Цветковые растения окружают нас повсюду. Мы видим их на газонах и клумбах, держим в горшках у окна, едим и носиим в одежде. Другие отделы растений кажутся при этом скромными. Приматы, в том числе люди, не смогли бы появиться без «цветковой революции» — появления этих успешных растений. Однако когда и где распустился первый цветок на Земле? Эта тайна беспокоит биологов с времён Дарвина. Naked Science разбирается с новыми находками, которые приближают ответ на «проклятый вопрос» палеонтологии.
Все живые существа на планете классифицируют биологи. классификациейРаспределяют по «полочкам» и целым «шкафам» с такими полочками. Во-первых, выделяют самые крупные систематические группы — домены, которых всего три и которые принципиально различаются организацией клетки. Это бактерии, археи и эукариоты (ядерные) — к последним относят все традиционно выделяемые царства природы: протисты (простейшие), грибы, растения и животные.
Царства делятся на все более мелкие таксоны. У животных это типы: членистоногие, моллюски, хордовые (включая позвоночных) и еще около тридцати. У высших растений вместо типов отделы — мхи, папоротникообразные, голосеменные и цветковые. В этом ряду отчетливо выделяются последние, также называемые «покрытосеменными». Angiospermae).
Цветущий отдел
Цветковые растения превосходят соперников во всех аспектах. По оценкам, существует Примерно триста тысяч видов покрытосеменных составляют девяносто процентов всех высших растений. Водоросли, которых раньше называли «низшими растениями», уступают им по численности. Хотя и преобладают в водных, особенно морских экосистемах.
Цветковые растения удивляют рекордной скоростью эволюции, обширным распространением, максимально эффективными адаптациями и ещё многим.
Кроме того, при половом размножении у цветковых растений (в отличие от остальных живых организмов) … существВо время оплодотворения происходит два процесса. Один спермий соединяется с яйцеклеткой, а другой — с центральной клеткой зародышевого мешка. Это формирует зародыш и эндосперм с тройным набором хромосом, который служит запасом питания для молодого растения.
Эндосперм семени и плод — это особый способ заботы цветковых растений о своих потомках, который существенно увеличивает их шансы на выживание.
Цветковые растения нашли удачное решение в тесном сотрудничестве с животными, особенно насекомыми. Выбрав симбиоз с фауной, растения обеспечили себе эффективное опыление цветков, более целесообразное, чем распространение пыльцы воздушным потоком.
В это время птицы, млекопитающие и другие животные начали разносить плоды и семена далеко от родительского растения. Мутуалистический симбиоз с цветковыми повлиял на растения и животных, живущих рядом с ними.
Явление насыщенных, ярких и по-всякому привлекательных плодов имело ещё одно важное следствие. Впоследствии оно привело к появлению группы специализированных фруктоядных животных – приматов. выделился род Homo, в том числе человек разумный.
Цветковые растения представлены не только множеством системных групп – видами, родами, семействами и порядками, но и разнообразными формами жизни. Ряска. вольфия В пределах миллиметра, метровые дубы, подводные водоросли, целый лес- суперорганизм Из клонирующихся тополей растут бесчисленные вьющиеся растения с разнообразными цветами и плодами.
Все это – представители одного отдела, цветковых растений, и, скорее всего, произошли от одного общего предка. подтверждают генетические исследования.
Что же являл собой тот самый «протоцветок»? Длительное время считали, что он появился в начале мелового периода — на это указывали надежные палеонтологические находки. До мела цветков не находили, а затем началось их победоносное распространение по планете, продолжающееся и сегодня.
Дарвин, Гете и другие истории
Внезапное появление и стремительный триумф цветковых растений тревожили уже Чарльза Дарвина и его современников. У «натуралиста номер один» были несколько неудобных вопросов, которые наверняка не давали ему покоя по ночам. При жизни Дарвин не смог найти на них ответы.
Скажем, «кошмар ДженкинаПредполагаемое неизбежное смешение ценных генетических данных при свободной гибридизации. Было решено в начале XX века из-за обнаружения генов (удельный наследственный фактор) и синтетической теории эволюции (СТЭ).
Отсутствие известных окаменелостей в породах конца докембрия, непосредственно под богатыми живностью кембрийскими, было отмечено ранее. С 1970-х годов палеонтологи обнаружили множество эдиакарских остатков. Необходимо было лишь искать не там и иначе. докембрийские организмы не имели скелетов.
Наконец, «отвратительное загадка эволюции». назвал В послании другу, ботанику Джозефу Хукеру, говорится о быстром, по нашему мнению, развитии всех вышестоящих растений (цветковых). NSС тех пор, как прошло почти полтора века, эта загадка сохранилась.
Возникновение большого количества разнообразных цветковых растений из неизвестного источника и неясное представление о причинах этого происходят одновременно, вызывая недоумение. предке. Хотя это наверняка было голосеменноеПолучив семена, растение применило способ хранения их в завязях пестиков. Природа самой идеи таких специальных преобразований для размножения — цветов и плодов — остается загадкой.
Ботаника — одна из древнейших наук. В течение веков, изучая органы растений, биологи делали предположения о их происхождении: либо в ходе эволюции (филогенеза), либо в ходе индивидуального развития (онтогенеза). Одним из первых вложил свой вклад в этот вопрос неожиданный Иоганн Вольфганг. ГетеГёте, автор трагедии «Фауст».
Гете внес вклад в многие области естествознания. В работе 1790 года «Опыт объяснения метаморфоза растений» автор, основываясь на морфологии (понятие, которое ввёл сам Гете), вывел разные органы растений из листа.
Гете полагал, что изменение листьев позволяет им превращаться в другие части растения, такие как лепестки, тычинки и пестики, составляющие цветок. Сам цветок Гете считал видоизмененным побегом, у которого листья претерпели значительные трансформации.
Идея получила развитие в виде эвантовой гипотезы (от eu-, в переводе «хороший, настоящий» и anthos — цветок). Она предполагает, что первый цветок был обоеполым, вытянутым вдоль своей оси и имевший множество одинаковых частей.
Гипотеза предполагает постепенное упрощение цветка с потерей «лишних» компонентов. С самого начала он был приспособлен к энтомофильности, опылению насекомыми. Примерно такие крупные и яркие цветки… магнолий и их родственников (Magnoliaceae).
Эволюционная теория связывает первые цветковые растения с отрядом Беннетитaле. Это древние растения, близкие к современным . саговниковBennettitity процветали в мезозое, но к его концу полностью вымерли. Окаменелости беннеттитов сохранили их необычные сложные стробилы (шишки), которые были обоеполыми и, по-видимому, даже использовались для опыления насекомыми.
Эвантова гипотеза вызывала возражения псевдантовой, или сборного цветка. Последняя считала первичными раздельнополыми и ветроопыляемыми половыми органами, собранными в скопления на одном побеге. В свою очередь, эвантовская теория предполагала превращение этого побега в единый крупный цветок, части которого образовались из исходных мелких. Тычинки — остатки одних органов, пестики — других, лепестки — третьих и так далее.
По мнению некоторых ученых, самые первые цветковые растения напоминали современные казуариновые. CasuarinaceaeРастения с цветками, собранными в шишкообразные соцветия, напоминают некоторые голосеменные, например эфедру или гнетум. Характерны раздельнополые стробилы (типа соцветий) и нечто вроде околоцветника.
В конце 1930-х годов возникла телесная гипотеза, которая углубилась в изучение проблемы, вспомнив самые первые наземные растения — . риниофитыСтруктура состояла из осей, которые ветвились надвое. На концах располагаются теломы, а в основании вставочные оси — мезомы. Теломная гипотеза рассматривает все органы растений — включая цветок — как результат уплощения, срастания, редукции и других метаморфоз теломов.
Кто тут самый древний?
Конфликты между гипотезами привели к поиску самого древнего цветкового растения, которое бы отражало предка всего отдела Angiospermae. В этом контексте следует упомянуть помимо магнолий и казуарин несколько других видов, например дегенерию. Degeneria sp. — небольшое дерево с островов Фиджи.
Имя, означающее «дегенеративное», ей вполне подходит, хотя в действительности оно произошло от фамилии учёного Отто Дегенера. дегенерии Цветочки весьма примитивны и необычны: тычинки лишены нитей и напоминают листья. В развитии пестиков наблюдается уникальный процесс, а края плодолистиков, где находятся яйцеклетки, в отличие от других цветковых растений, никогда не смыкаются.
Крайне архаичной считают амбореллу волосистоножковую (Amborella trichopodaЭто уникальное по своему виду, семейству и порядку вечнозеленое дерево — эндемик Новой Каледонии.
Цветки амбореллы очень маленькие (от четырех до восьми миллиметров), с окраской зеленовато-желтого цвета. Растения раздельнополые и имеют невзрачный околоцветник из листочков, расположенных по спирали. В мужских цветках множество широких тычинок, в женских — несколько не срастающихся плодолистиков. Чаще всего хранилища яйцеклеток объединяются в завязь пестика. Опыляют амбореллу скорее всего насекомые, точнее жуки.
Далее, тритхурия Trithuria sp. Это очень мелкие водные растения, напоминающие мхи, близкие по происхождению другим цветковым, обитающим в воде (как кувшинки и кабомбы). Небольшое количество видов тритхурии обнаружено в Австралии, Индии и Новой Зеландии. Цветки у неё словно вывернуты наизнанку — множество упрощённых тычинок окружает пестики (в обычном цветке наоборот).
Возможно, это вовсе не настоящий цветок, а упрощённый вариант, составленный из отдельных контейнеров для половых клеток. Потому тритхурия тоже претендует на звание самых древних цветковых растений, напоминая своих предков.
Поиск прародителя цветков среди современных растений затруднен. Во-первых, вывод одних современных видов из других (например, человека от человекообразных обезьян) бессмысленен. Во-вторых, такие построения кажутся логичными и убедительными, но основаны только на предположениях и поиске подходящих фактов. Из этого можно спорить десятилетиями без достижения согласия.
В таких ситуациях помогают методы молекулярной биологии. эволюцииСоздатели «генеалогий» по геномам построили точную и малоизменяемую систему цветковых растений, отражающую их родство и эволюцию. нашлось Среди современных голосеменных отсутствуют родственники отдела цветковых.
Ясно, что «отвратительную тайну эволюции» нельзя раскрыть лишь на основе поверхностных рассуждений. словам Один из палеоботаников утверждает, что пока не появится машина времени или не будет обнаружена червоточина, единственным достоверным источником сведений о растительности прошлого останутся ископаемые.
Китай — родина цветков!
Остатки древних организмов, сохранившиеся в горных породах, служат убедительным доказательством биологической эволюции. Фоссилии Красноречиво рассказывается о внешнем виде вымерших животных, грибов, растений и прочих. Кроме того, породы оснащены «изотопными часами», что позволяет точно определить время их существования.
Палеонтология стала причиной «отвратительной таинственности» покрытосеменных. Ясно, что в экосистемах суши к концу мелового периода преобладали покрытосеменные (и могли способствовать вымиранию динозавров), а к середине периода заметны среди окаменелостей. Впервые появились в начале мела. Во многих цветковых того времени легко узнать современные роды растений — знакомые нам буки, дубы, клены, магнолии и другие.
Из глубины мезозойской эры берут начало настоящие корни цветковых растений. Возможно, ещё глубже… Достичь их оказалось непросто, однако на рубеже XX и XXI веков находки и статьи появлялись массово. Удивительно, что большинство «протоцветков» происходят из Китая.
В 1998 году миру представили архефрукт — «древнейший плод». Archaefructus sp.Это был водный растительный организм высотой примерно полметра. У него были обоеполые цветки с очень длинной осью, но без лепестков и околоцветника. То есть красивой яркой части, которая не участвует в опылении. Нашли также окаменелости… плоды Архефрукт с семенами внутри. Растение напоминало кувшинку и её родственников, которые ведут близкий образ жизни и считаются одними из древнейших цветковых.
Датировка пород сперва показала, что Archaefructus Растение просуществовало 150 миллионов лет, ещё в юрском периоде. Это стало настоящим открытием. Потом выяснилось, что оно всё же на 25 миллионов лет моложе и относится к раннему мелу. Сама находка архефрукта вызвала много споров и сомнений касательно его систематического положения. Не ясно было, является ли это «пока ещё» голосеменное или причудливой побочной ветвью цветковых растений, а не их общего предка.
Палеонтологи всё ещё искали правду. В 2015 году китайские учёные совершили новую находку. Euanthus panii. В интернете иногда встречается ошибочное «Euanthus paniigenК названию присовокупили начало латинской фразы «gen. et sp. nov.» (новый род и вид). Эвант уже обладал типичным цветком со всеми частями на своих местах (включая семязачатки, где созревают яйцеклетки) и рос более 162 миллионов лет назад, то есть в середине юрского периода.
Возникло много сомнений относительно местности, где были обнаружены окаменелости, и их возраста. Сам цветок также вызвал разногласия среди палеоботаников: не все согласны с утверждением авторов о том, что он является «явным и совершенно типичным».
В 2018 году китайские учёные представили своё открытие, которое можно считать более совершенным. описали Назвали по имени южной столицы Китая. Nanjinganthus dendrostylaВпечатляет своеобразное строение пестика на реконструкции цветка, которого нет у современных цветов. Возраст нанкинанта также поражает – 174 миллиона лет, что соответствует раннему юрскому периоду.
Несмотря на большое число экземпляров N. dendrostyla Открытие древней находки возрастом более двух сотен миллионов лет и достоверной информации о породе вызвала серьёзную критику. Многие специалисты не согласились с запутанной реконструкцией и назвали обнаруженное просто шишкой необычного голосеменного растения.
В 2022 году в истории появился Florigerminis jurassica В Китае обнаружен флоригерминис моложе нанкинанта. Возраст его составляет 164 миллиона лет. Растение сохранило стебель с окаменевшими бутонами и плодами в разных стадиях развития. Это было крошечное растение — всего четыре сантиметра высотой, а бутон был еще меньше миллиметра.
В 2023 году китайские учёные-палеонтологи снова представили миру находку — древнее растение с очень сложным именем. Qingganninginfructus formosaУченым не потребовалось искать новые ископаемые, поскольку растение, описанное в 1998 году как голосеменное, было пересмотрено вновь.
На сей раз с помощью компьютерной микротомографии у Qingganninginfructus Рассмотрели многочисленные плоды, напоминающие крылатки клена — своеобразные «вертолетики» с лопастями, помогающими вращаться и улететь подальше от родительского растения.
Цветы палеозоя
Некоторые специалисты, в частности Синь Ван из Нанкинского института геологии и палеонтологии, совместно с коллегами высказывают предположение о значительно большей древности. цветковыхЦветки эти возникли в палеозойскую эру, а именно в пермский период. вымирание В земной летописи — на рубеже палеозоя и мезозоя.
Синь Ван внес вклад в ряд палеоботанических открытий. В некоторых вопросах исследователь отличается от коллег, например, по поводу ранней юры… шмейсснерию (SchmeissneriaНекоторые считают, что цветок — это растительное существо. Другие полагают, что это близкий к гинкго родник.
Что являлись, предположительно, цветковыми растениями Пермского периода? Тайюаньётаксия. Taiyuanostachya sp.В статье, опубликованной в 2023 году в журнале невысокого статуса, описано растение с одновременно покрытыми семязачатками и семенами. Такие признаки характерны для цветковых растений. По окаменелости судят о том, что оно жило в начале перми — более 270 миллионов лет назад.
И уже в нынешнем 2025 году неугомонный Синь Ван описал еще и юйчжоуа (Yuzhoua juvenilisРастение обнаружено в породах раннего пермского периода и помимо покрытого семязачатка имело над ним «привлекательного вида столбик», то есть центральную часть пестика. Авторы статьи считают, что у голосеменных такого не может быть.
Подведём итог хаосу последних лет с очередными «теперь уже точно настоящими первыми цветками». Ситуация развивается динамично, и мы наверняка ещё услышим о новых древних цветковых с уникальными чертами. Возможно, многие из них вновь найдут в Китае. Время покажет, какие из находок стоящие, вероятно, нанкинант. Qingganninginfructus Другие наверняка окончательно убедят сообщество палеонтологов.
Тем не менее остается вопрос о том, насколько эти самые древние из известных цветковых относятся к самым древним вообщеМожно ли считать этих растений прародителями всего великолепия покрытосеменных на современной Земле? Возможно, в руки ученых попадут отдельные специализированные группы или «тупиковые» ветки на их родословной.
Цветковые растения могли оказаться гораздо более древними, чем считается. В таком случае палеонтологам потребуется найти объяснение их длительного отсутствия перед быстрым и радикальным преобразованием наземных экосистем.
Ситуация располагает к осторожному оптимизму. Возможен скорый разгадать «отвратительной тайны эволюции», сформулированной Дарвиным, и её признание как одного из великих достижений биологии.
