Чтение онлайн

Около 430 млн лет назад, судя по разнообразию ископаемых спор по всей планете, произошел заметный сдвиг в наземной растительности. В течение следующих 30 млн лет споры печеночника встречаются гораздо реже, зато распространяются разнообразные виды мхов и простейших сосудистых растений. В породах этого периода в Шотландии, Боливии, Китае и Австралии встречаются древнейшие окаменелости собственно растений – отпечатки лишайников и других предков современных сосудистых растений (с внутренним «водопроводом», т. е. сетью наполненных водой канальцев). Не имея развитой корневой системы, эти короткие, приземистые растения тоже тяготели к низменным, сырым местам.

Окаменелостей со временем становилось все больше по мере распространения и укрепления растительности. Около 400 млн лет назад примитивные сосудистые растения начали постепенно разрастаться, покрывая некогда бесплодные участки суши по всему земному шару. Они выглядели как тонкие, безлиственные, миниатюрные кустики с зеленоватыми стеблями и веточками, которые поднимались на несколько сантиметров над почвой. Их корни уже достаточно глубоко проникали даже в каменистый грунт, удерживая растение как надежный якорь, а сеть капилляров подавала воду к верхним частям растения. Несмотря на важную роль, которую они сыграли в распространении жизни на планете, эти растения довольно долго держались на вторых ролях, уступая первенство известности трилобитам и динозаврам. Животным, хищникам и жертвам присущ более динамичный образ жизни, а также большее разнообразие форм и поведения – они больше похожи на нас. К тому же ископаемые растения представлены в основном фрагментарно – обычно в виде отдельного листа или стебля, кусочка коры или древесины. Растениям не хватает, по выражению Кевина Бойса, палеоботаника из Университета Чикаго, «завершенности двухстворчатых моллюсков», тем не менее они могут рассказать удивительные истории.

Впервые я встретился с Кевином в 2000 г., когда он, будучи перспективным, полным энтузиазма аспирантом в Гарварде, работал у Энди Ноула и уже тогда подумывал о том, как извлечь побольше информации из древнейших ископаемых растений. Ненасытный читатель и одаренный писатель, Кевин любил сочинять рассказы – он из тех ученых, кто может рассказывать увлекательнейшие истории о растениях. Но для новых рассказов о древнейших земных растениях ему требовались дополнительные данные о растительных окаменелостях. Энди направил Кевина в Геофизическую лабораторию для освоения техники микроанализа элементов, изотопов и молекул – техники, никогда до тех пор не применявшейся в систематическом исследовании ископаемых растений.

Предметом нашего первого совместного исследования стали хорошо сохранившиеся ископаемые образцы, возрастом 400 млн лет, кремнистых сланцев Райни близ деревни Райни в графстве Абердин, Шотландия. Райниевой растительности повезло: она избежала гниения, поскольку ее окружали горячие источники, пропитывая минерализованной водой ее ткани, герметически запечатывая и частично заполняя капиллярную сеть мелкозернистым кремнеземом. Столетие назад геологи обнаружили в каменной ограде вокруг деревушки Райни булыжники кремнистого сланца. Только после основательных изысканий удалось найти небольшой участок коренного кремнистого сланца и начать раскопки. Кремнистый сланец Райни остается ценным и редким материалом, но Кевин Бойс получил в Гарварде доступ к старой коллекции образцов величиной с кулак, а также укрепленных на стеклянной подставке тонких, полированных, прозрачных срезов, в которых можно было до мельчайших деталей рассмотреть под микроскопом анатомию окаменелых растений. В этих окаменелостях запечатлелись фрагменты причудливого ландшафта, знакомого и чуждого одновременно, покрытого стебельчатыми растениями, с зелеными стеблями, но без листьев.

Несколько десятилетий назад попытки извлечь информацию из райниевых окаменелых растений можно было назвать поистине героическими. Требовалось приготовить сотни тончайших срезов, чтобы получить из каждого двумерное изображение сложного трехмерного объекта. Представьте себе любимый цветок, заключенный в твердую непрозрачную эпоксидную массу, и попытайтесь мысленно восстановить форму цветка, расчленив эту массу на плоские срезы, а затем заново собрав срезы в целый цветок. Именно это и приходилось проделывать когда-то палеоботаникам с образцами из Райни. В результате были восстановлены странные, длинные и тонкие безлиственные растения – предки зеленого покрова Земли.

Кевин Бойс решил еще раз поехать в Райни, чтобы собрать больше данных о древнейшей флоре Земли. Он намеревался разрезать образцы и отполировать срезы райниевых окаменелостей размером и формой примерно с 25-центовую монету. Мы использовали электронный зонд – прибор, показывающий расположение химических элементов в отполированных срезах, похожих на наши образцы сланцев, хорошо знакомый минералогам, но редко применяемый палеонтологами. Мы надеялись выяснить, сохранились ли в образцах какие-нибудь частицы растительных тканей. Загвоздка состояла в том, чтобы настроить электронный зонд на распознавание углерода, столь распространенного в жизни, но редко присутствующего в породах. К нашей радости, райниевые образцы изобиловали углеродом, к тому же в виде легких изотопов, что неопровержимо свидетельствовало о его биологическом происхождении. Следы углерода отчетливо обрисовывали трубчатые структуры, свойственные древним сосудистым растениям. Наша первая статья, описывающая клеточный уровень ископаемых растений из Райни, включая их причудливые стебли и споры, была опубликована в журнале «Труды Национальной академии естественных наук» в 2001 г.

Следующим шагом Кевина была попытка извлечь биомолекулярную информацию из образцов ископаемых растений. Не удастся ли нам получить молекулярные данные из растительных тканей? Кевин Бойс сконцентрировал внимание на таинственном древовидном организме под названием прототаксит, высотой около 8 м, который 400 млн лет назад был самым крупным из известных на Земле растений. Окаменелые остатки этого организма представляют собой загадку, поскольку их клеточный состав отличается от существовавших в то время более мелких растений. В отличие от них «стволы» прототаксита состояли из причудливо переплетенных трубчатых структур. Вместе с моими коллегами по Геофизической лаборатории Мерилин Фогель и Джорджем Коди Бойс сумел извлечь и исследовать молекулярные фрагменты нескольких образцов прототаксита – они резко отличались от других ископаемых растений. Бойс пришел к парадоксальному выводу: прототаксит был гигантским грибом, возможно, самой крупной поганкой в истории Земли.

Исследования Кевина Бойса подтвердили выводы специалистов по палеоботанике. Четыреста миллионов лет назад земной ландшафт был покрыт зеленой растительностью, совершенно чуждой современному миру. Чахлые, стебельчатые растения обитали на суше по соседству с гигантскими древовидными грибами в компании с мелкими насекомыми и паукообразными животными.

Человек вполне мог выжить на Земле 400 млн лет назад. На планете было достаточно воды и кислорода. Растения и насекомые вполне годились в пищу. Укрытием могли служить шляпки гигантских прототакситов. Но окружающий ландшафт показался бы совершенно чужеродным. У растений были зеленые стволы и ветви, но не было листьев.

Действительно, на создание первых крошечных листочков – ловушек энергии понадобились еще десятки миллионов лет эволюционной борьбы растений за солнечную энергию. Самое высокое растение с самыми крупными листьями обладало преимуществом – и в этом направлении развивались веерообразные папоротники, разветвленные кроны и могучие древесные стволы. Около 360 млн лет назад на планете возникли леса – совершенно новый вид наземной экосистемы. Впервые в истории земная суша покрылась изумрудной зеленью.

И опять вспомним основную идею – горные породы развивались в единстве с новой, зеленеющей жизнью. Стремительное распространение растений на суше, в том числе гигантских деревьев, имело серьезные минералогические последствия. Климатическое выветривание наземных пород, включая базальты, граниты и известняки, сопровождалось развитием корневой системы деревьев и их быстрым биохимическим распадом. В результате возникали, углубляясь и распространяясь все шире, почвы, богатые глинистыми минералами, органической материей и целыми армиями микроорганизмов, которые, в свою очередь, обеспечивали плодородную среду обитания для роста все более крупных деревьев и грибов.

Корневые системы, скрытые под землей, стремительно эволюционировали. Одним из самых важных факторов стали новые симбиотические отношения между корнями растений и разветвленными грибницами, называемыми микоризой. Это удивительное звено эволюции повлияло на многие из существующих по сей день видов растительности; на самом деле некоторые растения плохо развиваются на почвах, где отсутствуют грибные споры. Микоризные грибы эффективно извлекают фосфаты и другие питательные вещества из почвы и передают их растениям, которые, в свою очередь, регулярно снабжают грибы глюкозой и другими углеводами. Эту конструкцию нелегко представить, но на самом деле переплетение корней и нитей грибниц под землей часто намного превосходит по размерам наземную часть дерева, видимую глазом.