Когда на Земле возникли первые деревья? Какие звуки издавали леса, когда еще не существовало динозавров, птиц и даже насекомых? Этими вопросами занимается палеоботаник. Несмотря на то, что таких специалистов немного, в последнее время все чаще появляются новые сведения о древних растениях, и, соответственно, об облике Земли сотни миллионов лет назад.
В прошлом осенью заметным событием стало обнаружение окаменевшего пня в слоях кварцевого песка в Толмачевском карьере, расположенном на юге Ленинградской области. Возраст пня, относящегося к среднему девону, составляет приблизительно 385 миллионов лет. Это звучит невероятно, особенно если принимать во внимание, что, согласно мнению ученых, именно в этот период на Земле начали появляться первые деревья. Специалисты пока воздерживаются от окончательных заключений, дожидаясь результатов тщательного исследования находки. На данный момент удалось установить возраст горной породы, в которой был найден пень, но не самого дерева. Однако уже можно утверждать, что эта находка вызвала значительный интерес к палеоботанике и, возможно, впервые в жизни побудила некоторых людей задуматься: какими были первые деревья на Земле?
Как проходят палеоботанические исследования
С точки зрения наблюдателя, эволюция палеоботаники может выглядеть непоследовательной, поскольку одно открытие способно кардинально пересмотреть наше понимание прошлого. При этом значимость имеет не только обнаружение образца в слоях почвы, но и его последующее тщательное исследование и интеграция в общую научную картину.
Что подразумевается под термином «включение в систему»? Для формирования представления о биологическом организме необходимо установить, к какому виду, роду и классу он принадлежит, и определить его место в классификации живых существ. Однако процесс, начинающийся с обнаружения остатков живого организма и завершающийся определением его систематического положения, может оказаться длительным и трудоемким. Именно поэтому ученые не склонны к сенсациям. Об этом корреспонденту «Научной России» рассказал Сергей Михайлович Снигиревский, старший преподаватель кафедры осадочной геологии Института наук о Земле СПбГУ, ведущий научный сотрудник Ботанического музея БИН РАН, кандидат геолого-минералогических наук:
«Научные исследования требуют методичности. Без глубокого понимания природы организма можно допустить множество ошибок. Первоочередной задачей является изучение анатомического строения объекта, чтобы определить его характеристики. Вначале будут изготовлены препараты, позволяющие изучить анатомическое строение организма. Для этого требуются шлифы – это тонкие срезы, получаемые на специальном оборудовании. Благодаря им можно будет рассмотреть на просвет основные анатомические признаки организма».
При работе с древесными останками их сначала высушивают, а затем приступают к препарированию. Эта процедура позволяет изучить строение растения в целом и характеристики его компонентов. Для этого создается схема, на которой фиксируется анатомическое устройство отдельных органов и их взаимодействие. Как правило, от момента находки остатков растения до создания его реконструкции требуется не менее полугода.
Не грибы и не хвойные
Создается впечатление, что деревья существуют вечно, ведь в культуре лес часто символизирует нечто постоянное и незыблемое. Однако это не соответствует действительности: до появления современных видов жизни планета претерпела множество необычных эволюционных изменений. И научные исследования включали в себя немало загадочных открытий и предположений, направленных на раскрытие тайны происхождения первых деревьев.
При рассмотрении находки из Лужского района, изначально окаменелый пень был идентифицирован как гигантский прототаксит (или нематофит). В течение длительного времени предполагалось, что это один из потенциальных загадочных предков современных деревьев. Обломки стволов, достигающие нескольких метров в длину, были впервые найдены в Америке еще в XIX веке, и первоначально ученые приняли их за фрагменты разложившихся самых ранних хвойных растений – они также датировались девонским периодом. На иллюстрациях эти растения изображали как гигантские столбы, поднимающиеся над поверхностью земли и достигающие высоты до 9 метров. С течением времени подобные образцы были обнаружены и в других регионах мира, включая Ленинградскую область на территории России. Более детальное изучение срезов показало, что прототакситы имеют больше общего с грибами, а отсутствие корней и механических тканей исключало возможность их вертикального роста. Систематическое положение этих организмов до сих пор неясно, но наиболее вероятным представляется, что это были ползучие формы, похожие на грибы, которые обитали на берегах водоемов. Они значительно отличались от современных деревьев и грибов.
Несмотря на это, окаменелый палеопень с корнями был обнаружен в тех же среднедевонских слоях, где ранее находили только прототакситы. Это не опровергает представления палеоботаников о первых деревьях – образцы, которые сейчас относят к первым деревьям на Земле, действительно относятся к среднему девону – но заставляет пересмотреть предыдущие исследования, проведенные на территории Лужского района. Возможно, здесь располагался не просто скопление прототакситов, а настоящий лес?
Леса, которые еще не нашли
Ранее полагалось, что первыми растениями, формирующими леса, были археоптерисы. Это деревья позднего девона (возраст около 382–385 миллионов лет), достигавшие примерно 10 метров в высоту, с листьями, похожими на папоротников, и моноподиальным стволом. Моноподиальный ствол – это главная ось, которая растет непрерывно и всегда вертикально. В настоящее время такой тип ветвления встречается у хвойных деревьев.
Недавно стало известно, что первые леса возникли гораздо раньше, в среднем девоне. К такому заключению исследователи пришли в результате изучения древесных растений того периода. Анализ показал, что строение некоторых листьев не характерно для археоптерисов, а относится к другому виду деревьев. Помимо этого, в этих лесах были обнаружены образцы высотой до 2 метра, которые, очевидно, принадлежали растениям, существовавшим до археоптерисов. Все это позволило пересмотреть представления о времени появления первых деревьев.
Вопрос о том, что появилось раньше – дерево или лес, до сих пор не имеет однозначного ответа. Первые древесные растения еще не формировали лесные массивы и почвенный слой. Вероятно, это были отдельные деревья, однако утверждать это со стопроцентной уверенностью пока невозможно.
«Лес представляет собой совокупность растений древесного типа. Это можно установить по обилию пней или вертикально стоящих стволов, что указывает на наличие именно такого сообщества. В большинстве случаев, хотя и не всегда, они формируют почвенный слой. Наличие почвы свидетельствует о сформировавшемся, развитом лесном сообществе. Полноценные почвы стали создаваться растениями в среднем и позднем девоне. В этот период могли встречаться и одиночные деревья, однако возможно, что это просто ненайденные леса. Обнаружить лес непросто. На сегодняшний день во всем мире зафиксировано всего семь лесов девонского периода, — отмечает С.М. Снигиревский.
Молчаливые леса среднего девона
На данный момент ученые располагают информацией о семи девонских лесах, расположенных по всему миру. Что представляют собой эти лесные массивы?
Древнейший лес был обнаружен в морских отложениях, расположенных на территории современной Германии, в районе земли Северный Рейн — Вестфалия, вблизи коммуны Линдлар. Именно поэтому он получил название Линдларский лес. Возраст этого леса оценивается примерно в 390 миллионов лет. Линдларский лес формировался в основном из каламафитонов – вымерших растений, не имеющих сходства с современными видами. Их рост не превышал 4 метра, они характеризовались высоким полым стволом и округлой кроной, состоящей из бесстебельных побегов. Эти побеги представляли собой трубочки, не являющиеся листьями в современном понимании, но способные к фотосинтезу. Благодаря полому стволу они часто не выдерживали вес кроны, что приводило к опаданию ветвей и формированию плотного покрова. Еще два среднедевонских леса были найдены в Северной Америке, в долине реки Гудзон, на территории современного штата Нью-Йорк. Возраст этих лесов составляет 384–385 миллионов лет.
«Эти леса отличались крайне небольшими размерами и существенно не напоминали современные. В них отсутствовали насекомые и птицы, не было цветущих растений с насыщенным ароматом, ни одно животное не двигалось по кронам деревьев. Это был совершенно иной лес — ясный и безмолвный. Лишь листва, возможно, шелестела на ветру, а многоножки (членистоногие, существовавшие в тот период) ползали где-то в опавшей листве. Однако слой опавшей листвы был невелик, поскольку климат того времени был близок к экваториальному, и оледенений не происходило», — отмечает С.М. Снигиревский.
Изучение Линдларского леса началось еще в 1960-х годах, тогда как леса Нью-Йорка привлекли внимание ученых лишь недавно, в начале 2020-х годов. Другие окаменелые леса также были открыты совсем недавно. Речь идет о лесе Муниндален, расположенном в долине реки с таким же названием на Шпицбергене. Несмотря на то, что находки древних растений в этом регионе делались еще в первой половине XX века, лишь в 2015 году ученые смогли объявить об обнаружении там целого леса, основу которого составили протолепидодендроны — древние плауновидные растения. Также стоит упомянуть и лес Синьхан на юго-востоке Китая, возраст которого составляет около 358–359 миллионов лет. Подобно Муниндалену, этот лес преимущественно состоял из невысоких плауновидных растений.
Новые открытия на территории России
Современные успехи российской палеоботаники не ограничиваются лишь обнаружением палеопня в Ленинградской области. В текущем году исследователям удалось восстановить два леса, существовавших в позднем девоне.
Первый участок находится на реке Волонге, в северной части Тиманского кряжа, на территории Ненецкого автономного округа. Здесь первые остатки деревьев были замечены еще в 1940-х годах, а теперь удалось определить, какой это был лес. Его основу составляли археоптерисы, поразительно напоминающие современную сосну по строению ствола и типу ветвления. Листья, однако, уже были похожи на папоротник. Именно такой он представлен на зарисовке, сделанной после тщательного изучения образцов, найденных на Волонге: высокий ствол, разветвляющийся в верхней части и формирующий плотную крону.
Основы второго позднедевонского леса, обнаруженного на реке Цильме, расположенной на границе Республики Коми и Архангельской области, предстоит установить. Найденные остатки деревьев напоминают археоптерисы, однако уже прослеживаются различия в типе ветвления корней: в данном случае он дихотомический, а не моноподиальный, что означает, что точка роста разделяется и формирует две равноценные ветви. Примечательно, что данный тип ветвления относится к более ранним растениям и отсутствует у современных высших растений. В настоящее время его можно наблюдать, к примеру, у мха. Пока не ясно, принадлежат ли эти остатки другому виду археоптерисовых или же это совершенно иное растение. В любом случае, в России имеется значительный объем материала для палеоботанических исследований в ближайшие годы.
«В настоящее время я считаю приоритетной задачей изучение и воссоздание внешнего вида растительных сообществ, существовавших в геологическом прошлом. Это связано с тем, что растения формируют облик животного мира, сообществ животных и, в целом, биоценозов. Они создают среду обитания для живых организмов. Животные используют растения в качестве пищи, укрываются в их тени, используют листья в качестве подстилки, а дупла деревьев – как жилища. Все взаимосвязано с растениями», — подытожил С.М. Снигиревский.
Фото: flatart / фотобанк Freepik; nkphotograph1, nuevoimg, freerlaw, rouslan / фотобанк 123RF
Источники:
Снигиревский С. М., Снигиревская Н. С. Обнаружение окаменелых остатков древней флоры на Северо-Западе Русской платформы // Биосфера. 2016. №1.
Юрина А.Л. Первые леса девонского периода на Земле: возникновение, видовой состав растений, типы лесных экосистем и их географическое распространение // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. 2024, №1.
Снигиревский С., Любарова А., Глинский В., Пинахина Д. и Шеханов М. (2025) Две новые реконструкции деревьев Археоптерис: два различных рода или различные экологические формы? Биол. Комм. 70(1): 29–46.
Фонтанка.ру. Палеонтологи в Ленинградской области уже неделю проводят раскопки, в ходе которых обнаружен пень, которому 385 миллионов лет. Его возраст почти вдвое превышает возраст динозавров