Первые растения на Земле появились не на суше, а в воде. Миллиарды лет океаны населяли цианобактерии — микроскопические организмы, которые насытили атмосферу кислородом и изменили облик планеты. Позже из воды вышли первые наземные растения: сначала они были крошечными и безлистными, но со временем эволюционировали в деревья, кустарники, цветы и травы. Рассказываем, как это происходило и какие растения были самыми первыми.
Цианобактерии — первые фотосинтезирующие организмы. Появились 3,4-2,9 млрд лет назад. Насытили атмосферу кислородом.
Эукариотические водоросли сформировались около 2 млрд лет назад. Стали предками всех современных растений.
Первые наземные растения возникли около 470 млн лет назад. Были мелкими, без корней и листьев, росли по берегам водоемов.
Риниофиты (псилофиты) появились 443-419 млн лет назад. Первые сосудистые растения с проводящими тканями и кутикулой.
Гигантские плауны, хвощи и папоротники господствовали 360-300 млн лет назад. Их остатки образовали залежи каменного угля.
Голосеменные (хвойные, саговники, гинкго) появились в конце девона. Это первые семенные растения. Их размножение перестало зависеть от воды.
Покрытосеменные (цветковые) появились около 130 млн лет назад. Стали доминирующей группой растений, освоили опыление насекомыми.
Какие растения появились первыми на планете
Вопрос о том, какие организмы считать первыми растениями, зависит от того, как широко трактовать само понятие «растение». Если понимать его в самом широком смысле — как фотосинтезирующие организмы, то первыми были цианобактерии.
Цианобактерии — первые фотосинтезирующие организмы
Около 3,4-2,9 млрд лет назад от других бактерий отделилась линия, давшая начало цианобактериям, которые еще называют сине-зелеными «водорослями». Именно они первыми освоили кислородный фотосинтез — процесс, в котором вода выступает донором электронов, а побочным продуктом выделяется кислород. До этого атмосфера Земли была бескислородной.
Цианобактерии изменили планету. Их колонии строили строматолиты — слоистые известковые структуры, которые до сих пор встречаются в некоторых уголках океана (например, у берегов Австралии). Эти «первые плантации» на дне древних океанов существовали уже 3,5 млрд лет назад. Выделяемый цианобактериями кислород окислял растворенное в воде железо, которое выпадало в осадок, формируя мощные слои железистых кварцитов (так называемые полосчатые железные формации). Это событие, известное как Великая кислородная катастрофа (около 2,4 млрд лет назад), радикально изменило химию океана и атмосферы, создав условия для развития аэробных организмов.
Первые эукариотические водоросли
Позже, в результате эндосимбиоза — поглощения цианобактерии более крупной клеткой — появились эукариотические водоросли. Их клетки уже имели ядро, а хлоропласты были «внуками» тех самых цианобактерий. Зеленые, красные и другие группы водорослей сформировали основу морского фитопланктона и дали начало всем современным фотосинтезирующим линиям, включая предков наземных растений.
Первые наземные растения (эмбриофиты)
Самые древние надежные следы наземных растений — это споры с прочной оболочкой из спорополленина. Они обнаружены в среднеордовикских породах возрастом около 470 млн лет. Сами растения, которые их оставили, были небольшими по размеру и простыми по строению.
Эти первые наземные растения (эмбриофиты) еще не имели настоящих корней, листьев и древесины. Их тельце (таллом) прижималось к влажной поверхности почвы, а воду и минеральные соли они всасывали всей поверхностью. По строению они напоминали современных печеночников (Marchantiophyta). Воду и питание им помогали добывать грибы, с которыми они вступали в симбиоз (микориза). Размножались эти растения спорами.
Первые сосудистые растения, такие как риниофиты (устаревшее название — псилофиты) и куксония, появились позже — в силуре (около 443—419 млн лет назад). У Cooksonia были простые разветвленные стебельки без листьев, на концах которых созревали спорангии со спорами. У них уже появились примитивные покровные ткани (кутикула) и проводящие ткани, что позволило им распространяться на суше.
Как проходила эволюция растений после появления самых первых
Эволюция растений — это история усложнения, появления новых органов и способов размножения, позволявших все дальше уходить от воды и осваивать разнообразные среды.
Около 2 млрд лет назад в океанах появились эукариотические водоросли. Сначала они были одноклеточными, но постепенно возникали многоклеточные формы — нитевидные, а затем и пластинчатые. Среди них были предки современных харовых водорослей. Именно эта группа обладала ключевыми чертами, которые в будущем позволили их потомкам выйти на сушу: способностью синтезировать кутикулу — восковой слой, защищающий от высыхания, и особым типом клеточного деления.
Около 470 млн лет назад произошел переход к жизни на суше. Выход из воды потребовал целого ряда новшеств: появления защитной кутикулы, пор (позже превратившихся в устьица) для газообмена, зачатков проводящих тканей. Вероятно, уже тогда у первых наземных растений сложился симбиоз с грибами (микориза), помогавший извлекать минеральные вещества из бедных первичных почв.
Первые наземные растения (риниофиты, мохообразные) не поднимались высоко над землей. Они создавали сплошные зеленые «ковры» во влажных местах. Эти ковры ускоряли выветривание горных пород и формирование почвы, а также активно поглощали углекислый газ, влияя на климат.
В силуре и девоне (440-360 млн лет назад) появляются настоящие сосудистые растения — с развитой ксилемой и флоэмой (проводящими тканями).Такое строение позволило им подниматься вверх.
В эту эпоху формируются группы примитивных плаунов, хвощевидных и папоротников. К середине девона уже существовали растения с настоящими корнями и листьями, способные образовывать первые лесоподобные сообщества. Одним из первых деревьев был археоптерис — он вырастал до 30 метров в высоту.
В каменноугольном периоде (360-300 млн лет назад) наступила эпоха гигантских споровых растений. Леса из древних плауновидных (лепидодендроны до 40 метров высотой, сигиллярии), хвощевидных (каламиты) и древовидных папоротников покрывали обширные пространства. Их остатки, накапливаясь в болотах, превратились в мощные залежи каменного угля. Эти леса резко изменили атмосферу, снизив концентрацию углекислого газа и подняв уровень кислорода до рекордных значений.
Главный недостаток споровых растений — зависимость размножения от воды. Сперматозоиды могли добраться до яйцеклеток только в водной среде. Семенные растения решили эту проблему. Первые семена появились у папоротников в конце девона. Семя защищало зародыш и снабжало его питательными веществами, а опыление происходило ветром.
В мезозое (250-66 млн лет назад) голосеменные (хвойные, саговниковидные, гинкго) стали доминирующей группой наземных растений. Саговниковидные, например, были столь же распространены, как современные пальмы.
В меловом периоде (около 130 млн лет назад) появляются первые цветковые растения (покрытосеменные). Ключевые инновации — цветок и плод. Цветок привлекал насекомых, делая опыление более эффективным. Двойное оплодотворение давало начало питательной ткани под названием эндосперм, что улучшало снабжение зародыша. Плод защищал семена и способствовал их распространению.
К концу мелового периода цветковые стали доминировать в большинстве экосистем, а к сегодняшнему дню они составляют основную массу растительного мира — от трав до деревьев.
Вопросы и ответы
Ответили на вопросы о первых растениях на Земле.
Первые растения возникли в воде или на суше?
Сначала все фотосинтезирующие организмы жили в воде. Наземные растения (эмбриофиты) появились намного позже — около 470 млн лет назад. Они произошли от зеленых водорослей.
Почему переход растений на сушу был таким важным?
Это событие запустило формирование почв, изменило состав атмосферы (увеличило содержание кислорода, снизило уровень углекислого газа), создало условия для выхода на сушу животных и сформировало сложные наземные экосистемы.
Есть ли сегодня живые «ископаемые», похожие на древнейшие растения?
Да. Мохообразные (мхи, печеночники) сохранили многие черты первых наземных растений. Среди плаунов и хвощей есть виды, близкие к палеозойским формам. Гинкго двулопастное и саговники — живые ископаемые среди голосеменных, существующие почти без изменений миллионы лет.
