A nagy virágzás - hogyan változtatták meg a világot a virágos növények

Olvassa el a National Geographic magazin cikkét arról, hogyan jelentek meg a virágos növények a kréta korszakban, és szerezzen információkat, tényeket és még többet a virágokról és az őskori világról.

1973 nyarán napraforgók jelentek meg apám veteményeskertjében. Úgy tűnt, egyik napról a másikra kihajtottak néhány sorban, amelyeket abban az évben kölcsön adott új kaliforniai szomszédoknak. Akkor még csak hatéves voltam, és először elrettentettek ezek a dús növények. Az ilyen furcsa és vibráló virágok helytelennek tűntek a tekintélyes bab, paprika, spenót és más zöldségek között, amelyeket mindig is termesztettünk. Fokozatosan azonban a napraforgó ragyogása nyert el. Tüzes glóriájuk enyhítette a zöld monoton hangot, amely nyár végére uralta a kertet. Csodálkoztam madarakon, amelyek fejjel lefelé kapaszkodtak a bozontos, arany korongokba, szárnyak csapkodtak, kifosztották a magokat. A napraforgók virágokat határoztak meg számomra azon a nyáron, és megváltoztatták a világról alkotott véleményemet.

növények

A virágoknak módja van erre. Szinte azonnal elkezdték megváltoztatni a világ kinézetét, amint megjelentek a Földön körülbelül 130 millió évvel ezelőtt, a krétakorszakban. Ez geológiai időben viszonylag nemrégiben történt: Ha a Föld teljes történelmét egy órára összenyomják, a virágos növények csak az utolsó 90 másodpercben léteznének. De miután szilárdan gyökeret eresztettek körülbelül 100 millió évvel ezelőtt, gyorsan változatosabbá vált a fajták robbanása, amely megalapozta a modern világ virágos növénycsaládjainak nagy részét.

A virágzó növényfajok száma huszonegyet meghaladja a páfrányok és kúpokat tartalmazó fák vagy tűlevelűekét, amelyek 200 millió évig virágoztak az első virágzás megjelenése előtt. Élelmiszerforrásként a virágos növények biztosítják számunkra és az állatvilág többi részének a létezésünk szempontjából alapvető táplálékot. Walter Judd, a Floridai Egyetem botanikusa szavai szerint: "Ha nem lennének virágos növények, mi emberek nem lennénk itt."

A tölgyektől és pálmáktól a vadvirágokig és tavirózsaig, a kukoricatáblák és a citrusfélék ültetvényeinek mérföldjein át az apám kertjéig virágos növények uralják a botanika és a mezőgazdaság világát. Ugyancsak uralkodnak egy éteri birodalomban, amelyet művészek, költők és hétköznapi emberek keresnek inspiráció, vigasztalás vagy a virág látásának egyszerű öröme után.

"Mielőtt a virágzó növények megjelentek volna" - mondja Dale Russell, az Észak-Karolinai Állami Egyetem és az Állami Természettudományi Múzeum paleontológusa -, a világ olyan volt, mint egy japán kert: békés, komor, zöld, halak, teknősök és szitakötők lakják. A virágzó növények után a világ olyan lett, mint egy angol kert, élénk színű és változatos, lepkék és méhek látogatták. Mindenféle formájú és színű virág virágzott a zöldek között. "

Ez a drámai változás az élet történelmének egyik nagy pillanata a bolygón. Mi tette lehetővé, hogy a virágzó növények ilyen gyorsan uralják a világ flóráját? Mi volt a nagy újításuk?

A botanikusok a virágzó növényeket elágazásnak nevezik, a görög szóból „edény” és „mag”. A tűlevelűekkel ellentétben, amelyek magokat nyitott kúpokban teremtenek, az orrszármazékok magjaikat gyümölcsökbe zárják. Minden gyümölcs tartalmaz egy vagy több szőnyeget, üreges kamrát, amelyek megvédik és táplálják a magokat. Szeleteljen fel például egy paradicsomot, és találunk szőnyegeket. Ezek a struktúrák jelentik az összes csípőspermiumot, és kulcsfontosságúak ennek a hatalmas növénycsoportnak, amely mintegy 235 000 fajt számlál.

Csak mikor és hogyan jelentek meg az első virágos növények? Charles Darwin elgondolkodott ezen a kérdésen, és a paleobotanisták még mindig keresik a választ. Az 1990-es évek során Ázsia, Ausztrália, Európa és Észak-Amerika fosszilis virágainak felfedezése fontos nyomokat adott. Ugyanakkor a genetika területe egy teljesen új eszközkészletet hozott a kutatásba. Ennek eredményeként a modern paleobotanika olyan fellendülésen esett át, amely nem ellentétes magával a kréta virágrobbantással.

A régi stílusú, lapáttal és mikroszkóppal rendelkező fosszilis vadászok összehasonlítják a jegyzeteket a molekuláris biológusokkal, genetikai szekvenálással, hogy a modern növénycsaládokat visszakövetjék eredetükhöz. Ez a két kutatócsoport nem mindig ugyanazon a szülőhelyen érkezik, de mindkét tábor egyetért abban, hogy miért fontos a küldetés.

"Ha pontos képünk van egy virágos növény evolúciójáról" - mondja Walter Judd -, akkor olyan dolgokat tudhatunk meg a szerkezetéről és működéséről, amelyek segítenek megválaszolni bizonyos kérdéseket: Milyen fajokkal lehet keresztezni? különféle beporzók hatékonyak? " Ez szerinte a mezőgazdaság ésszerűbb és produktívabb módszerei felé vezet, valamint az evolúció nagyobb folyamatának tisztább megértéséhez.

Elizabeth Zimmer, a Smithsonian Intézet molekuláris biológusa az utóbbi években újragondolta ezt a folyamatot. Zimmer a virágzó növények genealógiájának megfejtésén dolgozott a mai faj DNS-ének tanulmányozásával. Munkája az 1990-es évek végén felgyorsult a Deep Green nevű szövetségi finanszírozású tanulmány során, amelyet a növény evolúcióját kutató tudósok közötti koordináció elősegítésére fejlesztettek ki.

Zimmer és kollégái megosztott adataikban kezdték keresni a közös öröklődő tulajdonságokkal rendelkező növénycsoportokat, abban a reményben, hogy végül azonosítani tudják az összes virágzó növény közös ősét. Az eddigi eredmények azt mutatják, hogy a legrégebbi élő származás, amely legalább 130 millió évre nyúlik vissza, az Amborellaceae, egy család, amely csak egyetlen ismert fajt, az Amborella trichopoda-t foglalja magában. Gyakran "élő kövületnek" nevezik ezt a kis fás szárú növényt, csak Új-Kaledóniában, a csendes-óceáni déli szigeten, a botanikusok körében híres ős növényvilágáról.

De nincs 130 millió évvel ezelőtti Amborella, ezért csak arra lehet kíváncsi, hogy ugyanúgy nézett ki, mint a mai változat. Vannak más kihalt virágos növények kövületei, amelyek a legrégebbi 130 millió éves üledékekben vannak eltemetve. Ezek az ősmaradványok adják az egyetlen kézzelfogható tippünket arra, hogy milyenek voltak a korai virágok, ami arra utal, hogy apró és díszítetlenek voltak, hiányoztak a mutatós szirmok. Ezek a fodros virágok megkérdőjelezik a legtöbb elképzelést arról, hogy mi teszi a virágot virággá.

Hogy megnézhesse, hogyan nézhetett ki az első primitív orrperme, Angliába repültem, és ott találkoztam Chris Hill paleobotanistával, korábban a londoni Természettudományi Múzeummal. Hill a gördülő vidéken vezetett a Smokejacks Brickworks-be, egy Londonba délre fekvő kőbányába. A Smokejacks egy száz láb mély (30 méter mély) lyuk a földben, olyan széles, mint több futballpálya, amely sokkal többet kínál fel, mint a téglák alapanyaga. Rozsdaszínű agyagjai több ezer kövületet őriztek meg, mintegy 130 millió évvel ezelőtt. A kőbánya aljáig vonultunk, letérdeltünk és térdre ereszkedtünk.

Hamarosan Hill felemelt egy darab sárkőt. Bemutatta nekem, és egy apró szár lenyomatára mutatott, amely egy kezdetleges virágban végződött. A kövület egyetlen hajtásra hasonlított, amelyet egy brokkoli fejéből szedtek le. A világ első virága? Inkább egy virág prototípusához mondta Hill, aki az 1990-es évek elején itt találta meg kezdeti kövületét. Hivatalosan Bevhalstia pebja-nak nevezte el, a szavak a legközelebbi kollégák nevéhez fűződtek.

A nagyítómon keresztül a Bevhalstia kövület kicsi és furcsa módon jelent meg, egy figyelemre méltó gyom, amelyet láttam nőni a vízben egy tó szélénél, ahol Hill úgy véli, hogy nőtt.

- Ezért gondolom, hogy lehet egy primitív virágos növény - mondta Hill. "A Bevhalstia minden modern növénycsalád számára egyedülálló és hozzárendelhetetlen. Tehát azzal kezdjük, hogy összehasonlítjuk azzal, amit ismerünk." Néhány modern vízinövény szára ugyanazokkal az elágazási mintákkal rendelkezik, mint a Bevhalstia, és apró virágrügyeket növesztenek egyes ágak végén. Bevhalstia szintén feltűnően hasonlít egy kövülethez, amelyet 1990-ben jelentettek be Leo Hickey és Dave Taylor amerikai paleobotanisták. Ez a példány, egy apró, 120 millió éves, Ausztráliából származó növény, olyan leveleket növesztett, amelyek se nem páfrányosak, se nem tűlevelűek. Ehelyett vénákkal vannak berakva, mint a modern virágos növények levelei.

Ennél is fontosabb, hogy Hickey és Taylor példánya megkövesedett gyümölcsöket tartalmaz, amelyek egyszer magokat zártak be, amit Hill remélhetőleg Bevhalstia-hoz köt. Mindkét növényből hiányzik a meghatározott virágszirom. Mindkettő primitívebb, mint a magnólia, nemrégiben trónolták le a legkorábbi virágként, bár még mindig ősi származásnak számítanak. És mindkettő, valamint az Archaefructus néven ismert, nemrégiben érkező kínai lelet, elvetette azt az elképzelést, hogy az első virágzó növények egyszerűek és nem feltűnőek voltak.

Mint minden úttörő, a korai orrszívók a peremeken kezdték meg. A tűlevelűek és a páfrányok által uralt világban ezeknek a botanikai újoncoknak sikerült ökológiai zavarokat okozó területeken, például ártereken és vulkanikus területeken körvonalazódniuk, és gyorsan alkalmazkodtak az új környezetekhez. A fosszilis bizonyítékok alapján néhány botanikus úgy gondolja, hogy az első virágzó növények lágyszárúak voltak, vagyis nem nőttek fás részek. (A legfrissebb genetikai kutatások azonban azt mutatják, hogy a legtöbb ősi angiospermás vonal magában foglalja a lágyszárú és a fás szárú növényeket is.) A fákkal ellentétben, amelyeknek évekre van szükségük az éréshez és a maghoz, a lágyszárú spermiumok rövid életciklusban élnek, szaporodnak és elpusztulnak. Ez lehetővé teszi számukra, hogy gyorsan új területeket teremtsenek, és talán gyorsabb fejlődést engedtek versenytársaiknál, előnyökkel járultak hozzá sokszínűségükhöz.

Míg ez az úgynevezett lágyszárú szokás előnyt adhatott számukra a lassan növő fás szárú növényekkel szemben, az orrszarvúak ütőkártyája volt a virág. Egyszerűbben fogalmazva: a virág az angiospermium reproduktív mechanizmusa. A legtöbb virágnak férfi és női részei egyaránt vannak. A szaporodás akkor kezdődik, amikor egy virág pollent, genetikai anyag mikroszkopikus csomagokat bocsát ki a levegőbe. Végül ezek a szemek egy másik virág megbélyegzésén nyugszanak, egy apró pollenreceptoron. A legtöbb esetben a megbélyegzés egy szárszerű szerkezet tetején ül, amelyet stílusnak nevezünk, és amely egy virág közepéből kiemelkedik. A nedvességtől lágyulva a pollenszem fehérjéket szabadít fel, amelyek kémiailag megkülönböztetik, hogy az új növény genetikailag kompatibilis-e. Ha igen, a pollenszemcsék kicsíráznak, és egy csövet növesztenek lefelé a stíluson és a petefészken keresztül a petesejtbe, ahol megtermékenyítés történik, és egy mag elkezd növekedni.

A pollen szélbe dobása a szaporodás módszere. Bár a szél beporzása sok növényfaj számára elegendő, a rovarok általi közvetlen szállítás sokkal hatékonyabb. A rovarok kétségtelenül elkezdték meglátogatni és beporozni az orsószermákat, amint az új növények megjelentek a Földön mintegy 130 millió évvel ezelőtt. De még 30 vagy 40 millió évnek kell eltelnie, mire a virágzó növények felkapják a rovar beporzók figyelmét a pompás szirmok pompázásával.

"A szirmok csak 90 és 100 millió évvel ezelőtt fejlődtek ki" - mondta Else Marie Friis, a Stockholm külvárosában található Svéd Természettudományi Múzeum paleobotanikájának vezetője. "Akkor is nagyon-nagyon kicsik voltak.

Gondolkodó, rövid barna hajú és intenzív szemű nő, Friis felügyeli azt, amit sok szakértő szerint az egy helyen összegyűjtött legelőnyösebb kövületek gyűjteménye. A törékeny virágok furcsa módon megúszták a pusztulást a réges-régi erdőtüzek intenzív hőjének köszönhetően, amelyek szénné sütötték őket.

Friis egy 80 millió éves kövületvirágot mutatott nekem, amely nem nagyobb, mint a mondat végén található időszak. Tiszta arannyal bevonva a maximális felbontás érdekében elektronmikroszkóp alatt számomra alig tűnt virágnak. "Sok kutató figyelmen kívül hagyta ezeket az apró, egyszerű virágokat" - mondta a nő -, mert mikroszkóp nélkül nem lehet megérteni sokszínűségüket.

Így hát hunyorogtunk hatalmas nagyítóján, és átvitt képi sétát tettünk az apró és sokféle orrszármazékok krétavilágában. Több száz vagy ezer alkalommal megnagyítva Friis megkövesedett virágai ráncos hagymagumókra vagy retekre emlékeztetnek. Sokan befogva tartották apró szirmaikat, elrejtve benne a szőnyegeket. Mások teljes érettségben tágra nyílnak. Sűrű virágporszemcsék göcsörtös csomókban kapaszkodnak egymásba.

Valamikor 70 és 100 millió évvel ezelőtt felrobbant a virágzó növényfajok száma a Földön, amelyet a botanikusok "nagy sugárzásnak" neveznek. Az a szikra, amely felgyújtotta ezt a robbanást, mondta Friis, a szirom.

"A szirmok sokkal nagyobb változatosságot hoztak létre. Ez ma már széles körben elfogadott fogalom" - mondta Friis. Új finomságukban az egykor figyelmen kívül hagyott orsósejtek kiemelkedővé váltak a tájon, és soha nem tapasztalták a rovar beporzókat. A szaporodás szó szerint felszállt.

A rovarok és a virágos növények közötti kölcsönhatás alakította mindkét csoport fejlődését, ezt a folyamatot koevolúciónak nevezik. Idővel a virágok kifejlesztették a visszatartó színeket, a csábító illatokat és a speciális szirmokat, amelyek leszálló párnákat biztosítanak a rovar beporzók számára. A rovarok számára biztosított előnyök csomagjában legföljebb a nektár található. A tápláló folyékony virágok a kereskedelem alapanyagaként szolgálnak a virágpor szétszóródásáért cserébe. A méhek, a pillangók és a darazsak ősei a nektártól függővé váltak, és ezáltal a pollenszállítókká váltak, akaratlanul is apró szőrszálakhoz kötött szemeket hordozva a testükön. Ezek a rovarok az új virágok minden látogatásakor virágot gyűjthettek és szállíthattak, növelve a megtermékenyítés esélyét.

A rovarok nem voltak az egyetlen kötelezõ fajok hogy a virágos növényeket a Föld minden sarkába eljuttassa. A dinoszauruszok, a világ eddigi legnagyobb mozgatói és rázógépei az ókori erdőkben bukkantak át, önkéntelenül új teret szabadítva fel az orrszívók számára. Emésztőrendszerük révén magokat vetettek az egész földre.

Mire az első virágos növény megjelent, a növényevő dinoszauruszok egymillió évszázad óta léteztek, miközben páfrányok, tűlevelűek és más ősnövényzet étrendjén éltek. A dinoszauruszok további 65 millió éven át élték túl, és egyes tudósok szerint ez elegendő idő volt arra, hogy a nagy hüllők alkalmazkodjanak egy új étrendhez, amely tartalmazott orrszármazókat.

"Közvetlenül a dinoszauruszok eltűnése előtt azt gondolom, hogy sokan virágzó növényeket kergetnek" - mondja Kirk Johnson, a Denveri Természet- és Tudománymúzeum munkatársa. Johnson számos, 60 és 70 millió év közötti kövületet tárt fel a Sziklás-hegység vidékén. Ezekből arra következtet, hogy a hadrosauruszok vagy kacsacsőrű dinoszauruszok nagy orrszármazékos leveleken éltek, amelyek egy meleg éghajlati váltásban fejlődtek ki közvetlenül a kréta időszak vége előtt. A dinoszauruszok kihalását megelőző üledékekre utalva azt mondta: "Csak néhány száz nem virágzó növény mintát találtam ott, de 35 000 példányt találtam ki az orrszármazékokról. Kétségtelen, hogy a dinoszauruszok ették ezeket a dolgokat."

A korai orrszívók alacsony növekedésűek voltak, ez a tény jobban megfelelt egyes dinoszauruszoknak, mint mások. "A brachiosaurusok hosszú nyakúak voltak, mint a zsiráfok, ezért nem voltak megfelelően felszerelve az új növényzet elfogyasztására" - mondja Richard Cifelli, az Oklahoma Egyetem paleontológusa. "Másrészt a ceratopsziák és a kacsacsőrű dinoszauruszok valódi kaszagépek voltak." E kaszák mögött a frissen vágott talajhoz igazodó és folyamatosan terjedő orrszármazékok.

Körülbelül 65 millió évvel ezelőtt hirtelen eltűntek a dinoszauruszok, és egy másik állatcsoport lépett a helyükre - az emlősök, akik nagy hasznot húztak az angio-spermiumok sokféleségéből, beleértve a gabonákat, dióféléket és sok zöldséget. A virágzó növények viszont kihasználták az emlősök által elterjedt magvak előnyeit.

"Két királyság volt kézfogás" - mondja David Dilcher, a floridai Természettudományi Múzeum paleobotanikusa. - Megetetlek, és te elviszed a genetikai anyagomat.

Végül az emberek fejlődtek, és a két királyság újabb kézfogást tett. A mezőgazdaság révén a kórokozók kielégítették táplálékunk iránti igényünket. Viszont bizonyos fajokat, például kukoricát és rizst, vettünk, és soha nem látott sikereket értünk el, hatalmas területeken termesztettük őket, szándékosan beporoztuk őket, és kedvvel fogyasztottuk őket. Gyakorlatilag minden elfogyasztott nem húsos étel virágos növényként indul, míg az elfogyasztott húsok, tej és tojás gabonafélékre hízott állatállományból származik - virágos növények. Még a pamut is, amelyet viselünk, orrszívó.

Esztétikailag is az orrszívók fenntartják és gazdagítják életünket. Értékelni kezdtük őket egyedül szépségükért, illatukért, vázában, fazékban való társaságukért Valentin-napon. Néhány virág egy ősi nyelvet beszél, ahol a szavak elmaradnak. Ezeknek a káprázatosabb játékosoknak - az orchideáknak, a rózsáknak, a liliomoknak - a világ egyre kisebb lesz, amelyet nap mint nap sugárbeállító virágok kereszteznek a kereskedelmi szállító repülőgépek rakterében.

"Igyekszünk virágokat a világ bármely pontjára eljuttatni a vágástól számított 24 órán belül" - mondta Jan Lanning, a holland virágkert nagykereskedelmi tanácsának vezető tanácsadója, a világ díszvirágok forgóajtója. "Az üzlet valóban globalizálódott."

Hazafelé tartva a svéd Friis laboratóriumából Hollandiában, a világ legnagyobb vágott virág exportőre alatt álltam meg. Megkértem Lanninget, hogy próbálja megmagyarázni a választott mű jelentését. Kész válaszra hajolt előre.

"Az embereket mindaddig lenyűgözték a virágok, amíg létezünk. Ez egy érzelmi termék. Az embereket az élőlények vonzzák. Az illat, a látvány és a szépség mind egy virágban ötvöződik." Elmosolyodott egy illatos liliom elrendezésén az asztalán. "Minden hétfőn egy virágüzlet szállít friss virágokat ebbe az irodába. Szükséges luxus."

Aznap később az amszterdami Van Gogh Múzeumban egy csodáló csoportot kémkedtem egy festmény előtt. Odatértem és közéjük nyomultam. Hirtelen a "Napraforgót" bámultam, van Gogh egyik leghíresebb alkotását. A festményen a virágok vázából kihajolnak, szőrösek és kócosak. Mezítlábas fiatalságomhoz apám kertje szélére szállítottak egy párás nyári este szentjánosbogarakkal és cikádák morajával élve.

A tömeg továbbment, én pedig egyedül voltam "Napraforgóval". A küldetésem erre a váratlan következtetésre jutott, egy kép az első virágról, amelyre emlékszem. Van Gogh művészetre emelte a virágot, vagy a virág felhasználja van Gogh zsenialitását, hogy megörökítse magát olajokban és ecsetvonásokban? A virágzó növények nemcsak a földet hódították meg. Gyökereket küldtek elménkbe és szívünkbe. Tudjuk, hogy világukon keresztül járunk, mint egy múzeumon, mert ők jóval itt voltak, mielőtt megérkeztünk volna, és jóval azután is megmaradhatnak, hogy elmentünk.