По пути развития жизни
Шрифт:
Тогдашняя суша была еще совершенно безжизненна, зато в водах первичных океанов жизнь уже зародилась и медленно развивалась в различных направлениях.
На заре жизни растений
Мы уже указывали на то, что в эволюционном отношении очень важную роль сыграла группа жгутиковых, хотя нам известны и другие типы организмов, при помощи которых мы можем составить себе представление о первых организмах.
Нет сомнения в том, что из одноклеточных жгутиковых возникли первые водоросли, одни из самых древних организмов на Земле. Вначале самые древние эволюционные типы водорослей были одноклеточными. Многоклеточные водоросли появились позже: они относятся к более высокой ступени развития этих растений.
В эволюционном отношении водоросли представляют большой скачок вперед. У них очень отчетливо проявились два важнейших типа приспособления: более совершенный способ питания и более совершенный способ размножения, важный для сохранения вида.
Понятно, что приспособление к более совершенному способу питания проявилось у водорослей прежде всего в увеличении их поверхности, так как этим достигалось увеличение поверхности соприкосновения растения с питательной средой. Это явление можно наблюдать уже у одноклеточных, имеющих в большинстве случаев шаровидную форму со множеством отростков самой различной формы. Больших размеров, иногда превышающих полметра, достигают водоросли из группы сифонниковых, кажущиеся одноклеточными после исчезновения перегородок. Их многоядерное слоевище благодаря разветвлениям не только достигает значительных размеров, но и приобретает очень сложную форму. Так, например, слоевище морской водоросли CAULERPA расчленено настолько своеобразно, что некоторые ее части напоминают листья, другие стебли и корни. Однако необходимо заметить, что этот путь - усложнение строения одноклеточных (или кажущихся одноклеточными) организмов - не получил дальнейшего развития.
"Основным прогрессивным путем в расчленении тела организмов, - как правильно говорит П. А. Баранов, - был путь возникновения и дальнейшего развития многоклеточных организмов. Они возникли сначала в виде простых нитчаток, затем появились ветвящиеся и нитчатки самой различной формы, наконец, сложно построенные, расчлененные на различные органы крупные тела, прикрепленные ко дну водоемов".
Этот путь увеличения поверхности соприкосновения организма с окружающей средой ради улучшения питания оказался в эволюционном отношении более правильным и более важным и привел при дальнейшем развитии к возникновению более высоко организованных растительных форм.
Кроме более совершенного способа питания, важным для водорослей было также возникновение полового способа размножения, представляющего крупный эволюционный шаг вперед.
До появления водорослей все более примитивные организмы (бактерии, сине-зеленые водоросли и жгутиковые) размножались бесполым путем (вегетативно). При таком способе размножения организмы как бы непосредственно продолжают развиваться в своем потомстве. Половой же способ размножения всегда ведет к новой линии развития. Для его осуществления необходимо, чтобы в организмах имелись мужские и женские половые клетки. Это особые в биологическом (не химическом) отношении, в высшей степени сложные клетки, несущие наследственные признаки. Половые клетки сливаются и образуют новую клетку, так называемую зиготу, из которой развивается организм с двойной наследственностью - отцовской и материнской.
Хотя у водорослей известно бесполое размножение, мы впервые встречаем у них половое размножение. В наиболее простом виде этот процесс происходит таким образом, что у одноклеточных водорослей происходит слияние двух одинаковых клеток.
Подобный способ размножения имеет место и в настоящее время у некоторых вольвоксовых, весьма близких жгутиковым. Простая форма полового размножения наблюдается также у нитчатых водорослей: две особи одного вида водорослей (например, современной водоросли SPIROGYRA) сближаются, и две противолежащие клетки (а иногда все клетки обеих нитей) выпячиванием стенки клетки и ее слиянием в месте соприкосновения образуют так называемый конъюгационный каналец, при помощи которого плазматическое содержимое обеих клеток сливается в одно целое, в так называемую зиготу, образующую новую особь.
С течением времени этот примитивный половой процесс развивался и совершенствовался. Половое размножение стало происходить при помощи особых половых клеток - женской и мужской. Первоначально они были одинаковыми, но впоследствии стали сильно различаться своими размерами: мужские клетки были маленькие, женские - большие. В дальнейшем женская клетка потеряла способность передвигаться, в то время как более мелкая мужская клетка эту способность сохранила. В процессе дальнейшего развития у более высоко развитых водорослей появились особые половые органы - мужские, так называемые антеридии, в которых развивались мужские половые клетки (сперматозоиды), и женские, так называемые оогонии, в которых развивались яйцеклетки.
Несомненно прошло очень много времени, несколько сот миллионов лет, с момента появления первых примитивных водорослей до того времени, когда они стали сложными организмами с ярко выраженным половым процессом. У этих более высоко организованных водорослей имелись все предпосылки для того, чтобы в процессе дальнейшего развития дать начало новому, более высоко организованному и более совершенному типу растений. Далее мы увидим, что это действительно так и произошло.
Водоросли на самом деле являются самыми древними живыми организмами, появившимися на Земле. Их появление и начальные стадии развития несомненно относятся к концу архея. Косвенным доказательством этого являются слоистые измененные (метаморфизованные) скопления углистых образований в СССР (в Карелии), относимые к архею. Так, известно, что антрацит вследствие метаморфизации приобрел свойства графита. Этот графитоподобный угольный пласт носит название шунгита; мощность его достигает двух метров. Предполагают, что шунгит возник из скоплений каких-то примитивных водорослей. Точно так же очень скудны сведения о протерозойских водорослях. Большое количество водорослей нам известно с начала палеозоя - из кембрия, ордовика и силура. Наряду с большим количеством видов, о систематизированном положении которых нам пока известно мало, с этих древних времен сохранились до наших дней представители зеленых и красных водорослей, в особенности тех родов, слоевища которых были инкрустированы углекислым кальцием, благодаря чему они могли окаменеть. Это, например, роды DASYPORELLA, SPHROCODIUM, SOLENOPORA и некоторые другие. Водоросли с неинкрустированными слоевищами сохранялись редко. О том, что и в морях более раннего палеозоя - в силурийских морях, водоросли жили в огромных количествах, свидетельствуют так называемые граптолитовые сланцы. Эти сланцы, замечательные большим количеством исключительно хорошо сохранившихся граптолитов, представлены сланцеватыми глинистыми и известковыми горными породами, окрашенными углистым веществом в темный, почти черный цвет. Предполагают, что углистое вещество граптолитовых сланцев образовалось из разложившихся и обуглившихся слоевищ водорослей, которые жили в силурийских морях и для которых тогдашние условия жизни были так же благоприятны, как в настоящее время для водоросли SARGASSUM так называемое "Саргассово море".
Выло признано, что многие окаменелости, сначала принятые за водоросли, образовались в результате чисто механических процессов. Однако несмотря на это нам известно достаточное количество водорослей, по которым можно судить об их полном развитии и расцвете в это столь отдаленное время.
Растения завоевывают сушу
Спокойное развитие водорослей, этих наиболее примитивных представителей растительного мира в так называемое время водорослей, было в конце силура внезапно прервано крупным вмешательством извне - большой геологической революцией. В те времена в результате горообразовательных процессов так называемой каледонской складчатости со дна бывших морей стали подниматься новые горные массивы и новые материки. В результате этого многие водоросли оказались не в море, а в озерах и болотах, все более высыхавших и опреснявшихся. Эти новые условия наложили глубокий отпечаток на жизнь водорослей и вызвали существенные изменения некоторых из них. Здесь мы стоим на пороге нового, очень знаменательного эволюционного скачка в развитии растений - этапа, ознаменовавшегося переходом растений из воды на сушу. Это произошло приблизительно 400 миллионов лет тому назад.
Условия жизни растений на суше не только резко отличались от условий жизни в воде, но были гораздо более разнообразными и изменчивыми. При жизни в воде растению не угрожала засуха, в то время как на суше в результате борьбы с этой опасностью у растений образовалась специальная предохранительная ткань - эпидермис. В воде растение поглощало всей своей поверхностью питательные вещества, на суше же у растения возникли специальные органы для поглощения из почвы и распределения воды и растворенных в ней минеральных веществ. В воде растение не нуждалось в особых органах для обмена углекислого газа и кислорода, на суше же в результате приспособления растения к окружающей среде у него возникли так называемые дыхательные устьица между клетками эпидермиса. В воде растения не нуждались в особых тканях для их прикрепления, на суше же такие ткани были необходимы. Короче говоря, растениям при переходе к наземной жизни пришлось измениться коренным образом и приспособиться к иным условиям жизни.
Завоевание суши растениями произошло в самом конце силура и начале девона. Древнейшие представители первых наземных растений, повидимому, уже не имеют родственных видов среди нынешних растений. Это были псилофиты - наиболее примитивные типы сосудистых тайнобрачных растений. Побеги этих растений поднимались из ползучих или клубневидных корневищ, дихотомически ветвились и имели на концах спорангии. Некоторые из этих растений не имели листьев, как, например, RHYNIA и HORNEA, или древовидный PSEUDOSPOROCHNUS ; некоторые же обладали листьями, как, например, PSILOPHYTON, DREPANOPHYCUS и ASTEROXYLON. Некоторые тины растений росли на илистом дне у берегов (T^NIOCRADA, ZOSTEROPHYLLUM). Однако, несмотря на внешнюю простоту этих растений, их анатомическое строение было во много раз сложнее строения водорослей и представляло большой шаг вперед. Весь стебель псилофитов был уже покрыт кожицей с устьицами, служившими для газообмена: при их помощи растение получало углекислый газ и выделяло избыток воды в виде водяного пара и кислород. У этих растений были уже развиты дифференцированные ткани различного назначения, и впервые появился лигнин - химическое вещество, благодаря которому происходило одеревенение клеточных стенок. Эти, а также и другие особенности строения, как, например, дальнейшее усовершенствование процесса размножения, который был таким же, как у современных папоротников, свидетельствуют о большом эволюционном прогрессе, которого достигли псилофиты по сравнению с водорослями, а также о координальных изменениях в морфологических структурах и биохимических процессах потомков но сравнению с предками. Пока мы еще не знаем, из какого типа водорослей возникли псилофиты; однако существует предположение, что по всей вероятности это были зеленые водоросли, так как зеленая окраска характерна для наземной флоры.