В последние годы в интернете появилось достаточно много информации о датировке наиболее ранних находок представителей тех или иных родов покрытосемянных растений. Ученые изБИН РАН им. Комарова, Шереметьев С.Н. и Гамалей Ю.В., выявили корреляцию между климатом геологических эпох, в которых возникли растения, и структурно-функциональными свойствами этих растений.

Было рассмотрено 14 родов, возраст которых известен из палеоботанической летописи: кровохлёбка, валериана, горошек, полынь, василистник, лапчатка, сусак, осока, зюзник, канареечник, горец, частуха, стрелолист, ежеголовник.

Для каждого из перечисленных родов ныне живущих растений были рассчитаны средние значения характеристик, связанных с водным обменом, таких как интенсивность транспирации (испарение воды растением ), объем межклетников, содержание воды в листьях, дефицит водного насыщения (вероятно, имеется в виду количество влаги, необходимое для полного насыщения листа). Высокие значения первых трех характеристик свидетельствуют о доступности воды для растения, значительная величина последней характеристики, напротив, указывает на нехватку воды.

При сравнении перечисленных характеристик родов растений с гидрологическим режимом геологического времени возникновения этих родов была замечена четкая корреляция: одни травы, более требовательные к наличию воды, сформировались в позднем мелу – эоцене (80-40 млн. лет назад) в областях относительно влажного умеренно теплого и умеренно прохладного климата; другие травы, способные переносить аридные, т.е. засушливые, условия, начали зарождаться с олигоцена-миоцена (около 30 млн. лет назад) – при снижении количества осадков и уменьшении концентрации СО₂ в воздухе.

В начале своего развития травянистые сообщества существовали под пологом леса и только позже, в миоцене, травы начали самостоятельно завоевывать сушу, образуя собственные фитоценозы. Окончательное становление обеих групп трав пришлось тоже на эпоху миоцена, которая характеризовалась сильными колебаниями температуры и мозаичной дифференциацией климата. Первая, влаголюбивая, группа трав приступила к освоению зоны холодных открытых пространств и приобрела приспособительные к таким условиям признаки:С₃-фотосинтез(самый распространенный тип фотосинтеза, функционирующий при нормальной влажности) и апопластный, по межклеточным пространствам идущий, отток продуктов фотосинтеза из листьев. (Обычно отток синтезированных питательных веществ проходит симпластно – через сами клетки растения и плазмодесмы - мостики, их соединяющие. Но холодные температуры нарушают функционирование плазмодесм.) Вторая, засухоустойчивая, группа трав, адаптировавшаяся к недостатку воды и избытку тепла, «предпочла» С₄-фотосинтез, происходящий при нехватке СО₂ (в жаркое дневное времяустьица таких растений закрыты - чтобы через них не испарялась влага, но через эти же закрытые устьица не может поступать в листья углекислый газ) и симпластный отток продуктов фотосинтеза.

Так разные механизмы позволили травам холодных и жарких равнин приспособиться к условиям их произрастания: первая группа трав решила проблему обеспечения оттока продуктов фотосинтеза в холодных температурных условиях, при которых симпластный транспорт затруднен, а вторая – научилась экономить углекислоту для фотосинтеза в жарких условиях, когда устьица закрыты.

Авторы данной статьи считают, что «физиологически эти механизмы представляются несовместимыми, альтернативными», соответственно «таксономически группы двудольных трав, освоивших условия холодных и жарких равнин, разобщены» (следует иметь в виду, что из 14 родов, рассматриваемых в статье, далеко не все относятся к двудольным). Перечисленные признаки полагаются устойчивыми для каждого таксона.

Однако за миллионы лет микрозональный климат земли, несомненно, менялся. Что же было делать растениям в случаях изменения климата? Если предположить, что «сложившиеся» аборигенные таксоны не способны эволюционировать при изменении климата в данном месте, то они должны перемещаться по планете вслед за оптимальными для них климатическими условиями. В статье предложен один из путей миграции таксонов травянистых растений – через межзональную сеть пойменных лугов, т.к. «экологическая емкость пойм очень высока, … а устойчивость таких пойменных сообществ невысока», что «дает шанс вселенцу на какое-то время задержаться в их составе, возможно, для дальнейшего продвижения по такой пойменной сети». Как по железной дороге.

Таким образом, по мнению исследователей, современное разнообразие растений объясняется их приспособлением к климату эпохи становления таксона (рода). Способ организации структурно-функциональных признаков пластичен только на ранних этапах филогенеза. Затем признаки (родов) складываются в некую равновесную систему, после чего адаптогенез  завершается, и таксон становится окончательно сформированным. Такой завершивший свое формирование таксон консервативен и не трансформируется даже при изменениях условий обитания. В свою очередь консервативность признаков таксонов объясняет подвижность ареалов растений при изменениях климата.

Весь комплекс признаков: транспирация, объем межклетников, содержание воды в листьях, дефицит водного насыщения, тип фотосинтеза, способ транспортировки продуктов фотосинтеза, а также организация клеток мезофилла (основной внутренней ткани листьев) – стабилен для рода. Если все же под давлением меняющейся окружающей среды внутри таксона появляются растения с качественно новыми признаками, то они становятся новым таксоном, отличным от первоначального даже по молекулярно-генетическим данным.

По статье:
С.Н. Шереметьев, Ю.В. Гамалей 
Тренды экологической эволюции трав

Том 70, 2009. № 6, Ноябрь-декабрь, Стр. 459–483

Источник