ископаемые растения

ископа́емые расте́ния

растения геологического прошлого. Среди них как ныне живущие реликтовые (гинкго, метасеквойя), так и вымершие (беннетитовые, кордаитовые, каламитовые) группы растений. Остатки и следы их сохранились в отложениях земной коры в виде фитолейм (мумификаций), окаменелостей, отпечатков листьев, плодов и т. д. Образуют скопления полезных ископаемых (торф, угли, горючие сланцы). Используются в геохронологии. Наиболее древние ископаемые растения (водоросли) известны из отложений докембрия, в силуре появились первые высшие растения (риниофиты). Наука об ископаемых растениях — палеоботаника.

* * *

ИСКОПАЕМЫЕ РАСТЕНИЯ

ИСКОПА́ЕМЫЕ РАСТЕ́НИЯ, остатки растений, сохранившиеся в осадочных горных породах. Ископаемые растения образуют осадочные породы (торф (см. ТОРФ), уголь (см. УГЛИ ИСКОПАЕМЫЕ), водорослевые известняки (см. ИЗВЕСТНЯК)и др.) или встречаются как включения в массе минеральных частиц. Включенные остатки растений находят в породах различного происхождения, как морских, так и континентальных. Иногда они образуются в результате погребения целого растения, корней, стволов в прижизненном положении под наносами песка, ила или вулканического пепла. Однако чаще мы имеем дело с разрозненными органами растений — обломками древесины, листьями, семенами, спорами и пыльцой. Этот растительный материал частью состоит из органов, которые отделяются от растения при жизни (листья листопадных пород, семена, пыльцевые зерна и др.), частью же образуются в результате гибели и распада растительных тканей. Те и другие остатки переносятся водой и ветром, попадая в область накопления осадочных пород (чаще всего это озерные глины, опоки (см. ОПОКА (в геологии)), известняки, болотные торфяники, илистые наносы в поймах и дельтах рек, а для морских водорослей — мелководные известняки).
Формы сохранности ископаемых растений
Форма сохранности ископаемого растения зависит от состава породы и химических условий захоронения. Для крупных органов самая обычная форма сохранности — это отпечатки, которые, однако, не являются механическим оттиском растения на породе, как иногда думают, а представляют собой тонкие минеральные пленки, выпадающие из иловых растворов на поверхности растительного остатка (инкрустация) или во внутренних полостях (субкрустация). При благоприятных условиях сохранившие объем растительные остатки полностью замещаются кремнистыми, карбонатными или железистыми соединениями, образуя окаменелость. Такие остатки представляют особую ценность, так как у них сохраняется структура тканей. Много палеоботанических открытий связано с окаменелостями, заключенными в «угольные почки» — карбонатные стяжения в угольных пластах. Иная форма сохранности возникает из спрессованных растительных остатков, органическое вещество которых не замещено или лишь в незначительной степени замещено минералами. Это так называемые фитолеймы (дословно «растительные пленки», в англоязычной литературе — compressions). Угольный пласт, в сущности, состоит из таких остатков, но по большей части разложившихся и бесструктурных. Мельчайший растительный материал, рассеянный в горных породах, служит материнским веществом для нефти (см. НЕФТЬ)и природного газа. Однако во многих случаях фитолеймы сохраняют клеточную структуру. Такие ископаемые чаще всего образуются в бескислородных условиях на дне застойных водоемов. При этом лучше всего сохраняются образования, содержащие химически устойчивые вещества — кутин (см. КУТИН) или спорополленин. Это кутикулярные пленки, покрывающие эпидермис («кожицу») наземных растений, оболочки спор и пыльцы. Даже у самых древних растений под сканирующим электронным микроскопом прекрасно видны мельчайшие стуктурные детали этих образований.
Методы исследования
Наука, изучающая ископаемые растения, называется палеоботаникой (см. ПАЛЕОБОТАНИКА). В современных палеоботанических исследованиях широко используется световая и электронная микроскопия, требующая довольно сложных методов обработки ископаемого растительного материала — выделения из породы, изготовления шлифов и срезов, препаратов кутикулы, спор, пыльцы и др. Благодаря этому ископаемые растения по морфологической изученности немногим уступают современным. Полученные в ходе палеоботанических исследований данные используются в систематике растений, для решения эволюционных проблем, для познания растительности и климатических условий прошлого, а также в стратиграфии (науке о последовательности и пространственных взаимоотношениях слоев осадочной оболочки Земли). Так, в результате палеоботанических исследований были открыты предковые формы голосеменных и цветковых растений (прогимноспермы (см. ПРОГИМНОСПЕРМЫ) и проангиоспермы (см. ПРОАНГИОСПЕРМЫ), соответственно), еще не имевшие листьев первичные наземные растения псилофиты (см. ПСИЛОФИТЫ), разделившиеся в результате быстротечных морфологических преобразований на основные эволюционные стволы растительного мира. Эти открытия позволили в первом приближении построить документально обоснованную филогению (см. ФИЛОГЕНЕЗ) растительного мира, работа над которой продолжается.
Реконструкция прошлого
Смена растительных остатков в ходе геологического времени, запечатленная палеоботанической летописью, дает представление не только об эволюционной последовательности форм, но и о развитии растительности в связи с глобальными изменениями климата и другими факторами среды обитания, которые также удается реконструировать на основе палеоботанических данных. Сейчас уже много известно о растительных сообществах прошлого, об экологии исчезнувших с лица земли лесов, об их значении в эволюции животных и человека. Мы можем точно установить, какие растения посещали насекомые, жившие сотни миллионов лет назад: в их желудках нередко сохраняется пыльца вымерших растений. Подобные находки проливают свет на сопряженную эволюцию (коэволюцию) растений и животных, но в этой области еще много непознанного.
На ранних этапах палеоботанических исследований, в середине 18 века, ископаемые растения принимали за остатки ныне живущих видов. Однако такие экзотические находки, как листья пальм в арктических широтах, опрокидывали представление о неизменности лика Земли и населяющих ее существ. Вначале подобные находки объясняли иным распределением видов в прошлом. Действительно, на территории Европы когда-то встречались растения, ближайшие родственники которых сейчас обитают лишь в тропиках. Со временем пришлось признать, что многие ископаемые остатки принадлежат полностью вымершим группам растений, причем чем дальше вглубь времен, тем таких ископаемых больше.
Этапы эволюции
Эволюция растительного мира распадается на крупные этапы, соответствующие эрам, периодам и эпохам геологической летописи. Древнейшие растения — это остатки микроскопических водорослей, сохранившиеся в горных породах, геологический возраст которых более двух миллиардов лет. Около шестисот миллионов лет назад появились многоклеточные слоевищные растения, давшие начало различным типам высших водорослей, без больших изменений сохранившихся до наших дней. Первые признаки существования наземных растений (главным образом, обрывки кутикулы и споры) мы находим на хронологическом уровне около четырехсот миллионов лет назад. Эти этапы замедленной эволюции сменились в девонском периоде бурным развитием псилофитов, давших начало всем известным сейчас классам высших растений, за исключением цветковых, появившихся много позже, около 130 миллионов лет назад. В девонском периоде (см. ДЕВОНСКАЯ СИСТЕМА (ПЕРИОД))практически одновременно возникли примитивные формы папоротников (см. ПАПОРОТНИКОВИДНЫЕ), плауновидных (см. ПЛАУНОВИДНЫЕ), членистостебельных и, к концу его — голосеменных (см. ГОЛОСЕМЕННЫЕ). В последующем каменноугольном периоде (см. КАМЕННОУГОЛЬНАЯ СИСТЕМА (ПЕРИОД))резко возросло разнообразие как споровых, так и семенных растений. Плауновидные и членистостебельные достигали размеров крупных деревьев. Конец палеозойской (см. ПАЛЕОЗОЙСКАЯ ЭРАТЕМА (ЭРА))и мезозойская эры (см. МЕЗОЗОЙСКАЯ ЭРА)прошли под знаком бурной эволюции голосеменных, среди которых обособились саговниковые (см. САГОВНИКИ), гинкговые, хвойные, гнетовые (см. ГНЕТОВЫЕ) и многие вымершие группы. К концу мезозойской эры уже главенствовали цветковые растения. Эти эволюционные события формировали общий облик растительности, который в целом приближался к современному. Однако в определенные моменты геологической истории происходило кардинальное преобразование растительности всех континентов. Все эти сложные процессы известны лишь в общих чертах. Движущие силы и механизмы эволюционных преобразований еще остаются во многом неясными.