Как растения помогли сделать Землю уникальной

Растения помогли сформировать нашу планету. Новое исследование продемонстрировало, что первая появившаяся на суше жизнь не только изменила круговорот питательных веществ, но и поспособствовала одному из массовых вымираний на Земле. А с эволюцией растений формировались и реки, создавая больше мест обитания для флоры, а позже и для фауны.

Это дополнительное доказательство того, что Земля формировалась не только благодаря физическим процессам, пишут редакторы журнала «Геонаука природы». Исследование помогает объяснить, почему Земля, очевидно, уникальна во вселенной: ведь она эволюционировала одновременно с жизнью, населяющей ее.

«Без влияния жизни Земля не стала бы такой планетой, какой она является сейчас, - отмечают ученые. – Даже если есть ряд планет, на которых могут существовать такие необходимые для жизни в нашем понимании процессы, как тектоническая активность, текучая вода и химические циклы, маловероятно, что они будут такими, как на Земле».

Первое массовое вымирание

Окаменелости микроскопических спор, указывающих на простейшие растения – возможно, схожих на современные мхи и печеночники – впервые появились на суше около 470 миллионов лет назад. Это случилось относительно недавно по сравнению с другими формирующими планету событиями, связанными с крошечными микроорганизмами, имеющими способность растений к фотосинтезу, то есть использованию солнечного света для производства сахара. Считается, что около 2 миллиардов лет до того цианобактерии, также называемые сине-зелене водоросли, начали наполнять кислородом атмосферу как побочным продуктом фотосинтеза.

Примерно в то время, может, немного раньше планета охладилась, распространились ледники, и понизился уровень моря. Результатом стало массовое вымирание конца Ордовикского периода, которое опустошило океаны, к которым была привязана жизнь того времени.

Перед вымиранием уровень двуокиси углерода – важного парникового газа – в атмосфере во много раз превышал современный. Но что-то заставило значительно понизиться и объемы углекислого газа, и температуру. По словам ученых, этому способствовали ранние растения.

Растения усиливают процесс, связанный с эрозией кремния, который впитывает углерод из атмосферы и, в конечно итоге, прячет его на дне океана. Вот как это работает: двуокись углерода в атмосфере формирует углекислоту. Она выпадает в виде кислотных дождей, вступает в реакцию с камнями, содержащими кремний, создавая углекислую соль, которая, в конце концов, смывается в океан, где формирует известняки.

«Таким образом, это похоже на насос, перекачивающий двуокись углерода на дно океана, - объясняет Лайм Долан, исследователь и профессор ботаники Оксфордского университета. – На дно океана, где он и изолируется».

На фото сверху можно увидеть современный мох Physcomitrella patens, используемый учеными, чтобы понять, как простые растения могли повлиять на значительное изменение климата, вызвавшее ордовикское вымирание около 450 миллионов лет назад.

Чтобы получить необходимые питательные вещества, растения выделяют кислоты, которые растворяют камни, высвобождая нужные минералы. Позже, с развитием корней, растения начали физически разламывать камни.

Теория под названием «Гипотеза о растениях Девонского периода» предполагает, что более сложная фауна, называемая сосудистые растения, появившаяся гораздо позже, поспособствовала массовому вымиранию Девонского периода при помощи такого же охлаждающего механизма.

Долан и его коллеги подозревали, что и более ранняя флора имела схожее влияние. Они провели испытания, как современный мох Physcomitrella patens влияет на выделение элементов из двух типов камней: гранита и более мягкого андезита. Они обнаружили, что мох усиливает эрозию в сравнении с сосудистыми растениями.

Используя климатическую модель, они продемонстрировали, что, если растения, как мох, в промежутке от 475 до 460 миллионов лет назад населяли бы 15 процентов в настоящее время озелененной территории, уровень атмосферного углекислого газа уменьшился бы достаточно для глобального охлаждения и распространения ледников.

По словам Долана, земные растения могли повлиять на вымирание тех времен путем наполнения океанов фосфором, который они высвобождали из камней. Эти дополнительные объемы фосфора стали причиной нехватки кислорода в воде, как это происходит и в современных мертвых зонах, таких как Мексиканский залив.

Таким образом, отмечают ученые, эволюция первых земных растений могла опосредованно повлиять на уничтожение многих представителей океанской флоры.

Реки, как мы их знаем

Растения, как оказалось, повлияли и на формирование внешнего облика нашей планеты. В Кембрийский период, более 500 миллионов лет назад, реки были широкими и мелкими. Очертания их берегов неясны в геологических разрезах. Некоторые ученые считают, что соотношение ширины к глубине составляло 1 000 к 1.

Эволюция земных растений, а также при помощи грязи, в конечном итоге дала современным рекам, как минимум тем, что остались в природном виде, извилистые, узкие каналы, острова, грязевые поймы и богатую фауну. Однако многие современные реки в результате изменений, внесенных человеком, текут не по природному маршруту.

Кроме того, что растения вызвали изменения в реках и окружающих их территориях – удерживая берега, создавая лесные чащи или содействуя формированию почвы - они также открыли новые возможности и для самих себя, и для животных, таких как рыбы.

Очевидно, первые простейшие растения появились на земле около 470 миллионов лет назад. Грязь, будучи более связывающим веществом в сравнении с песком, появилась примерно тогда же, может, чуть раньше. Это дало речным берегам больше прочности, позволяя каналам углубляться и, в конечно итоге, становиться извилистыми. Как утверждают ученые, тогда как грязь начала этот процесс, именно растения позволили ему продолжаться.

Растения содействую образованию грязи, разбивая камни и кислотами, и позже корнями, что со временем упрочило речные берега. Первые извилистые реки появились около 416 миллионов лет назад. С их изменением создавались новые возможности и для самих растений, и для животных, в частности, насекомых и рыб.

Около 320 миллионов лет назад появились переплетения узких каналов с прочными берегами. По словам ученых, причиной этому стали хвойные деревья. У них обширная корневая система, и их находят в окаменелостях, датируемых примерно тем периодом времени.

Лесные чащи, появившиеся гораздо раньше хвойных деревьев, также имели большое влияние. Современные реки с бревнами и корягами уже, течение их медленнее, а берега прочнее. (Европейские колонисты, пытаясь сделать реки судоходными, убрали бревна и заросли, получив противоположный результат). Подводная растительность также является важным местом обитания пресноводных рыб.

Более 300 миллионов лет назад с распространением лесов начали появляться острова, берега которых оставались прочными благодаря корням деревьев. Однако, как объясняют исследователи, сложно делать основательные выводы, так как органическая материя часто плохо сохраняется в геологическом разрезе. Даже большие деревья и бревна разлагаются быстро.