Когда на суше появились первые растения: «молекулярные часы» против ископаемых. Когда на суше появились первые растения

Когда на суше появились первые растения: «молекулярные часы» против ископаемых

Ученые провели генетический анализ современных растений и установили, что их предки впервые освоили сушу намного раньше, чем считалось до сих пор.

Василий Макаров

22 февраля 2018 11:30

На протяжении сотен миллионов лет жизнь на Земле существовала исключительно в водной среде. Выход на сушу стал событием планетарного значения и навсегда изменил облик нашей планеты. Новое исследование предполагает, что первые растения совершили этот непростой эволюционный скачок намного раньше, чем считали ученые.

Молекулярные часы генетиков

Согласно новым исследованиям, опубликованным в Proceedings of the National Academy of Sciences, первые наземные растения нашей планеты появились примерно 500 миллионов лет назад. Это удивительная цифра, учитывая, что самые древние из найденных ископаемых растений насчитывают всего 420 миллионов лет. Исследователи из Университета Бристоля, которые проводили исследование, проанализировали гены живых организмов, а затем сопоставили полученные данные с тем, что узнали из «летописи» окаменелостей, что позволило пересмотреть срок появления растений на суше.

Ученые называют эту технологию «молекулярными часами» и обычно используют ее в тех случаях, когда ископаемых образцов слишком мало. Она заключается в том, что, согласно гипотезе, последовательности ДНК и белковые структуры развиваются со скоростью, которая относительно одинакова как во временном диапазоне, так и в биологическом, то есть даже у разных организмов изменения происходят примерно с одинаковой скоростью. Прямым следствием этого постоянства является то, что что генетическая разница между любыми двумя видами пропорциональна времени, прошедшему с того периода, когда эти виды отделились от общего предка. Поэтому, если гипотеза молекулярных часов верна, то она служит чрезвычайно полезным инструментом оценки эволюционных временных масштабов. Это имеет особое значение при изучении организмов, которые оставили мало следов своей биологической истории в летописи окаменелостей — к примеру, плоских червей или вирусов, у которых не было жесткого скелета.

«Предыдущие попытки смоделировать эти изменения в атмосфере основывались на анализе ископаемых, но наши исследования показывают, что возраст появления наземной растительной жизни был ошибочным, и поэтому старые модели необходимо пересмотреть»

В этом случае исследователи могут заключить, что первые растения планеты выглядели как мох или водоросли. Попав на сушу, они постепенно развивались в более сложные формы, образовав в итоге деревья, цветы и травы. Их активность привела к химическому выветриванию горных пород, важному элементу углеродного цикла, связанного с регулированием баланса атмосферы.

Ранняя флора Земли

Дженнифер Моррис (Jennifer Morris), ведущий автор нового исследования, объясняет, что глобальное распространение растений и их адаптация к жизни на суше привели к увеличению показателей континентального выветривания, что в конечном итоге привело к резкому снижению уровня CO2 в атмосфере и, как следствие, глобальному охлаждению.

Марк Паттик (Mark Puttick), соавтор исследования, указывает на то, что окаменелости не могут быть надежным источником, по которому можно определить дату появления наземных растений. Вместо этого команда провела сравнительный анализ генов различных видов, благодаря которому удалось отследить появление общих предков вглубь веков. «наши результаты показывают, что предок наземных растений жил в середине кембрийского периода (примерно 500 миллионов лет назад), что также совпадает с примерным сроком появления наземных животных». Поскольку генетическое древо ранних растений неизвестно, исследователи решили провести комплексный анализ. Но даже когда они проверяли различные гипотезы об отношениях между ранними наземными организмами, возраст их появления оставался неизменным.

Почему это важно? Чтобы узнать о том, когда и как зародилась жизнь, ученые должны иметь как можно более точное представление о характере окружающей среды и составе атмосферы молодой Земли. Впрочем, осталось подтвердить гипотезу фактами, лучше всего — поиском следов ископаемых растений означенного периода.

www.popmech.ru

Как шла Эволюция Растений, с начало образования жизни на нашей планете?

[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]

Эволюция растений

Эволюция растений была изучена по ископаемым остаткам древних растений и с помощью тщательного сравнения строения разных современных растений.

От жгутиконосцев произошли низшие одноклеточные – водоросли. В процессе эволюции одноклеточные водоросли, пройдя через этап колониальности, перешли к многоклеточным. Благодаря многоклеточности появилась специализация. Специализация – это превращение одинаковых частей в неодинаковые для выполнения различных функций. Например, у улотрикса все клетки одинаковые, потому что они выполняют одинаковые функции. У вольвокса одни клетки выполняют функцию питания и движения, а другие – только функцию размножения, поэтому они различаются по внешнему виду и строению. Водоросли не смогли выйти на сушу ввиду того, что их ткани легко отдают воду и, следовательно, быстро высыхают, а также в связи с тем, что для полового размножения им необходима водная среда.

Развитие водорослей характерно для архея, протерозоя, кембрика, ордовика. Зеленые водоросли возникли раньше других растений на Земле. Поэтому у них мы встречаем много разных способов полового размножения. На водорослях природа как бы испытывала его разные варианты. В дальнейшем эволюция растений шла в направлении ослабления функций гаметофита, что способствовало их выходу на сушу. Если водоросли появились примерно 1 млрд. лет назад, то первые наземные растения появились только 420 млн. лет назад. 580 млн. лет понадобилось растениям, чтобы перейти от водного к наземному образу жизни! Завоевание суши было длительным и трудным процессом, стоившим многих жертв растениям. Растения смогли жить на суше только после того, как у них появился эпидермис – специальная покровная ткань с толстыми клеточными стенками, пропитанными восковидным водонепроницаемым веществом (кутикулой) . На суше растениям пришлось самим поддерживать свое тело с помощью специальных механических тканей.

Поскольку элементы питания равномерно рассеяны в окружающей среде, растения в ходе эволюции постепенно потеряли подвижность и перешли к прикрепленному образу жизни. Они в течение всей жизни остаются на одном месте, а передвижение связано либо с размножением (гаметы, пыльца, споры) , либо с постепенным нарастанием органов (например, корней в почве) .

Первыми растениями, приспособившимися к жизни на суше, были ныне вымершие псилофиты (от греч. «псилос» – скудный, голый + «фитон» – растение) . Найдены ископаемые остатки некоторых псилофитов, и по ним был воссоздан внешний облик этих древних растений. Псилофиты были еще очень похожи на зеленых водорослей, от которых произошли. Их тело еще не было разделено на органы.

Мхи произошли от водорослей. Из споры образуется предросток, который имеет сходство с водорослью. Предросток развивается в мох – гаметофит, которому для копуляции гамет нужна вода. Для мхов характерно накопление воды в пазухах листьев. Образовавшаяся зигота развивается в спорофит, который не имеет самостоятельного значения, т. к. развивается на гаметофите. Спорофит засухоустойчив, что позволило мхам частично завоевать сушу.

otvet.mail.ru

Ученые выяснили, когда суша покрылась первыми растениями

«Появление растений на поверхности Земли радикально изменило ее климат и облик, многократно ускорив эрозию почвы и горных пород и резко уменьшив количество парниковых газов в атмосфере, что привело к похолоданию климата и прочим изменениям. Мы показали, что это произошло в середине кембрийского периода, в то же время, когда появились первые сухопутные животные», — рассказывает Дженнифер Моррис (Jennifer Morris) из Бристольского университета (Великобритания).

Как сегодня считают ученые, первые деревья появились в середине девонского периода, примерно 400 миллионов лет назад. Их появление резко изменило облик всей планеты, сделав ее «зеленой», заполнив ее атмосферу гигантским количеством кислорода, а также породив множество новых видов животных, в том числе сухопутных насекомых, и грибков, питающихся исключительно растительной биомассой.

То, как выглядели эти первые деревья, пока остается загадкой для палеонтологов – известно лишь небольшое число «окаменелых лесов», особого типа отложений этого времени, в которых сохранились полноценные стволы и корневые системы этих деревьев, оказавшиеся под землей благодаря извержениям пепла или лавы. Их изучение показывает, что это были очень причудливые объекты, у которых роль листьев исполняла особая фотосинтезирующая кора, а внешне они напоминали карликовые деревья современной тундры.

Относительно недавно ученые начали сомневаться в этой идее. К примеру, два года назад геологи нашли свидетельства того, что первые грибы появились на суше уже 440-460 миллионов лет назад, и они вряд ли могли бы существовать на суше сами по себе, без помощи растений или других источников органики, которой они должны были питаться.

Моррис и ее коллеги показали, что первые примитивные растения появились почти на 100 миллионов лет раньше, чем на то указывают окаменелости, объединив данные раскопок и генетическое древо эволюции самых примитивных растений, существующих сегодня на Земле.

Подобный подход, как объясняют ученые, позволяет ликвидировать главную проблему, которая раньше мешала и генетикам, и палеонтологам вычислить точное время появлений растений – отсутствие каких-либо данных по тому, какие именно представители флоры – сосудистые растения, печеночные или настоящие мхи — появились первыми на Земле.

Ни генетика, ни анализ окаменелостей не могут дать ответ на этот вопрос в одиночку – этому мешает небольшое число известных отпечатков древних растений, а сравнение ДНК говорит в пользу сразу всех трех вариантов происхождения флоры в зависимости от того, какие наборы примитивных растений сравнивали генетики.

Когда Моррис и ее коллеги объединили эти данные, им удалось получить неожиданный ответ на этот вопрос – первыми на Землю вышли мхи и их ближайшие родичи, что произошло примерно 514-506 миллионов лет назад. Первые сосудистые растения, к числу которых относятся все современные и древние деревья, появились на Земле около 440 миллионов лет назад, что примерно на 40 миллионов лет раньше, чем считалось ранее.

Подобные оценки, как объясняют исследователи, в корне меняют всю картину эволюции жизни на Земле. Во-первых, они говорят о том, что животные и растения покинули первичный океан Земли практически одновременно, а не поочередно, как считали палеонтологи раньше. Во-вторых, это открытие указывает на то, что масштабные изменения климата и его похолодание произошло не в каменноугольном периоде, в эпоху максимального процветания флоры, а гораздо раньше.

Все это, как считают Моррис и ее коллеги, следует учитывать при изучении того, как сухопутная флора и фауна влияли на эволюцию друг друга и как их взаимодействия могли приводить к массовым вымираниям и прочим катастрофическим событиям.

Источник: РИА НОВОСТИ

b-m.info