В процессе эволюции листья растений, аналогично другим органам живых организмов, совершенствовались Однако долгое время исследователям было не понятно, для чего листьм нужна сложная система прожилок и каким образом она сформировалась. Новое исследование ученых из Великобритании даёт ответы на эти вопросы.
ru.freepik.com
Они изучили эволюцию сетей прожилок на ископаемых листьях растений пенсильванской эры (примерно от 323 до 299 миллионов лет назад). В начале этого периода листья имели примитивную структуру с несколькими боковыми жилками, идущими от центральной линии, наподобие веток от дерева. К концу пенсильванской эры появились более сложные листья с сетчатым типом жилкования, где жилки переплетались друг с другом на периферии.
Предыдущие исследования показали, что листья с сетчатым жилкованием обладают наибольшей эффективностью в передаче питательных веществ и газообмене благодаря увеличенной длине сосудов. Ранее считалось, что появление сетчатого жилкования было обусловлено резкими климатическими изменениями в пенсильванскую эру, когда растения выживали в условиях дефицита влаги и пониженного содержания углекислого газа в атмосфере.
ru.freepik.com
Однако новое исследование сосредоточено на том, как более сложная сеть жилок обеспечивает защиту листа при его повреждении. Исследователи выбрали семь различных видов растений пенсильванской эпохи, для которых имеются образцы полных листьев, а также ископаемого семенного папоротника Rhacopteris lindsaeformis и одного из современных видов березы Betula alba.
Структура жилок (и следовательно, питания и общего функционирования) листьев была оцифрована. После этого с помощью компьютерного моделирования ученые провели испытания различных сценариев повреждения жилок или листовых пластин. По результатам исследования заявлено, что при повреждениях как жилок, так и листовых пластин, листья с простым типом жилкования оказались наименее устойчивыми к повреждениям. Большую стойкость проявили пенсильванские сетчатые листья. Среди всех изученных растений современная береза Betula alba оказалась наиболее устойчивой к повреждениям, судя по результатам анализа.
При этом листья с простой сеткой жилок оказались менее жизнеспособными и подверженными отмиранию даже при небольших повреждениях листовых пластин, а не сосудов. В отличие от них у современной березы, находящейся на более высоком этапе эволюции, последствия повреждений практически всегда были соизмеримы с масштабами повреждений. Возможно, это объясняется тем, что сетчатые жилки листа взаимосвязаны несколькими путями, что позволяет поддерживать циркуляцию даже при неполном нарушении.
Это доказывает гипотезу о том, что сетчатая структура жилок могла появиться для защиты листьев от механических повреждений. Авторы исследования отмечают, что пока нет подтверждений того, что возникновение сетчатой структуры жилок способствовало вытеснению других видов и сделало новые виды доминирующими. Взрыв разнообразия растений с такими особенностями произошел значительно позже, в конце мезозойской эры, которая закончилась около 66 миллионов лет назад.
11 мая 2024
