. Гнетовые – группа семенных растений,
представленная в современной флоре тремя родами, для которых характерны
сосуды в древесине и свободноядерное развитие зародышевого мешка. По этим
признакам гнетовые близки к покрытосеменным. Кейтониевые
– вымершие мезозойские растения с сетчатым жилкованием листьев и семенами,
развивающимися в сферических купулах. Купула – открытое
или сомкнутое вместилище семян (семяпочек).
Чекановскиевые – вымершие древесные растения с
игольчатыми или лентовидными листьями и семяпочками в двустворчатых
купулах.
|