Может ли морфология листьев ископаемых растений рассказать о том, как росли ранние цветковые?

Ископаемые остатки и окружающая их порода позволяют заглянуть в мир, существовавший миллионы лет назад. Первые ископаемые покрытосеменных, или цветковых растений (самых распространённых сегодня), появляются в летописи около 140 миллионов лет назад. На основе типа пород, в которых они найдены, учёные предполагали, что ранние покрытосеменные были сорными, быстрорастущими кустарниками и травами, обитавшими в нарушенных прибрежных зонах ручьёв и расщелинах.

Дэна Ройер из Университета Уэслиана (Коннектикут, США) и её коллеги решили проверить, можно ли определить жизненную стратегию ископаемого растения (например, скорость роста) по его морфологии, а не по типу породы. Подтвердит ли этот метод гипотезу о том, что древние растения были быстрорастущими? И, что важно, насколько распространена была такая стратегия 100 млн лет назад? Результаты исследования опубликованы в мартовском номере American Journal of Botany.

Авторам сначала нужно было оценить, могут ли особенности морфологии листьев у современных растений точно предсказать их жизненные стратегии. В предыдущей работе Ройер и коллеги обнаружили, что два простых измерения — ширина черешка и площадь листа — многое говорят об экофизиологии растения. Они выяснили, что соотношение квадрата ширины черешка к площади листа коррелирует с сухой массой листа на единицу площади (leaf mass per area, LMA).

«LMA — это мера плотности или толщины листьев, и она тесно связана с тем, как быстро растение обновляет свои питательные ресурсы, — пояснила Ройер. — Тонкие, «дешёвые» в построении листья (низкий LMA) обычно характерны для растений с высокой скоростью роста. Такие растения наиболее конкурентоспособны в нарушенных средах, например, в прибрежных коридорах, потому что их быстрый рост позволяет им быть более оппортунистичными».

Учёные измерили черешки и площадь листьев у 93 видов современных хвойных и 58 видов травянистых покрытосеменных и сравнили полученные значения LMA с ранее опубликованными данными для древесных покрытосеменных. Оказалось, что эти три группы можно различить по LMA: при заданной ширине черешка травянистые растения имели на 43%–75% ниже LMA, чем древесные покрытосеменные, а хвойные — на 19%–58% выше LMA, чем древесные покрытосеменные.

Преимущество этой методики в том, что ширину черешка и площадь листа можно измерить у многих ископаемых образцов. Ройер отметила, что затем они использовали этот метод, чтобы оценить LMA для некоторых из древнейших известных ископаемых листьев покрытосеменных. Они измерили 179 ископаемых образцов, представляющих 30 видов из трёх местонахождений альбского яруса (110–105 млн лет) в США.

«У большинства измеренных нами ископаемых образцов низкий LMA», — отметила Ройер. Это подтверждает гипотезу, что ранние покрытосеменные были быстрорастущими видами, похожими на современную прибрежную флору. Если предположить, что взаимосвязь была такой же, как сегодня, то у всех ископаемых видов покрытосеменных продолжительность жизни листьев составляла менее 12 месяцев. «Это означает, что беспрецедентная способность к быстрому росту, наблюдаемая сегодня у многих покрытосеменных, сформировалась не позднее альбского века (110 млн лет назад)».

«Хотя это не говорит нам напрямую о самых ранних покрытосеменных — древнейшая пыльца покрытосеменных датируется около 140 млн лет — альбский век отмечает время, когда покрытосеменные начинают становиться очень разнообразными и экологически важными, — заключает Ройер. — Вероятно, взрывной рост является одной из причин успеха покрытосеменных».