Ученые-палеоботаники, изучающие ископаемые растения далеких геологических эпох, имеют дело с разрозненными частями растения: листьями, соцветиями и соплодиями, фрагментами древесины. По ним восстанавливается облик древней флоры и растительности и составляется представление о климатах прошлого.
Фото: Коммерсантъ / Майя Жинкина / купить фото
Ископаемые растения в зависимости от условий фоссилизации (окаменения) могут быть представлены отпечатками органов на породе, несущими лишь в разной степени информативные сведения об общей морфологии остатка, могут иметь фитолеймы — углистые пленки, которые после определенных воздействий химикатами дополняют знания об анатомии, также остатки могут быть мумифицированы, и тогда имеется возможность получить более полные сведения об объемном строении объекта. Остатки листьев древних растений встречаются в палеонтологической летописи чаще других фитофоссилий.
Определить, к какой группе растений относится тот или иной ископаемый остаток, часто помогает знание особенностей морфологии и анатомии современных растений. В случае с листьями палеоботаникам приходится учитывать возможную изменчивость их признаков, которая характерна для многих таксонов. Это знание помогает понять, относятся ли листья к одному или же к разным видам растений и сделать правильный вывод о разнообразии ископаемой флоры. Одной из важнейших особенностей оценки таксономического веса признака является определение степени его вариабельности, представление об амплитуде его варьирования на разных стадиях развития листа и при различных параметрах климата, в котором существует растение.
Микроклиматические условия в разных участках кроны дерева (центральная и периферическая части) отличаются по степени освещенности, нагрева, воздействия воздушных потоков. Кроме этого листья разных высотных ярусов кроны находятся в неодинаковых условиях водоснабжения ввиду того, что поступление воды в верхние ярусы затруднено в связи с необходимостью преодоления растением силы тяжести. Существующие горизонтальный и вертикальный градиенты экологических факторов определяют разнообразие макроморфологических и микроструктурных признаков листьев в кроне древесного растения.
Исследования комплекса признаков морфологии и анатомии листьев, полученных из разных зон хорошо развитой кроны платана, для которого характерны как лопастные, так и цельные листья, позволили составить «карту» кроны. Как оказалось, лопастные листья с различно развитыми лопастями, цельным или зубчатым краем приурочены в основном к периферии и центру кроны, в то время как асимметричные листья с лопастью, формирующейся только с одной стороны, располагаются преимущественно внутри кроны, а цельные листья предпочитают исключительно глубинные участки. Кроме этого листья внутри кроны, испытывающие дефицит света, имеют более вытянутые листовые пластинки с относительно более мелкими зубцами края, и, наоборот, более широкие пластинки с более крупными зубцами встречаются у листьев, расположенных на периферии кроны, в ее более освещенных участках. Существенные отличия «световых» и «теневых» листьев обнаружены и при изучении их анатомических и физиологических показателей. В частности, в строении их покровных тканей наблюдаются как количественные (число устьиц и волосков на единицу площади, размеры клеток), так и качественные (толщина и особенности кутикулы, форма стенок клеток) отличия.
Многие из указанных особенностей «световых» и «теневых» листьев были известны ранее, однако не было понятно, насколько общий характер они могут носить. В связи с этим были проведены аналогичные исследования крон деревьев из других систематических групп, в частности, ликвидамбара, а также вечнозеленых дубов, с различной морфологией листьев. В отличие от платановых, листья с этих деревьев не были столько разнообразны по форме и другим внешним признакам, и тем интереснее было понять, есть ли какая-то закономерность в их распределении в кронах. Полученные результаты исследования признаков морфологии и анатомии, достоверно подтвержденные статистическими методами, показали, что морфотипы «световых» и «теневых» листьев могут быть уверенно различимы, а «карта» дерева хорошо отражает их распределение в развитой кроне. Другими словами, листья с одного дерева могут в разной степени отличаться по морфологии и анатомии в силу того, что древесное растение с объемной кроной вынуждено приспосабливаться к разнородным микроклиматическим условиям, в которых оказываются его различные органы.
Как наглядно показывает нам «карта» современного платана, листья с одного дерева могут демонстрировать множественные вариации признаков морфологии. Взятые по отдельности, они вполне могут быть отнесены к разным видам растений! Представим теперь, что в одном местонахождении ископаемой флоры был найден спектр листьев, подобный тому, что изображен на «карте». Тут же встает вопрос: принадлежат эти листья одному растению или разным? Опираясь только на видимые морфологические признаки, вполне возможно допустить, что в этом местонахождении произрастали очень разные, относящиеся не только к разным родам, но даже семействам и порядкам, растения. Ключ к разгадке этого ребуса подсказывает нам «карта» современного дерева, служащая моделью для палеоботаника. Сравнение установленных для «световых» и «теневых» листьев комплексов листовых признаков у исследуемых ископаемых листьев, а также наличие переходных между ними форм, позволяет объединить все находки в один вид. С помощью такого подхода палеоботаник может более точно идентифицировать ископаемые листья и на этой основе составить представление об истинном многообразии флоры прошлого.
Известный афоризм «удивительное рядом» так прочно вошел в жизнь и стал обыденным, что за ежедневной суетой человек перестал ощущать его как реальную подсказку увидеть и познать что-то новое. Нечасто спешащий по неотложным делам пешеход смотрит по сторонам, разглядывает окружающую его природу. Но иногда случайный взгляд может стать поводом для будущего полноценного исследования, результаты которого будут полезны науке.
Так было, когда по дороге с работы домой палеоботаник увидел крону большого дерева с резными листьями, отчетливо вырисовывавшимися на фоне неба в лучах заката. Одинаковые на первый взгляд листья, как показалось, все же имели некоторые различия. Проверка этой догадки путем научного эксперимента показала, что кроны деревьев организованы совсем не беспорядочно, как может показаться на первый взгляд. Древнеримскому политику и философу Цицерону принадлежит изречение: «Нет ничего более изобретательного, чем природа». Все в природе имеет смысл, и наша задача — понять этот великий замысел.