Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Биология»Содержание №20/2007

БОТАНИКА

Н.Ю. ФЕОКТИСТОВА

Ева мира цветковых

Проблема происхождения цветковых растений – самой разнообразной группы растений на Земле – мучила еще Чарлза Дарвина, который даже назвал ее «отвратительной тайной». Откуда они взялись, если у них нет явных эволюционных предшественников? Как они сумели стать такими, какие есть, столь явно отличаясь от «примитивных» мхов, папоротников и хвойных? Более 100 лет прошло с тех пор, как Ч.Дарвин озадачился вопросом происхождения цветковых растений, но и до сих пор проблемы происхождения и эволюции покрытосеменных остаются неразрешенными. Это связано главным образом с отсутствием убедительного ископаемого материала. По современным данным, считается, что возникли покрытосеменные в начале мелового периода, около 125 млн лет назад, и уже в его середине благодаря своей высокой эволюционной пластичности распространились за несколько миллионов лет по всему земному шару, заняв доминирующее положение в растительном мире. Первыми цветковыми растениями могли быть деревья с вечнозелеными листьями и обоеполыми цветками, собранными в примитивные соцветия. Но и травянистые формы появились, как до сих пор считали ученые, еще на заре эволюции покрытосеменных растений.

Archaefructus sinensis

Archaefructus sinensis

Относительно недавно, в 1997 г., исследователь У.Фридман (W.Friedman) получил, казалось бы, некоторые ответы на вопросы эволюции и происхождения цветковых растений, изучая «живое ископаемое» амбореллу волосистоножковую (Amborella trichopoda), произрастающую на островах Новой Каледонии в Тихом океане и отличающуюся целым рядом примитивных признаков в строении – в первую очередь, отсутствием сосудов. Водопроводящую систему у амбореллы, как и у голосеменных растений, образуют клетки-трахеиды. Используя методы микроскопии, Фридман установил, что зародышевый мешок амбореллы, в котором образуется яйцеклетка, имеет отличное от прочих цветковых растений количество клеток. Причем структура клеток, из которых формируется яйцеклетка, напоминает аналогичные клетки других образующих семя растений – хвойных, а не цветковых. Эта, гораздо более важная, чем строение проводящей системы, особенность позволяет уже с уверенностью считать амбореллу пресловутым «недостающим звеном».

Никакие другие цветковые растения с подобными признаками в современной мировой флоре не известны. Амборелла волосистоножковая выделена в отдельное ботаническое семейство амборелловых (Amborellaceae) и является его единственным представителем. Может быть, это совершенно уникальный вид, некий каприз эволюции? Однако в геологических отложениях обнаружены отпечатки пыльцы, весьма похожей на пыльцу амбореллы. Так что, скорее всего, это растение – реликт, единственный сохранившийся до настоящего времени представитель древней, ныне полностью вымершей, группы.

Амборелла – вечнозеленый кустарник высотой до 8 м с перистонеравными листьями. Цветки амбореллы находятся в пазушных соцветиях, однополые. Околоцветник состоит из 5–8 лепестков, тычинки широкие, плодоножки с двумя широкими выростами, плодики – костянки. Произрастает амборелла, как уже сказано, только на острове Новая Каледония, в тропических лесах которого, кстати, сохранилось довольно много растений с примитивными признаками.

Цветки Amborella trichopoda

Цветки Amborella trichopoda

После молекулярно-генетического анализа ам-бореллы и сравнения подобных данных по растениям из множества других семейств было построено эволюционное древо цветковых растений, представленное на рисунке. Амборелла оказалась формой, ближе всего примыкающей к голосеменным, так сказать, «Евой» цветковых.

Первая буква слова Amborella и первые буквы названий четырех других примитивных групп покрытосеменных растений составляют слово ANITA – акроним, который ученые стали использовать для обозначения совокупности признаков, присущих наиболее близким к переходным – от голосеменных к цветковым – формам.

Итак, первая буква в слове ANITA – «А», семей-ство амборелловых. Следующим за ним на филогенетическом древе оказывается порядок нимфейных (Nymphaeales), представленный водными растениями (в том числе известными нам кувшинками), которые расселены по водоемам всего мира. Далее следует порядок Austrobaileyales (Австробэйлиевые) с семействами бадьяновых, или иллициевых (Illiciales), тримениевых (Trimeniaceae) и собственно австробэйлиевых (Austrobaileyaceae).

Семейство бадьяновых имеет довольно своеобразное распространение. Растения этой группы встречаются как в Старом Свете (Северо-Восточная Индия, Бирма, страны Восточной и Юго-Восточной Азии), так и в Новом Свете (юго-восток Северной Америки от Флориды до Луизианы и Восточная Мексика). Подобный ареал напоминает ареалы примитивных родов Магнолия, Тюльпанное дерево и некоторых других. Наибольшее число видов бадьяна сосредоточено в Китае. Там же растет бадьян настоящий, или звездчатый (Illicium verum), который называют еще анисом звездчатым, или анисом китайским. Плоды этого дерева употребляются как пряность в кулинарии и ликеро-водочном производсве, т.к., подобно анису, содержат вещество анетол.

Следующая буква в красивом слове АNITA – «T» – принадлежит тримениевыем. В это семейство входит 9 видов растений, часть которых распространенна на островах Сулавеси, Молуккских, Маркиз-ских, Фиджи, Самоа, на Новой Гвинее и в Новой Каледонии. Два вида обитают только на Новой Гвинее и в Восточной Австралии.

Семейство австробэйлиевых, давшее слову АNITA последнюю букву «А», включает всего два вида вечнозеленых лазающих кустарников, родиной которых является Северо-Восточный Квинсленд (Австралия). У этих растений очень примитивные мелкие цветки, издающие отвратительный запах гниющей рыбы, который привлекает опыляющих эти растения мух.

Ни один из членов реликтовых групп ANITA сам по себе не может продемонстрировать нам, как могли выглядеть самые первые цветы на Земле, но все вместе они помогают составить об этом определенное представление. Каждый из видов этой группы, эволюционируя самостоятельно и приобретая в ходе эволюции свои специфические особенности, сохранил и какие-то черты, присущие предковым формам. Основываясь на особенностях, общих для всех цветков ANITA, можно предположить, что самые первые цветки, скорее всего, росли на кустарниках, располагались на стеблях спирально, были мелкими, содержащими по 8–10 лепестков и столько же тычинок и пестиков. Цветки имели запах и привлекали различных насекомых: жуков, пчел и мух, которые в те далекие времена уже обитали на нашей планете.

Схема филогенетических отношений между основными группами цветковых растений на основании анализа ряда признаков. Чем ближе расположены соответствующие группам «ветви» к группе голосеменных, тем больше примитивных черт присуще этим растениям. Русские названия приведены только для отдельных, широко известных, порядков

Схема филогенетических отношений между основными группами цветковых растений на основании анализа ряда признаков. Чем ближе расположены соответствующие группам «ветви» к группе голосеменных, тем больше примитивных черт присуще этим растениям. Русские названия приведены только для отдельных, широко известных, порядков

Все это выглядело весьма убедительно, но в 2000 г. мир палеоботаников потрясла новая сенсация – находка на северо-востоке Китая, в провинции Ляонин, ископаемого цветкового растения. Открытие было сделано палеоботаником Цянь Цзи из Геологического института Китайской Академии наук в Пекине. Отлично сохранившийся полный (от корней до цветков) каменный отпечаток позволил очень точно описать обнаруженное растение, возраст которого был оценен примерно в 125 млн лет – как раз столько, сколько, предположительно, существуют на Земле цветковые растения. Archaefructus sinensis – так назвали новый вид – был травянистым растением высотой около 25 см. Его цветок содержал попарно расположенные тычинки и простой пестик. Ни лепестков, ни чашелистиков у цветка не было.

«Архефрукт» обнаружен в донных отложениях давно исчезнувшего озера и был водным растением, что подтверждается присутствием в содержащей его породе остатков древних рыб. Кроме того, на отпечатке видны следы, оставленные своеобразными поплавками, которые позволяли растению удерживаться на поверхности воды.

Если Archaefructus sinensis – наиболее древнее из известных нам цветковых растений, то представления о первом цветке придется пересматривать. Например, у всех растений ANITA, как уже сказано, цветок имеет лепестки, хотя и в небольшом количестве. Однако ученые не спешат изменять акроним ANITA на A-ANITA. Предки ANITA, передавшие часть своих признаков нынеживущим потомкам, могли иметь более древнее происхождение, чем

Archaefructus. Ведь и само время возникновения покрытосеменных пока оценивается только предположительно. А особенности «архефрукта» могли быть связаны, например, с водным образом жизни.

Группа ANITA – это своеобразная коллекция «первых» ветвей эволюционного древа покрытосеменных. Группа эта имеет для ботаников такое же значение, как, например, человекообразные обезьяны для антропологов и психологов. Ее изучение дает ключ к пониманию того, как и почему цветковые стали наиболее успешными растительными организмами на Земле. А как в действительности выглядел самый первый цветок – об этом пока остается только гадать.

По материалам журналов:

  • Природа, 2002, № 11.

  • Nature Australia, 2002–2003, V. 27. № 7.

  • Science, 2002, V. 296. № 5569.

 

Рейтинг@Mail.ru