Ryniofity - rekonstrukcja.

Tak mogły wyglądać ryniofity - najstarsze znane nam rośliny lądowe, wydatowane na sylur. Ekspansja roślin na kontynenty prawdopodobnie zaczęła się jednak o wiele wcześniej (źródło: Wikimedia Commons).

Nie sposób wyobrazić sobie Ziemi bez drzew, krzewów, traw i kwiatów. Tymczasem przez pierwsze cztery miliardy lat historii ziemskie kontynenty były kamienistymi, nieprzyjaznymi pustyniami.

Pasjonująca historia podboju lądów przez rośliny wciąż kryje w sobie wiele zagadek. Najstarsze szczątki roślin naczyniowych pochodzą z syluru, sprzed około 420 mln lat. Niewykluczone jednak, że lądy zazieleniły się wcześniej. A rośliny już w ordowiku (470 mln lat temu) stały się potęgą przeobrażającą oblicze planety oraz jej klimat.

Pierwsze rośliny lądowe

Pierwsze zachowane szczątki roślin naczyniowych (lądowych) to tak zwane ryniofity – prymitywne, dychotomicznie rozgałęziające się pędy i kłącza, pozbawione liści oraz korzeni. Jedynym urozmaiceniem były zarodnie znajdujące się na wierzchołkach liczących nie więcej niż pół metra.

W porównaniu ze współczesnymi kwiatami najbardziej znany reprezentant ryniofitów – rodzaj Cooksonia – wyglądał rażąco nieefektownie. Ale nie było też wówczas owadów, dla których rośliny inwestują w kolorowe płatki kwiatów oraz piękny zapach.

Rodzaj Cooksonia zaliczany był początkowo do dużej grupy noszącej nazwę psylofity. Gromadzono w niej wszystkie najstarsze rośliny lądowe.

Czert ze skamieniałościami ryniofitów.

W tej krzemionkowej skale (czert) widoczne są liczne, okrągłe plamki. Są to poprzeczne przekroje łodyg ryniofitów (fot. Peter Coxhead). Pasek skali: 1 cm.

Z czasem, wraz ze zdobywaniem wiedzy, psylofity zostały podzielone na trzy odrębne grupy (gromady):

  • ryniofity – najstarsze i najbardziej prymitywne rośliny naczyniowe,
  • trymerofity – nieco młodsze od ryniofitów; żyły w dewonie i posiadały słabo wykształcony główny pęd – dalekiego protoplastę dzisiejszych pni drzew,
  • zosterofilofity – również dewońskie; pęd główny był w ich przypadku zaznaczony już o wiele wyraźniej.

Starsze niż ryniofity

Wszystko wskazuje jednak, że to nie psylofity i ich trzy wymienione grupy były najstarszymi roślinami lądowymi. Na istnienie wcześniejszych roślin wskazują następujące fakty:

  • znaleziska struktur przypominających zarodniki w skałach wydatowanych na 470 mln lat (ordowik),
  • zegary molekularne; sugerują one, że rośliny naczyniowe (lądowe) wyodrębniły się około 1000-600 mln lat temu – a zatem już wtedy musiały one zacząć ekspansję na kontynenty.

Dlaczego zatem nie znaleziono żadnych roślin starszych od ryniofitów? Prawdopodobnie nie zdołały one zachować się w postaci skamieniałości. Albo też nie zostały do tej pory odnalezione przez paleontologów. Być może czeka nas jakieś spektakularne odkrycie roślin starszych niż sylurskie?

Po tych najstarszych roślinnych zdobywcach lądów zachowały się jedynie najbardziej odporne ich części – a więc zarodniki. Mogą one przetrwać miliony lat w osadzie, po całkowitym zniszczeniu wszystkich tkanek. Obserwujemy to także w przypadku współczesnych roślin oraz ich nasion.

Dopiero sylurskim ryniofitom udało się pozostawić trwały i niezaprzeczalny ślad swojego istnienia. Nie jest to niespodzianką – w świetnie zbadanej pod względem geologicznym Europie sylur to okres ekspansji obszarów lądowych. Wynurzenia rozległych obszarów wcześniejszych den morskich były spowodowane kolejnymi fazami orogenezy kaledońskiej.

Większe obszary kontynentalne oznaczają większość objętość skał pochodzenia lądowego. A to z kolei zwiększa szansę na zachowanie się szczątków roślin. Ryniofity wykorzystały tę okazję.

Jak ordowickie rośliny zmieniły świat?

Starsze rośliny lądowe nie miały już tyle szczęścia. Pozostały po nich jedynie niejednoznaczne i niepewne pozostałości ich zarodników. Niewykluczone jednak, że rośliny te miały olbrzymi wkład w historię Ziemi, doprowadzając do zmian klimatycznych na dużą skalę.

Spory z syluru.

Pozostałościami po najstarszych roślinach lądowych, starszych od ryniofitów, są niepewne znaleziska ich zarodników - spor. Na zdjęciu spory sylurskie (zabarwione; źródło: Wikimedia Commons).

Wskazują na to badania dawnych klimatów oraz zmian zawartości dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej (Lenton et al., 2012). Naukowcy spekulują, że jedną z przyczyn wielkiego wymierania ordowickiego mogły być rośliny lądowe.

Rozwijając się bujnie na świeżo skolonizowanych lądach spowodowały one spadek zawartości dwutlenku węgla w atmosferze. Osiągnęły to poprzez przyspieszenie wietrzenia skał. Proces ten wiązał się ze wzmożonym wykorzystaniem atmosferycznego dwutlenku węgla. A to z kolei doprowadziło do obniżenia średnich temperatur na całym ziemskim globie.

Efektem zmian klimatycznych było pojawienie się lądolodów. Ślady ordowickich osadów polodowcowych znaleziono w północnej Afryce. Wówczas była ona częścią większego kontynentu – Gondwany – i znajdowała się w rejonie bieguna południowego. Dzisiejszy ląd tropikalnych dżungli i zwrotnikowych pustyń był wówczas ziemskim biegunem zimna.

Zlodowacenie, które miało miejsce w późnym ordowiku (hirnancie) jest powszechnie uznawane za jedną z przyczyn wielkiego wymierania ordowickiego. Powodów tej katastrofy było z pewnością więcej. Warto wspomnieć między innymi zmiany konfiguracji kontynentów, które doprowadziły do połączenia lądów odseparowanych wcześniej przez miliony lat. Skutek tych zdarzeń był tragiczny dla wielu endemicznych gatunków. Zostały one wyparte przez bardziej agresywne, kosmopolityczne formy. Tę redukcję bioróżnorodności obserwujemy właśnie jako wymieranie.

Łańcuch zdarzeń prowadzących do wyginięcia wielu taksonów morskich zwierząt można więc streścić następująco:

  1. rośliny rozpoczynają ekspansję na lądach,
  2. zmiany składu atmosfery powodują globalne ochłodzenie,
  3. w chłodnym klimacie rozwijają się lądolody,
  4. oziębienie oraz obniżenie poziomu wód oceanów doprowadza do wymierania zwierząt morskich.

Taka interpretacja wygląda przekonująco. Nie należy jednak zapominać, że:

  • to tylko jedna z przyczyn wielkiego wymierania ordowickiego; nie wiadomo, czy rzeczywiście była ona aż tak istotna,
  • nie wiemy, czy rzeczywiście w ordowiku rośliny zdołały się rozgościć na lądach na tyle, by zacząć zmieniać klimat całej planety,
  • nie wiemy wreszcie, czy ordowiccy przodkowie sylurskich ryniofitów rzeczywiście istnieli.

Związek roślin lądowych z wymieraniem w ordowiku jest zatem czysto hipotetyczny i niepewny. Istnieją jednak inne ślady wskazujące na dużą rolę, jaką pokrywa roślinna mogła odgrywać na kontynentach jeszcze przed pojawieniem się ryniofitów.

Jedną z takich przesłanek jest wzrost procentowego udziału osadów rzek meandrujących w ogólnej objętości skał zdeponowanych przez wszystkie rodzaje rzek. Mógł być to efekt wpływu szaty roślinnej, która spowalnia przepływ wód oraz stymuluje tworzenie się równi zalewowych budowanych przez osady mułowcowe. Proces ten zaznaczył się zwłaszcza w sylurze (krótko przed debiutem ryniofitów na arenie geologicznych dziejów). W dewonie systemy rzeczne w dużej mierze przypominały już współczesne (Gibling i Davies, 2012).

Od mchu po pierwszy las

Jakie rośliny mogły kolonizować ziemskie lądy w ordowiku? Naukowcy spekulują, że były to mchy oraz wątrobowce. Jedno jest pewne: pierwsze rośliny były prymitywne, pozbawione solidnego systemu korzeniowego i dużej liczby pędów. To do minimum zmniejszyło szansę na zachowanie się w zapisie kopalnym.

Porostnica.

Porostnica jest współczesnym wątrobowcem. Niewykluczone, że takie rośliny zasiedliły lądy na długo przed ryniofitami (fot. Lamiot).

Jest prawdopodobne, że znaleziska ze środkowego ordowiku, wydatowane na 470 mln lat, rzeczywiście są pozostałościami po zarodnikach roślin lądowych (Rubinstein et al., 2010). W takim razie trzeba założyć, że procesy ewolucyjne prowadzące do powstania i radiacji pierwszych protoplastów dzisiejszych roślin miały miejsce we wczesnym ordowiku, a nawet w najpóźniejszym kambrze!

Oznacza to, że w momencie, gdy rosły znajdowane dzisiaj przez paleontologów ryniofity, rośliny naczyniowe miały za sobą już blisko sto milionów lat historii. Z tak gigantycznego przedziału czasowego nie posiadamy żadnych pewnych skamieniałości.

Za teorią szybkiego pojawienia się roślin lądowych, już w najwcześniejszym paleozoiku, przemawia tempo ich dalszej ewolucji. Krótko po niepozornych ryniofitach, w środkowym dewonie, ziemskie lądy porastały już prawdziwe zarośla. I bynajmniej nie były to monogatunkowe kultury roślin o wielkości dzisiejszych traw, ale coś, co można nazwać pierwszymi „lasami”.

Te najstarsze, prymitywne lasy, wydatowane na 385 mln lat, stanowiły gigantyczny krok naprzód w porównaniu z mało efektownymi zaroślami tworzonymi przez psylofity. Rosły w nich co najmniej trzy gatunki drzewiastych roślin (Stein et al., 2012):

  • olbrzymie, osiągające 8 metrów wysokości drzewa z rodzaju Eospermatopteris (Wattieza),
  • nieco mniejsze drzewa należące do widłakowatych
  • oraz jeszcze mniejsi, stanowiący odpowiednik dzisiejszego poszycia leśnego poprzednicy ogromnej, istniejącej do dzisiaj, grupy roślin nagozalążkowych.
Eospermatopteris.

Te mało efektowne pozostałości to szczątki Eospermatopteris (Wattieza) - pierwszej rośliny przypominającej wyglądem współczesne drzewa. Rodzaj ten żył w dewonie i dorastał do 8 metrów wysokości (źródło: Wikimedia Commons).

Kopalny las – znaleziony w stanie Nowy Jork (USA) – pokazuje, jak rozwinięty był świat roślin lądowych we wczesnym i środkowym dewonie. Od blisko 400 mln lat trwa tryumfalny pochód roślin, które podporządkowały sobie wszystkie środowiska lądowe. Niewykluczone, że ich historię uda się przesunąć jeszcze dalej wstecz, nawet do blisko 500 mln lat temu.

Znaleziska paleontologiczne pokazują, jak wielki sukces ewolucyjny odniosły rośliny naczyniowe, a także jak szybka była ich ekspansja. To one były prawdziwymi gospodarzami na ziemskich kontynentach, i to na długo przed wyjściem z mórz pierwszych lądowych kręgowców.

Warto przeczytać:

Steve Drury: Greening and changing the land. Earth-Pages.com

Mariusz Kędzierski: Mech i pierwsze wielkie wymieranie. Blog Naturalnie

Cytowania:

Gibling, M. R., Davies, N. S., 2012. Palaeozoic landscapes shaped by plant evolution. Nature Geoscience 5, 99-105. DOI: 10.1038/ngeo1376

Lenton, T. et al., 2012. First plants cooled the Ordovician. Nature Geoscience 5, 2, 86-89. DOI: 10.1038/ngeo1390

Rubinstein, C. V. et al., 2010. Early Middle Ordovician evidence for land plants in Argentina (eastern Gondwana). New Phytologist 188, 2, 365-369. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2010.03433.x

Stein, W.E. et al., 2012. Surprisingly complex community discovered in the mid-Devonian fossil forest at Gilboa. Nature 483, 78-81. DOI: 10.1038/nature10819