Зеленото царство на сенките

Густав Андерсън е имал правилния инстинкт, когато е открил странна бучка в полето си в края на 60-те години. Фермерът от Южна Швеция изпрати находката с големината на юмрук до Природонаучния музей в Стокхолм. Там тя беше идентифицирана като коренище на праисторическа папрат някъде по-късно и вкаменяването изчезна в чекмедже за четиридесет години.

Малкото палеоботанично чудо остава неоткрито, докато миналата година германският постдок Бенджамин Бомфлер не се е заел да изследва тънките части на изкопаемите на около 180 милиона години „в един малко скучен следобед“.

По този начин Bomfleur се натъкна на нещо, което преди това ботаниците са пропуснали и което списание Science незабавно публикува: „Има повече анатомично добре запазени фосилни папрати. Но в този случай все още можете да видите подробности за клетъчното съдържание под микроскопа, които са били фиксирани в минерална форма, когато вулканично изригване е покрило папрата със седимент. В някои клетки можете дори ясно да видите хромозомите. “Така вкамененият образец предоставя клетъчно-биологични прозрения за еволюцията на папрати, тези растения, които са били сред първите, които са разработили пътища за транспорт на вода и хранителни вещества преди повече от 400 милиона години.

Родът на истинските папрати обхваща само 11 000 вида

Техните потомци в гората и градината напомнят на отминали времена, когато те разгръщат листата си през пролетта. „Едва ли някоя друга растителна група днес позволява такъв дълъг, непрекъснат поглед назад в историята на своето развитие, характеризираща се с възходи и падения, фази на стагнация и толкова бърза еволюция“, ентусиазира Бомфлер.

Птеридофитите, под които се имат предвид папратите и някои от техните древни роднини, процъфтяват в Девонските планини, но техният разцвет настъпва преди около 350 милиона години в карбона. Заедно с гигантски дървета от хвощ и мъх, дървесните папрати, както и днес растат по подобен начин в тропиците, образуват онези гори, които по-късно се превръщат в находища на кафяви и твърди въглища и по този начин енергийни носители на нашето индустриално общество.

В продължение на милиони години безцветните птеридофити са управлявали земята. Развиват се обаче и семенните растения, които са по-добре приспособени към сушата, към които принадлежат цъфтящите цъфтящи растения (покритосеменни растения), чието разнообразие най-накрая е избухнало в Креда преди около 120 милиона години. Днес броят им се изчислява на 300 000 вида и превъзхожда всички останали групи растения; класът на истинските папрати обхваща само около 11 000 вида.

Жалки останки от по-добри времена

Разпространените от вятъра или насекомите поленови зърна и богатите на хранителни вещества семена, които се използват за ефективно осигуряване на потомство, са рецептата за успех на семенните растения. Със своя бум, светът на папратите загуби богатството си: видовете, които все още съществуват, изглеждат като жалък остатък от по-добри времена, останки от пустия комплекс „Джурасик парк“.

Коренният вкаменелост от Швеция се вписва в тази картина. Сега на клетъчно ниво се доказва, че семейството на кралската папрат, което може да бъде проследено до края на триаса (преди повече от 200 милиона години), почти не се е променило до днес. „Следователно осмундаците могат да бъдат наречени живи вкаменености с чиста съвест“, казва Бомфлер.

Тази първичност не се отнася еднакво за по-голямата част от папратите. Триумфалното напредване на цъфтящите растения ги изтласка назад, но в същото време конкуренцията насърчи появата на нови форми. Линиите на развитие на повечето съвременни папрати водят обратно към периода Креда, както показват генетичните анализи, които изследователите, водени от ботаника Харалд Шнайдер от Лондонския природонаучен музей, публикувани в Nature през 2004 г. „Докато някои линии като тази на кралските папрати привличат вниманието чрез консерватизъм, много от групите, които се появиха по това време, показват значителна широта на иновациите. Това може да се види и от впечатляващите вариации в структурата на издънките и листата в сравнение със семенните растения “, обяснява Шнайдер.

Малко еволюционно стари групи

Важна иновация, която позволи на новите папрати да процъфтяват в сянката на нововъзникващите иглолистни и широколистни гори, очевидно е белтъчният неохром. Светлинен рецептор, който е особено чувствителен към червените компоненти на слънчевата светлина, които всъщност проникват през гъстата зеленина до земята. Този протеин, който е чувствителен към остатъчна светлина, се намира в почти всички папрати, които съществуват днес, само няколко еволюционно стари групи като царските папрати успяха да се противопоставят на зелената конкуренция дори без неохром.

Международен екип от изследователи вярва, че сега е решил загадката как и кога повечето папрати са получили своя неохром, който иначе е известен предимно от зелените водорасли. Изследователите, работещи с Fay-Wie Li от университета Дюк в Америка, откриха генетичния състав на рогов мъх във форма, която е много подобна на тази на папратите.

В специализираното списание PNAS изследователите предполагат, че хоризонтален генен трансфер между мъх и растение е могъл да се случи преди около 179 милиона години: генетичният материал се прехвърля директно от един вид в друг. Например, бактериите обменят генетична информация за антибиотичната резистентност, докато явлението е голямо изключение в случая на растения. За папратите генното преливане би могло да дойде точно в точното време, в противен случай те може да не са оцелели от изгрева на семенните растения, подозират изследователите.

Многобройни култивирани форми във викторианска Англия

И до днес повечето папрати предпочитат сенчести, влажни гори като места. Там процъфтяват често срещани видове като червея папрат или сухар с многобройните си разклонени листа. Но те се предлагат и като водни растения, например под формата на водна папрат Salvinia molesta, която идва от Бразилия и се пренася по целия свят, понякога напълно покрива водни басейни и по този начин нарушава съответното екологично равновесие.

За разлика от тази чума, други тропически видове, като папрат от рога и папрат с меч, са популярни стайни растения. А градинарите със сигурност оценяват женските, щраусовите и царските папрати или украсата на щитовите папрати от рода Polystichum, снабдени с великолепни листа, особено след като се справят с малко светлина.

Образците, показани на тази двойна страница, са открити и в специална сенчеста градина във Фюрт, Бавария: ландшафтният архитект и градински историк Йохен Матц е събрал около 300 различни папрати в зона на градина, заложена преди повече от сто години. В допълнение към типичните видове с умерени географски ширини и техните варианти, тук растат и многобройни култивирани форми, които са имали голяма фен база във викторианска Англия.

Предимства на две стратегии за разпространение

Тъмно и влажно - по този начин папратите обикновено го харесват, но някои видове са проникнали и в по-неблагоприятни региони като високи планини или пустини. Далаковата папрат Asplenium ceterach, която расте в пукнатини в скалата, е един от тези екстремисти. Този вид, който също е роден в Германия, е едно от така наречените растения за възкресение, които оцеляват при пълно изсъхване и могат да бъдат съживени в продължение на години, ако вали.

Но дори толкова тежки растежи зависят от водата в даден момент, най-късно, когато става въпрос за секс. Подобно на водораслите и мъховете, папратите имат промяна в поколението: безполовото размножаване чрез спори се редува със сексуалното размножаване, което все още е свързано с влажния елемент. Това позволява на папратите да се възползват от двете стратегии за размножаване. Те се възползват, от една страна, от безполовото масово производство на спори, разпространявани от вятъра, а от друга страна от рекомбинацията на генетичния състав по време на оплождането на яйцеклетките, което увеличава тяхната адаптивност.

Папрати в лятна нощ

Като еволюционен напредък в сравнение с филогенетично по-старите мъхове може да се твърди, че както забележимите папратови растения, наречени спорофити в технически жаргон, така и техните спори оцеляват в сухи периоди. Алтернативната форма на живот на папрат, малкият гаметофит, който покълва от спората, е по-чувствителен и напомня за ботаническия произход не само в мъхоподобната структура.

Малко влага не е достатъчно за половото размножаване, което му е наложено, гаметофитът се нуждае от него наистина мокър: сперматозоидите му се нуждаят от непрекъснат филм от вода, за да стигнат до яйцеклетките на съседен гаметофит. И съответно, прашецът, ужасен от страдащите от алергии, означава сексуална революция в растителното царство - прашецът освободи семенните растения от оплодителната среда.

Изумителният факт, че папратите, за разлика от другите местни растения, изобщо нямат цветя, в миналото е вдъхновил много приказни интерпретации. На фините спори се приписват всякакви магически ефекти, Хилдегард фон Бинген дори дава на папратите силата да изстреля дявола. Според общоприетото руско вярване папратите наистина цъфтят, но само през лятната нощ. Тези, които след това намерят вълшебното цвете на папрат, са сигурни в късмет и богатство. Според легендата.