На суше обитает значительно больше разных видов, чем в океане. Но так было не всегда. Рост контраста наземных животных и растений связан с одной группой организмов, а непосредственно — c покрытосеменными, бурное развитие которых началось примерно 110 миллионов лет назад. Процветание же покрытосеменных стало возможным благодаря усовершенствованию их строения, а конкретно — развитию у их очень разветвленной
На суше обитает значительно больше разных видов, чем в океане. Но так было не всегда. Рост контраста наземных животных и растений связан с одной группой организмов, а непосредственно — c покрытосеменными, бурное развитие которых началось примерно 110 миллионов лет назад. Процветание же покрытосеменных стало возможным благодаря усовершенствованию их строения, а конкретно — развитию у их очень разветвленной системы проводящих пучков (жилок), количество которых на единицу площади листа в несколько раз больше, чем у каких-либо других представителей сосудистых растений.
Число видов животных и растений, обитающих на Земле, измеряется миллионами, а по другим оценкам — даже десятками миллионов. Но если мы сравним видовое богатство океана и суши, то найдем, что на суше оно существенно выше: из каждых 10 известных наук видов организмов, девять — сухопутные. Это различие выявляется и при сравнении похожих по площади участков тропического леса и коралловых рифов — сообществ, обычно рассматриваемых как примеры особо высокого видового контраста. В тропическом лесу на одном гектаре можно найти 475 видов деревьев и более 25 000 видов насекомых. На одном же гектаре коралловых рифов — максимум 300 видов коралловых полипов, 600 видов рыб и около 200 видов водорослей.
Бедность видами океана относительно суши кажется сногсшибательной — как никак океан занимает 2/3 поверхности планеты. Не считая того, в течение очень долгого времени жизнь только в аква среде и была. Выход же организмов на сушу произошел по меркам геологической истории не так издавна. Время, «отпущенное» на видообразование наземным организмам, существенно меньше того, что имелось в распоряжении обитателей морей. Более того, даже когда суша была уже стопроцентно освоена жизнью, например в Девонском периоде, 400 миллионов лет назад, по богатству видов она существенно уступала океану.
Когда же и почему суша стала обгонять водную среду обитания по многообразию видов? Этот вопрос задали себе два исследователя из Калифорнийского института в Дэвисе (University of California, Davis, США) — Ричард Гросберг (Richard Grosberg) и Гират Вермей (Geerat Vermeij). В своем докладе, сделанном на заседании «Общества интегративной и сравнительной биологии» (The Society for Integrative and Comparative Biology), они направили внимание на то, что резкий рост числа видов наземных организмов произошел примерно 110 миллионов лет назад, когда на суше началась очень быстрая эволюция покрытосеменных (цветковых) растений. Насыщенное видообразование происходило при всем этом не только среди самих растений, ну и в ряде групп других организмов, тесно с ними связанных, поначалу — грибов, также многих животные. Среди последних — и опылители, и распространители семян, и спец фитофаги (другими словами потребители строго одно или всего нескольких видов растений).
Лист папоротника Polypodium formosanum, лежащий на фоне листа цветкового растения — бомерии Boehmeria nivea из семейства крапивных. Отлично видна система редких жилок на листе папоротника в сравнении с очень густой сетью жилок цветкового растения. Рисунок со страницы Кевина Бойса на сайте Чикагского института
Начавшийся 110 миллионов лет назад резкий рост контраста покрытосеменных привел к тому, что в этой группе появилось много редких видов, представленных популяциями из особей, рассеянных по большой местности. Успешное их существование все таки стало возможным благодаря тому, что пыльцу и семена находили и переносили спец переносчики. Следует узреть, что сейчас армия животных-опылителей (поначалу, насекомых) насчитывает более 200 тысяч видов. Перемещения в воздушной среде как самих организмов, так и их гамет могут происходить быстро и на большие расстояния. Так же быстро и довольно далеко распространяются запахи, привлекающие опылителей, а нередко и половых партнеров (многие насекомые вырабатывают для этого особенные вещества — половые аттрактанты, или феромоны). В воде же, как узрели Гросберг и Вермей, перенос гамет (половых клеток), оплодотворенных яиц и личинок на большие расстояния очень затруднен поначалу из-за большой вязкости среды.
Вобщем, на то, что необычно высокое богатство наземных животных связано поначалу с высшими растениями, уже не раз указывали ранее и другие создатели (см.: Почему в тропическом лесу так много видов насекомых? видов насекомых?, «Элементы», 06.09.2006). Гросберг и Вермей пошли несколько дальше и поставили вопрос о том, что непосредственно позволило высшим растениям стать такими эффективными завоевателями суши. Подсказкой для ответа им, по их своим словам, стала размещенная в прошедшем году статья Кевина Бойса (C. Kevin Boyce) и его коллег из Чикагского института (Иллинойс, США).
В этой работе на широком материале, включающим данные как по ископаемым, так и по современным видам, показано, что у покрытосеменных уже на ранних шагах их эволюции быстро нарастала оснащенность листьев сосудистыми пучками (жилками). Если у старенькых покрытосеменных, также у представителей других сосудистых растений (например, папоротников и голосеменных) средняя плотность жилкования (общая длина жилок, приходящаяся на единицу площади листа) составляла всего около 2 мм на один квадратный мм листа, то у современных покрытосеменных она в среднем около 8 мм на 1 мм2, а время от времени доходит до 25 мм! Более развитая система сосудистых пучков обеспечивает более эффективное снабжение листьев водой и элементами минерального питания, также увеличивает интенсивность транспирации (испарения воды самим растением). Соответственно, растения сильнее втягивают воду и растут еще быстрее. Не считая того, благодаря усиленной транспирации около крон поддерживается влажный локальный климат, облегчающий существования многих растений, ну и животных.
Хотя коралловые рифы и называют «тропическими лесами» океана, они всё же уступают богатством видами. Вверху — коралловые рифы в Красном море. Внизу — тропический лес на полуострове Самуи в Таиланде. Фото с сайтов commons.wikimedia.org (создатель Миша Рогов) и www.kohsamui.org
Таким образом, колоссальное видовое богатство наземных организмов определяется фактически только одной группой, а непосредственно покрытосеменными растениями, а еще в главном — тесно связанными с ними насекомыми. К огорчению, в обсуждаемых работах не ставится стопроцентно естественный вопрос: почему же завоевание суши покрытосеменными способствовало неслыханному росту видового контраста насекомых? По-видимому, здесь сыграли свою роль два происшествия.
Во-1-х, покрытосеменные растения — это сложные геометрические образования, часто с фрактальной структурой и с большой суммарной площадью поверхности стволов, ветвей и листьев. Реальное физическое место, в каком могут существовать и есть насекомые, во много раз (на порядки величин) превосходит ту площадь поверхности земли, на которой эти растения произрастают (к тому же разные виды насекомых могут жить на верхней и нижней стороне листа).
Во-2-х, все растения защищаются от насекомых-фитофагов, вырабатывая видоспецифичные вторичные метаболиты (см.: Secondary metabolite). Как в свое время справедливо увидел много работавший в тропиках американский эколог Дэниел Джанзен (Daniel Janzen, 1978), «мир растений совершенно не окрашен в зеленый цвет, он окрашен в морфин, кофеин, танин, фенол, терпен, канаванин, латекс, фитогемагглютинин, щавелевую кислоту, сапонин и Л-допу... («the plant world is not colored green; it is colored morphine, caffeine, tannin, phenol, terpene, canavanine, latex, phytohemagglutinin, oxalic acid, saponin, and L-dopa...»). Богатство средств хим защиты растений порождает богатство насекомых, в процессе эволюции которых были выработаны способы преодолевать эту защиту.
Алексей Гиляров
Похожие статьи:
