Палеоботаника » Консервам 300 миллионов лет

Бенетитты

admin — Tue, 08 Dec 2009 06:46:41 +0000

В начале нашего столетия шведский палеоботаник А. Г. Натгорст, один из патриархов эпидермального метода, получил препараты кутикулы с листьев тениоптерис. Затем работу продолжили англичане Г. Томас, Н. Бэн-крофт и Т. Гаррис. Результаты получились, по меньшей мере, неожиданными. Под однообразными, почти стереотипными листьями скрывались две совершенно разные группы растений. Одна группа — цикадовые — живет до сих пор в тропиках, иногда их называют саговыми пальмами. Другая группа вымерла вместе с динозаврами. В честь американского публициста, организатора научных экспедиций Д. Г. Беннетта ее назвали «беннеттитами». Это сложная и во многом загадочная группа растений, у которых органы размножения отдаленно напоминали цветы магнолии. В свое время предполагали» что беннеттиты — прямые предки цветковых растений, но сейчас от этого мнения отказались. Когда сопоставили находки листьев и органов размножения у разных цикадовых и беннеттитов, то выяснилось, что у вторых устьица устроены значительно сложнее, чем у первых, стенки между соседними клетками у беннеттитов извилистые, а у цикадовых прямые. Чтобы распознать по листьям две такие большие группы растений, теперь не обязательно дожидаться, пока попадутся и листья, и «цветы» на одной ветке. Достаточно сделать препарат кутикулы.

Хвойные – тоже симулянты

admin — Tue, 01 Dec 2009 06:50:34 +0000

Пожалуй, наиболее интересные и важные открытия с эпидермальным методом в руках были сделаны, когда палеоботаники взялись изучать хвойные. Больше всех потрудился над ними шведский палеоботаник Рудольф Флорин. В начале своей деятельности Флорин занимался мхами, ископаемыми цветковыми, а потом по совету своего наставника Натгорста (о нем мы только что говорили) занялся хвойными. Выбор был не случайным.
Остатки хвойных впервые появляются в каменноугольных отложениях и дальше (вверх по разрезу) встречаются в большом количестве в отложениях всех геологических периодов. Листья у хвойных маленькие (в обиходе их называют иглами) и крепко держатся на веточках. Имея дело с другими группами растений, палеоботаник редко может наслаждаться таким совпадением, чтобы листья были и целыми, и сидели в большом количестве на ветках, а не разбросаны в породе поодиночке. Это, однако, единственное достоинство остатков хвойных. В остальном систематизировать их по внешнему виду — сущее наказание. Дело это не только трудное, но и ненадежное. Насколько обманчива может быть внешность хвойных, видно из рис. 12, на котором изображены сходные листья разных родов (хороший пример симуляции) и очень разные листья одного рода.
Флорин стал изучать ископаемые хвойные, приготавливая препараты кутикулы, и опубликовал несколько статей, но потом понял, что все же надо проверить, насколько показательна та или иная особенность в строении их эпидермы, т. е. на что можно положиться и чем можно пренебречь. Сделать это можно было только на современных хвойных, и Флорин предпринял гигантскую работу. Он объездил многие ботанические сады, путешествовал по разным странам р всюду собирал гербарии. У каждого вида он старался взять р первые листочки, появляющиеся вскоре после прорастания семени, и старые листья. Он обрывал иглы с деревьев, растущих на болоте и на сухом месте. Флорин решил учесть все возможные причины, , от которых могло зависеть изменение микроструктуры листа. На эту работу ушло лет десять, и в 1931 г. вышла в свет толстая монография, настоящая энциклопедия, в которой были обобщены результаты огромного, единственного в своем роде труда.

Исследования и выводы Флорина

admin — Tue, 24 Nov 2009 06:51:06 +0000

К 30-м годам строение кутикулы ископаемых и современных растений изучали многие специалисты, которые хорошо понимали надежность эпидермального метода. Но до работы Флорина никто не думал, что микроструктура
листа порой может поспорить по своему значению для систематики с такими проверенными, надежными признаками, как строение цветка, шишки и т. д. С точки зрения общебиологических соображений этот факт остается не-объясненным до сих пор. В каждом растении и животном есть органы, которые тщательнее всего охраняются естественным отбором даже от незначительных изменений. Таково, например, жилкование крыла много и быстро летающих насекомых. Здесь каждая жилка занимает строго определенное место. Малейшее смещение нарушит аэродинамику крыла, даст преимущества конкуренту. У растений тоже не случайно наибольшим постоянством обладают органы размножения. Здесь важен и темп развития (иначе семена могут вызреть слишком поздно или рано), и постоянство структуры, обеспечивающей максимальный эффект при воспроизведении потомства. Другое дело листья. Их общее очертание и жилкование тоже имеют свое значение (обычно для нас неясное), но все же небольшие произвольные отклонения не так страшны, и мы их наблюдаем довольно часто. Такие же отклонения наблюдали и в микроструктуре. В более засушливых условиях растет количество устьиц, а размер клеток эпидермы уменьшается.
Рассуждения на этот счет казались вполне логичными. Из всех органов лист больше.всего соприкасается с внешней средой. Ее постоянные перемены очевидны («то дождь, то снег»), значит р в листе нельзя ждать большого постоянства. Тем не менее наблюдения Флорина показали: да, действительно, в строении эпидермы есть некоторые колебания; верно, что и размеры клеток, и количество устьиц могут меняться даже у одного вида. Но к основным особенностям эпидермы это не относится. Строение устьиц, их расположение, орнамент стенок, — признаки устойчивые и не зависят от случайных причин.
Закончив эту работу, Флорин взялся за ископаемые хвойные, подверг ревизии старые определения, описал много новых видов и родов, показал закономерности их распространения в пространстве. Флорин подвел теоретическую базу под самый точный и надежный метод изучения ископаемых листьев. Этим исследованиям шведского палеоботаника нет цены, и мы к ним еще вернемся, когда будем решать загадку сосновой шишки и рассуждать о дрейфующих материках.

Теперь за микроскоп!

admin — Thu, 17 Sep 2009 06:45:53 +0000

Трудно сказать, с чем чаще встречается палеоботаник, когда он, наконец, садится за микроскоп, — с новыми вопросами или с долгожданными ответами. Прежде, чем дать ответы, эпидермальный метод требует очень многого. Нужно разобраться в сложном орнаменте клеток, устьиц и бугорков на кутикуле, что не всегда просто. Надо проследить, как меняется клеточное строение от середины листа к краю и от основания к верхушке. Особенно трудно разобраться в структуре устьиц (бывали случаи, когда исследователи принимали за устьица клетки, сидевшие в основании опавших волосков). Затем предстоит перебрать литературу по изучаемой группе растений, посмотреть, какие препараты получились у предшественников. Литература по структуре эпидермы ископаемых растений уже достаточно велика (сотни названий), но не всегда хороши иллюстрации и полны описания. Сидит палеоботаник, смотрит на препарат, на картинку в книге, читает описание и мучается: правильно ли он понял характерные признаки вида или рода? А если что-то не сходится, то в чем дело? Может быть, ошибка? Тогда у кого? Может быть, сам ошибся, может быть предшественник, а может быть просто дело в том, что попались разные растения. Впрочем, это уже трудности, свойственные любой работе по систематике живых существ, и эпидермальный метод здесь не отличается от любого другого.
Но мы отвлеклись от наших растений-симулянтов, с которых начался разговор о кутикуле. Вернемся и познакомимся с ними. В мезозойских отложениях часто встречаются листья, немного похожие на фикус. Толстая жилка пробегает от основания к верхушке, от нее к краям почти под прямым углом бегут тонкие боковые жилки, которые изредка ветвятся. Структура нехитрая, листьев таких встречается много,, относили их к роду тениоптерис (дословный перевод «лентовидный папоротник»), а виды выделяли по внешнему облику. На первых порах такие листья нетрудно систематизировать: длинные листья в одну сторону, короткие — в другую, жилки густые — один вид, пореже жилки — другой, и т. д. Но шло время и грани между видами становились нерезкими, красоты и четкости в такой систематике не было, естественно, никакой.

Фитолейма в тигле

admin — Thu, 17 Sep 2009 06:45:02 +0000

Итак, на столе лежит образец, а на нем почерневший, обуглившийся, спресованный остаток листа. Все то, что остается от листа, наш известный палеоботаник А. Н. Криштофович назвал «фитолеймой». По-гречески «фитон» — растение, а «лейма» — остаток. Обрабатывать всю фитолейму кислотами и щелочами нет нужды. Достаточно взять кусочки ее из разных мест. Иногда для этого хватает иглы и пинцета, иногда приходится обрабатывать фитолейму кислотой. Черный или темно-бурый ломтик ложится на дно тигля вместе с кристалликами бертолетовой соли и несколькими каплями азотной кислоты. Такая окислительная среда называется «смесь Шульце», палеоботаники применяют ее уже без малого сто лет. В смеси Шульце фитолейма пролежит от получаса до нескольких дней. Все зависит от того, насколько изменилась она с того времени, как была погребена в осадке. Наконец, она стала рыжеть и просвечивать. После ванны в дистиллированной воде фитолейма заливается нашатырным спиртом (или другой щелочью) и начинает шевелиться. Это растворяется уголь, зажатый между кутикулами обеих сторон листа. Под микроскопом видно, как бурые клубы выползают из щели и двигают фитолейму.
Проходит немного времени, и вот в потемневшем растворе поплыли прозрачные пленки. Это и есть лоскутки долгожданной кутикулы. Пипеткой или иглой их надо перенести на предметное стекло, расправить, капнуть сверху горячим раствором желатины в глицерине и накрыть покровным стеклом. Можно смотреть в микроскоп.
Все идет так гладко, конечно, лишь на бумаге. Обычно же приходится проявлять большую или меньшую долю терпения. То фитолейма не желает покидать камень, то она оказывается грязной, и ее приходится травить плавиковой кислотой, то кусочки кутикулы получаются такими крохотными, что их еле заставишь переселиться на предметное стекло. Но если все идет идеально, в день можно успеть сделать два-три десятка препаратов.

Химию и микроскоп в помощники

admin — Thu, 17 Sep 2009 06:44:16 +0000

К сожалению, в своих статьях, имеющих форму сухого отчета, ученые редко пишут, как они пришли к открытию. По этой причине теперь трудно восстановить, как возникла мысль отделять кутикулу от ископаемых листьев. Возможно, было так. Первой это сделала сама природа. Составляющий кутикулу кутин — очень стойкое вещество. Ему не страшны почти все известные кислоты и щелочи, время также практически на него не действует. Основной враг кутина — высокая температура. Может оказаться губительным и длительное выветривание. Но, прежде чем добраться до кутина, выветривание обычно разрушает обуглившуюся внутреннюю часть листа. Как все это происходит в природе, мы достоверно не знаем, но только в горных породах попадаются листья или их обрывки, от которых осталась лишь кутиновая оболочка. Иногда в таком плоском мешке (кутикула покрывает лист с обеих сторон) остаются жилки. Вот такие-то обработанные природой остатки и попали в руки И. Борнеманна. Он рассмотрел пленочки под микроскопом, обнаружил устьица, клетки с бугорками, тщательно все описал и сопроводил работу отличными цветными рисунками. Борнеманн понял, что все подмеченные им детали можно использовать при определении ископаемых листьев, но прежде испытал на тот же предмет современные растения. Рисунки микроструктуры некоторых из них он также включил в свою монографию.
Первый опыт получился удачным. Теперь надо было проделать с другими листьями то же, что природа сделала с экземплярами Борнеманна. Здесь и пришла на помощь химия. Нужно было растворить обугленную часть листа и не повредить при этом кутикулу. К тому времени, т. е. ко второй половине прошлого века химики уже научились растворять уголь. Его подвергали глубокому окислению, а затем образовавшиеся соединения с помощью щелочи переводили в раствор. Давайте теперь мысленно проследим путь ископаемого листа от куска камня до столика микроскопа.

Помощники палеоботаника

admin — Thu, 17 Sep 2009 06:43:50 +0000

Раз внешность обманчива, раз два сходных листа могут принадлежать разным видам, родам, семействам, порядкам и даже классам; и, наоборот, раз два листа, имеющих мало общего, могут принадлежать одному виду, роду и т. д., значит оставим пока внешность в стороне и заглянем вглубь, в детали, в микроструктуру. Наверное, примерно так рассуждал более ста лет назад немецкий палеоботаник Иоганн Борнеманн, вводя в свою науку новый метод, который позже был назван «эпидермальным», «кутикулярным» пли «эпидермально-кутикулярным».
Еще в первой половине прошлого века ботаникам было известно, что поверхностная кожица (обычно ее называют эпидермой) листьев разных растений неодинакова. Волоски, бугорки, форма и размеры клеток, тонкая структура стенок, разделяющих клетки,— вот несколько взятых наудачу признаков, которые отличают эпидерму разных растений. Но главное характерное свойство эпидермы — устьица. За исключением грибов, лишайников, водорослей и ыхов устьица есть у всех растений, и разнообразие их неисчерпаемо. Через отверстия устьиц происходит газообмен ц пспарение лишней воды. Само устьице — не просто дырочка, а миниатюрное реле, чутко отзывающееся на влажность воздуха и содержание воды в теле растения. Стало слишком сухо — все устьица закрыты, лишь дежурные позволяют растению дышать, но вот прошел дождь, и клетки, замыкающие отверстия, расходятся.
У большинства наземных растений эпидерма сверху покрыта тонкой пленкой высокополимерного органического вещества кутина, не дающей газообмену идти, где попало, помимо устьиц. Эта пленка — кутикула — аккуратно повторяет очертания всех клеток эпидермы, волосков, устьиц и еще сама иногда украшена тонким орнаментом или снабжена порами. Конечно, хорошо, когда можно изучить и клетки эпидермы, и кутикулу, но на ископаемых листьях редко удается видеть и то, и другое.
К счастью, кутикула — достаточно хороший копиист, на ней видно почти все, что нужно. Надо только ее снять с ископаемого листа. И здесь, наконец, природа пошла навстречу исследователю — редкий случай, которым палеоботаники и воспользовались.

Растения – симулянты

admin — Thu, 17 Sep 2009 06:42:43 +0000

В биологии есть такое понятие — симулирующие формы. Это не первый случай, когда обиходное и научное значения слова не совпадают. «Симулирующий» в биологии не значит «изображающий недуг». Симулирующие формы — просто внешне сходные животные или растения, в действительности не являющиеся родственниками. Для такого сходства введено много других названий: гомоплазия, конвергенция, параллелизм, гомеоморфия, мимикрия и т. д. Но это уже терминологические дебри, в которые лучше пока не забираться.
Наверное, многие начинающие грибники с досадой отшвыривали в сторону валуй, который издали выглядит, как белый гриб. Если такой гриб не попал в кастрюлю, этим исчерпывается конфликт с симулирующей формой. Достаточно заглянуть под шляпку гриба, и симуляция разоблачена. Но палеоботанику не всегда так просто заглянуть под шляпку. Растение почти никогда не попадает ему в руки целиком. Обычно это или только стебли, или только листья, семена, шишки, корни и т. д., а они могут быть очень похожи у самых разных растений (вспомним про крапиву глухую и крапиву жгучую, которые принадлежат разным семействам). Но иногда бывает наоборот: с первого взгляда ни за что не признаешь близких родственников. Житель средней полосы в листе на рис. 9, б не узнает дуба, между тем ,это—дуб, и в подтверждение рядом изображены его желуди. Для специалиста по современным растениям такие аномалии не проблема. Он видит растение целиком, «с желудями». Палеоботаник, изучающий отпечатки, среди которых могут попасться такие дубы, тоже разглядит подвох, если он знает современные растения. Но, как только он начинает спускаться в глубь геологических эпох, одним знанием современных растений ему не обойтись. Палеоботаник должен на самих ископаемых листьях искать какие-то важные метки, отличающие или, наоборот, объединяющие растения в естественные систематические категории.
Здесь не случайно вставлено слово «важные». Сходство и различие — понятия растяжимые. Все листья чем-то сходны, и в то же время нет двух одинаковых. Говоря здесь о различиях листьев, мы имеем в виду принадлежность их к разным систематическим категориям. Два листа одного вида имеют внутривидовые различия, два листа разных видов — видовые различия. Далее идут различия родовые, семейственные (от систематической группы «семейство») и так до типа. Все эти категории — вид, род, семейство и т. д. — устанавливаются в ботанике по растению в целом, учитывается все, но основное внимание — органам размножения. Они меньше всего подвержены случайным изменениями поэтому надежнее всего для систематики. Вот здесь-то и начинаются главные беды палео-
ботаника, к которому растения приходят в «разобранном виде», с поломанными и вовсе утраченными частями. Как оценить наблюдаемые отличия и сходства, чему отдать предпочтение?

Исследования угольных почек

admin — Thu, 17 Sep 2009 06:42:15 +0000

известковистом песчанике.
В угольных почках палеоботаники надеялись найти ответы на многие вопросы. Действительно, им удалось получить огромную информацию о растениях каменноугольных лесов. Но часто случалось так, что получаемые ответы напоминали новые, еще более сложные вопросы. Вот характерный пример.
Разрезая угольные почки, найденные з одном из месторождений штата Иллинойс, американец Серджиус Мэмэй обнаружил большое, величиной с папиросную коробку, скопление спорангиев древнего папоротника. Отдельный спорангий имеет миллиметр в диаметре, четыре миллиметра в длину и выглядит, как крохотный банан. Стенка спорангия состоит из нескольких слоев клеток, что
редко встречается у современных папоротников, а в каменноугольное время не было в диковинку. Но у иллиной-ского папоротника (он получил название бискалитека) интересно было другое. Обычно спорангии имеют стенку, состоящую из одинаковых клеток. Лишь небольшая группа клеток утолщена. Это приспособление для вскрытия созревшего спорангия. У бискалитеки утолщенные клетки расположены двумя широкими полосами, а в остальной части стенки тонкие клетки перемежаются с группами мелких утолщенных клеток. Словом, очень сложная структура. Пожалуй, во всем растительном царстве нет спорангиев с такой хитроумной стенкой. Но даже и не это самое удивительное.
Обычно у папоротников споры в спорангиях созре вают, высеиваются и, если повезет с хорошей почвой, прорастают. Получаются крошечные растеньица (заростки), нч которых развиваются мужские и женские половые органы. Из оплодотворенной яйцеклетки вырастает новый папоротник. У бискалитеки, видимо, все было не так. В окаменевших спорангиях Мэмэй нашел уже проросшие споры, причем в некоторых случаях дело дошло до заростка из
10 клеток. Что было с этими заростками потом, как вырастал новый папоротник, мы пе знаем. В куске угольной почки застыла лишь одна стадия сложного жизненного цикла, а палеоботаники получили задачу, которая, если разобраться, стоит побольше, чем пресловутая проблема «снежного человека».

Палеоботаник-конструктор

admin — Thu, 17 Sep 2009 06:41:18 +0000

В одном из номеров чешского журнала «Фотография» была помещена фотозагадка. На ней изображен увеличенный срез кочана капусты. Получилось не сразу понятное чередование белых и темных полосок. Загадку, наверное, быстрее всего отгадали домашние хозяйки, которым вид кочана в разрезе не в диковинку. Не трудно узнать в разрезе арбуз или яблоко. Но когда перед глазами срез неизвестного растения, понять сразу, что к чему, не просто. Инженер или грамотный рабочий может легко нарисовать по трем сечениям детали ее общий вид. А попробуйте разобраться в сложной машине неизвестной конструкции, если вам предложат несколько сотен срезов. Сделать это,
конечно, можно, но сколько трудов надо положить, чтобы проследить от одного среза к другому, что с чем соединяется, и какова форма и структура каждой детали. Именно такова работа палеоботаников, изучающих содержимое угольных почек .
Для реконструкции по срезам сложно ветвящихся стеблей иногда применяется интересный метод. Увеличенные контуры последовательных срезов наносятся на листы прозрачного пластика или воска, которые затем накладываются друг на друга и склеиваются. В прозрачной стопке хорошо видны проходящие внутри контуры, можно вырезать увеличенную модель растения. Примерно таким способом удалось разобраться в строении древнего папоротника ставроптерис из нижнекаменноугольных отлои«ений Шотландии. Остатки ставроптериса были, правда, найдены не в угольных почках, а в известковистом песчанике.