Как росли первые деревья на Земле

Девонский лес.

Леса из гигантских папоротникообразных деревьев некогда покрывали всю Землю. Особенная весьма парадоксальная стратегия роста позволяла деревьям из группы класидоксилеевых достигать громадных размеров: их древесные волокна буквально разрывало из-за собственного роста. К такому выводу пришла интернациональная группа ученых из Кардиффа, Нью-Йорка и Нанкина. Результаты исследования были опубликованы 23 октября 2017 года в сборнике PNAS, а позже – в журнале The Scientist.

Во время девонского периода, приблизительно от 420 млн до 359 млн лет назад, биология наземных растений была уже достаточно сложной. В девоне эволюционировали первые корневые растения, и к концу периода леса из древовидных папоротников заполнили всю наземную окружающую среду. Они поглощали огромное количество окиси углерода из воздуха, и этим снижали глобальную температуру, создавали совершенно новый вид экосистемы.

Окаменелости первых деревьев кладоксилопсид (cladoxylopsidае) из группы класидоксилеевых, можно встретить в таких местах, как ископаемый лес Гилбоа, что находится в горах Катскилл в северной части штата Нью-Йорк. Здесь окаменевшие пни диаметром до 2 метров дают посетителям некоторое представление о том, как выглядела Земля еще до появления динозавров. Даже искушенным палеоботаникам древесные останки кладоксилопсид оставляют широкий простор для воображения.

«Нельзя сказать, что девонским деревьям не хватало древесины. Чего мы никак не могли объяснить – это как лесные деревья могли поддерживать такой размер»,- говорит Крис Берри, палеоботаник из Кардиффского университета (Великобритания). Он совместно с Уильямом Штейном, палеоботаником из Бингемтонского университета (Нью-Йорк), потратили 10 лет, изучая cladoxylopsidае. «Мы долгое время распиливали эти огромные каменные пни из Гилбоа на кусочки и абсолютно ничего не обнаружили», - говорит Крис.

В 2012 году Хонг Хи Сюй, потсдокторант Берри, а в настоящее время доктор из Нанкинского института геологии и палеонтологии, обнаружил 15-сантиметровый в диаметре пень кладоксилопсида на северо-западе Китая, недалеко от границы с Казахстаном. Этот образец был классифицирован как новый вид класидоксилеевых Xinicaulis lignescens. Древесные структуры ископаемого, пролежавшего миллионы лет в скале, были минерализованы, и отлично сохранились. Д-р Хонг Хи доставил образец в Кардифф. Там исследователи разрезали его на тонкие слои, отполировали и протравили плавиковой кислотой.

Пока в Кардиффском университете шла работа над этим ископаемым образцом, д-р Хонг Хи вернулся в Китай для работы на том же участке раскопок. В 2015 году там нашли еще один кладоксилопсид, диаметром в 70 см. «Этот образец весит около тонны», – говорит Берри - «Он настолько большой, что им пришлось привлекать палеонтологов, специализировавшихся на откапывании динозавров. Только так можно было вырыть эту штуку и доставить ее в Накин. Сравнение двух ископаемых кладоксилопсид позволило нам понять, как эти растения развивались от маленького древесного папоротника до гигантского дерева».

Процесс роста cladoxylopsidae и создаваемая им структура оказались весьма интересными. Ксилема, то есть, древесные волокна, транспортирующие воду и питательные вещества по стволу, располагалась трубками во внешней части ствола. Эти трубки соединялись друг с другом горизонтальными сосудами. Мягкие ткани заполняли промежутки между сетью волокон. Когда деревья росли вширь и в высоту, ксилема медленно разрывалась, чтобы приспособиться к расширению. Затем она снова срасталась. Сердцевины деревьев были пустыми.

Подобная архитектура позволяла деревьям поддерживать собственный вес по мере расширения. Но при этом возникало то, что Штейн называет «структурным сбоем»: вес, давящий на основание дерева, заставлял ствол деформироваться. Нижняя часть становилась значительно шире, чем остальной ствол. Так и возникли эти громадные древесные камни из Гилбоа.

«Типичное современное дерево наращивает древесину вокруг внешней части ствола: на нем нарастает одно годовое кольцо за другим. Мы предполагали, что строение ранних деревьев будет самым элементарным. Но, очевидно, с ними происходило нечто очень сложное», - говорит Берри.

«Наконец, мы знаем, как они росли», - говорит Кирилл Престианни, палеоботаник Королевского бельгийского института естественных наук, непосредственно не участвовавший в исследовании, - «Это очень впечатляет, ведь cladoxylopsidае – весьма важная группа в истории палеонтологии и палеоботаники в целом. … Деревья из Гилбоа - это первые и наиболее известные из ископаемых деревьев. Предлагалось много объяснений их феноменального роста. А это объяснение действительно превосходно».

Филипп Герриенне, палеоботаник из Льежского университета (Бельгия) в прошлом сотрудничал с К. Берри. В данном исследовании он не участвовал, но называет его «блестящей иллюстрацией того, как были устроены и росли самые ранние деревья». Он прогнозирует, что открытие Хонг Хи, Берри и Штейна «будет стимулировать другие исследования ископаемых растений, чтобы найти ответ на решающий вопрос палеоботаники: «Почему некоторые растения стали деревьями?». … Очевидно, быть деревом гораздо легче, чем травой. Деревья больше и сильнее. Их жизнь намного длиннее, но она далеко не проста. Накопление достаточного количества органического вещества для поддержки роста – это большая проблема. Мы так и не знаем точно, почему некоторые растения выбрали эту рискованную и энергозатратную эволюционную стратегию и предпочли стать деревьями».

Поделиться с друзьями: