Владимир Леонтьевич Комаров

Происхождение растений

ПРЕДИСЛОВИЕ

Такие вопросы, как: откуда произошел мир, откуда взялась Земля, как появились на ней животные и растения и как произошел человек, мучают любознательные молодые умы и требуют возможно исчерпывающего ответа. Отсюда и потребность в популярной литературе по естествознанию.

На один из таких вопросов и должна ответить наша книжка о происхождении растений.

В ней мало нового. Факты, на которых построено ее изложение, заимствованы из появившихся уже в печати специальных трудов наших и иностранных ученых. Среди них особенно много сделано М. Д. Залесским, посвятившим себя изучению растительных остатков, погребенных в пластах палеозоя, и А. Н. Криштофовичем, отдавшим все свое внимание изучению растений третичного времени. За рубежом те же темы разрабатывали Готан, Потонье, Сапорта, Геер, Скотт, Пиа и другие ученые в Европе; Джеффрей, Берри, Вальтон и другие ученые в Америке. Благодаря их трудам, (в связи с все улучшающейся техникой просветления и микроскопирования растительных остатков в каменных углях и осадочных горных породах, мы иногда знаем об ископаемых растениях такие подробности их строения, которые еще плохо известны для ныне живущих.

Однако для выяснения вопроса о происхождении чего бы то ни было одних фактов недостаточно. Нужна еще теория, объединяющая их в стройное целое. Необходимо философское мышление.

Естественники долгое время были перед дилеммой выбора между двумя основными философскими направлениями — идеалистическим, или спиритуалистическим, и механистическим. Первое признавало основой мира духовное начало и. было в то же время дуалистическим, т. е. признавало противоположение материи и духа. Второе было монистическим, т. е. признавало основой мира только материю, а все психические явления считало лишь одним из свойств последней. Условно можно сказать, что спиритуалистические учения соответствуют мировоззрению феодальных классов, а механистические — мировоззрению буржуазных, по крайней мере, в период борьбы последних с феодализмом. Пролетариат, выходя на арену мировой истории, должен был выявить свое собственное мировоззрение. что и случилось, когда К. Маркс и Ф. Энгельс критически переработали все философское наследство прошлых эпох и ближайшим образом немецкую классическую философию и создали диалектический материализм. Этим они ниспровергли всяческую метафизику. В. И. Ленин добил последнюю своими философскими работами и поставил науку вообще и естествознание в частности на твердое реалистическое основание.

Каким же образом диалектический материализм освещает вопрос о происхождении жизни на Земле?

Прежде всего, следуя ему, мы исключаем все необоснованные гипотезы о происхождении на Земле жизни. Жизнь не извечна, не занесена на Землю с других планет, а тем более из других звездных миров. Жизнь не сотворена, не создана творцом. Жизнь появилась на Земле в результате тех физико-химических превращений вещества, которые имели место в начале протерозойского периода, одновременно с развитием первичной земной коры и первичного океана.

Жизнь в своем начале — результат комплексирования, усложнения химии углерода, в позднейшем результат развития химии протеиновых соединений, бесконечное усложнение тех реакций, в которые вступают так называемые органогены: углерод, кислород, водород и азот как между собой, так и с металло-органическими соединениями.

Далее идет вопрос о том, как усложнялась жизнь раз появившись на Земле. Согласно положениям диалектического материализма, мы не допускаем никакого предвечного закона развития, никакого ортогенеза, никакого автономизма. Развитие жизни совершалось параллельно с усложнением других явлений, происходивших на поверхности Земли. Жизнь не мыслится сама по себе, но только в окружении внешней среды. Изменения в составе и плотности атмосферы, явления выветривания горных пород, изменения в очертании и распределении материков, трансгрессии морей, перемены климата, образование почвенного покрова, наконец, взаимодействие самих живых существ, — таковы причины, влияющие на изменение и осложнение форм и строений, на так называемую эволюцию органических форм.

А над всем этим — периодические и непериодические изменения в состоянии Солнца, в солнечной радиации, главном источнике энергии явлений, происходящих на поверхности земного шара.

Таким образом, в нашем изложении история растительных организмов тесно переплетается с изменениями внешней по отношению к ним среды.

Наконец, творцы исторического материализма указали нам на необходимость держать курс научных исследований возможно ближе к потребностям человечества, к нуждам развивающегося социалистического строительства, к обеспечению благосостояния трудовых масс.

Поэтому и в нашем изложении, посвященном восстановлению далекого прошлого растительного мира, в изложении, по самому существу своему проникнутом тем историзмом, который в свое время так радовал Маркса и Энгельса в сочинениях Лайеля, Ч. Дарвина и других, порой даже мало известных естествоиспытателей, мы посвящаем заключительные страницы культурным растениям, их прошлому и будущему.

Для нас поля золотой пшеницы, белые пятна раскрывающихся коробочек хлопка, гнущиеся под тяжестью плодов фруктовые деревья, синеющие миллионами цветов льняные посевы так же закономерны и так же историчны, как и ископаемые леса Аризоны или картины нетронутой сибирской тайги. На фактах современности учимся мы читать летопись минувшего, а из познания хода исторических процессов, на основании наших знаний о минувшем, пытаемся наметить нормальные пути к построению будущего.

И все время мы остаемся в своей сфере, в сфере основных проявлений растительного организма, его зависимости от окружающей его среды и его воздействия на внешний по отношению к нему мир.

Диалектический материализм дает нам надежную путеводную нить. Под его критическим оном расплываются неосновательные, подчас вредные, гипотезы, внушенные их творцам или пережитками прежних идеологий, или реакционными веяниями окружающей авторов социальной среды.

Никаких фантазий, никакой метафизики; точно установленные наукой факты и обобщения, освещенные теорией диалектического материализма, — таков наш путь. Значение нашего «Происхождения растений» — не изложение новых фактов, а такое их сопоставление, которое дает стройную картину изменений вещества и формы, приведших в конечном итоге к появлению ржи. пшеницы и других культурных растений, обеспечивающих благосостояние человечества.

Глава I

МЕСТО ЗЕЛЕНЫХ РАСТЕНИЙ В КОСМОСЕ И ЗНАЧЕНИЕ ИХ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА

Ежедневный опыт показывает, что человек в своем обиходе широко использует мир растений. Растения дают нам основную массу пищевых веществ, материал для выработки нашей одежды, строительные материалы и топливо. От растений мы получаем и вкусовые вещества и лекарственные. Растения дают нам дубильные экстракты, служат для окрашивания тканей, являются источником ароматических соединений для нашей парфюмерной и мыловаренной промышленности. Растительные масла, различные спирты, смолы и пр… добываемые из растений, широко используются в химической промышленности. Растения же, тлея в земле, образовали грандиозные запасы горючего: каменный уголь, нефть и торф, необходимые для тяжелой и легкой промышленности.

В пищу идут также вещества животного происхождения, но животные, которыми мы питаемся, вырабатывают эти вещества из растений. Значит, и в этом случае можно сказать, что мы питаемся растениями, переработанными животными. Без растений не было бы ни коров, ни овец, ни лошадей, ни других окружающих нас животных. Даже животные крайнего севера: киты, тюлени, моржи и различные породы рыб — погибли бы, если бы кроме них в море не было миллиардов микроскопических водорослей, образующих так называемый планктон.

В пищу вообще идут только вещества, могущие поддерживать в теле животного и человека свойственную им энергию.

С механистической точки зрения животное, как и человек, является как бы искусно построенной машиной. Желудок измельчает и растворяет попавшую в него пищу, пищевые растворы через стенки тонких кишок поступают в кровь, где или идут на рост и восстановление тканей тела, или же сгорают под действием кислорода, поглощенного легкими при дыхании. Словом, желудок, легкие и кровь заменяют топку и паровой котел, нервная система заменяет собой систему направляющих клапанов, а мышцы соответствуют цилиндрам, поршням, зубчатым колесам и валам. Топливо в этой машине и есть пища. Поэтому в пищу годятся только определенные вещества, именно углеводы[1], белки и жиры, и лишь немногие другие вещества растительного и животного происхождения. Остальными же находящимися на земле веществами мы питаться не можем.

Известно, что в некоторых странах Южной Америки и Африки в голодные годы люди пытались многократно есть жирную на вид и мягкую на ощупь глину. На берегах Охотского моря находят так называемую горную сметану, которую также иногда едят. Однако глинистые вещества дыхания и жизни не поддерживают, и питание ими приводит только к своеобразным заболеваниям, не предотвращая исхудания и смерти от голода.

Все пищевые вещества могут гореть, это их общее свойство. Мы даже нередко оцениваем сравнительное достоинство различных видов пищи то теплоте, выделяемой ими при сгорании. Так, обыкновенный, или тростниковый сахар дает от 3921 до 4001 единиц тепла, называемых калориями, на 1 г веса. Крахмал, составляющий основу всякой муки, — от 4146 до 4200 калорий. Мясо без жира 5640,9, а с 7 % жира 5874,4, белок яйца 5711, а чистое коровье масло 9220. Средний человек тратит в сутки, по крайней мере, 2500 тысяч таких калорий и возмещает их пищей.

В то время как человек и животные на процессы горения тратят как углеродистые вещества, способные гореть, так и заключенные в них калории тепла, растения отличаются важнейшей особенностью накапливать их в себе. Происходит это оттого, что растения необходимую им пищу поглощают не в виде углеводов, жиров и белков, а в виде газов воздуха и воды. Из углекислоты воздуха они заимствуют углерод, из воды водород и кислород. Азот, необходимый для образования белков, берется из почвенных солей, растворенных в воде, всасываемой корнями растений. Короче, главная масса пищи, годной для поддержания жизни растений, заимствуется ими из воздуха и воды и лишь незначительная часть из почвы. Последняя доставляет не только азот, но и другие элементы. При сжигании растений остается зола, в которой можно обнаружить все те элементы, которые заимствуются растением из почвы.

Однако углекислота[2] воздуха заключает в себе такой углерод, который гореть не может. Углекислота — продукт полного сгорания углерода: ни при каких условиях она далее не соединяется с кислородом и не может выделить ни одной калории. Чтобы заключающийся в углекислоте углерод получил способность гореть, надо разложить углекислоту, диссоциировать ее, отделить углерод от кислорода, на что требуется огромная затрата тепла. Иначе можно сказать, что углерод углекислоты инертен, лишен энергии, гореть же и поддерживать явления жизни может только такой углерод, который заряжен известным запасом энергии. Потенциальная энергия, скрытая в углероде органических соединений в форме химической энергии, при горении и других окислительных процессах освобождается и переходит или в тепло, или в различные другие формы энергии, соответствующие явлениям жизни.

Зеленое растение устроено так, что может выполнять работу разложения углекислоты, если оно освещено. Источником производимой растением работы являются обычно солнечные лучи. Им могут быть и всякие другие световые лучи, независимо от их источника. Так, растения прекрасно разлагают углекислоту при освещении электрическим светом и даже обыкновенной керосиновой лампой. Иначе говоря, растение является машиной, в которой лучистая энергия света расщепляет угольную кислоту и заряжает частицы углерода энергией, той самой энергией, которая при последующем окислении этого углерода освобождается и вызывает в процессе горения явления света и тепла. Из свободного, заряженного энергией углерода растение и строит необходимые составные части нашей пищи: углеводы, жиры и белки.

Кроме того, мы все время вдыхаем из воздуха кислород, и на каждый кубический сантиметр, поглощенный нашими легкими, выдыхаем равное количество углекислоты. То же происходит при всех процессах горения; наконец, масса углекислоты выделяется вулканами. Казалось бы, что состав воздуха все время должен непрестанно меняться в сторону обогащения его углекислотой и обеднения кислородом. Такая порча воздуха уже давно поставила бы нас в трудное положение. К счастью, состав воздуха за исторические времена не изменился, ибо наряду с процессами образования углекислоты существует процесс восстановления углерода и освобождения кислорода. Процесс этот тесно связан с питанием зеленых растений.

Впервые этот факт обратил на себя внимание английского химика Пристли[3] еще в 1772 г. Открыв кислород, Пристли заинтересовался, естественно, и вопросом, откуда он берется, и нашел, что зеленые растения исправляют воздух, испорченный дыханием животных или горением. В 1779 г. Ингентуз выяснил, что в темноте опыт Пристли не удается и что для выделения растением свободного кислорода необходим свет достаточной напряженности. В 1782 г. Сенебье открыл, что при этом затрачивается углекислота и что выделяемый растением кислород — это тот самый кислород, который был предварительно поглощен растением в виде связанного кислорода углекислоты[4].

Таким образом, наличие на Земле мира зеленых растений обеспечивает питание и дыхание животных и человека, а также накопление горючих материалов, представляющих собою частью также углеводы, частью углеводороды и даже почти чистый углерод.

Без зеленых растений жизнь на Земле была бы ограничена ничтожным кругом некоторых своеобразных по своему питанию бактерий. Все остальные живые существа поддерживают свое существование только благодаря способности растений накоплять углеводы, жиры и белки, а также вырабатывать свободный кислород в количествах во много раз больших, чем это необходимо для их собственных питания, дыхания и роста.

Таким образом, космическое значение растения состоит прежде всего в том, что оно поглощает солнечные лучи, заставляет их заряжать частицы диссоциируемого одновременно из углекислоты углерода потенциальной химической энергией. Оно создает на Земле мощные запасы солнечной энергии, обогащает атмосферу кислородом и образует запасы пищи, обеспечивающие питание животных и человека. Далее мы увидим, что своим химизмом растение воздействует и на неорганическую природу. Для человека растения — неисчерпаемый источник питания и всякого рода индустриального сырья.

Отсюда понятен наш интерес к тому, как это случилось, что на Земле появились зеленые растения, откуда явились первые их зачатки, как они заселили Землю, как преобразовались в современные нам растительные формы и как образовались те леса, которыми мы окружены в настоящее время.

«Формой развития естествознания, поскольку оно мыслит, является гипотеза. Наблюдение открывает какой-нибудь новый факт, делающий невозможным прежний Способ объяснения фактов, относящихся к той же самой группе. С этого момента возникает потребность в новых способах объяснения, опирающегося сперва только на ограниченное количество фактов и наблюдений. Дальнейший опытный материал приводит к очищению этих гипотез, устраняет одни из них, исправляет другие, пока, наконец, не будет установлен в чистом виде закон»[5].

Ф. Энгельс

Глава II

ЗЕМЛЯ ДО ВОЗНИКНОВЕНИЯ НА НЕЙ РАСТЕНИЙ

Работы астрономов, геологов и других ученых над строением и развитием небесных туманностей, звезд, Солнца, планет солнечной системы с их спутниками и нашей Земли позволяют с достаточной вероятностью установить общую картину тех изменений, которым подвергалась наша Земля в течение первых миллионов лет ее существования.

Зародилась она в составе одной из спиральных туманностей, подобной одной из ныне существующих на небо. Туманности эти состоят из быстро движущихся газовых частиц, имеющих более или менее однородное строение. В составе туманностей спектроскоп не обнаруживает линий спектра, по которым можно было бы судить о присутствии здесь определенных химических элементов. Нет ни углерода, ни кислорода, ни азота. Постепенно эта масса первичной материи, сжимаясь и сближая свои частицы, превратила часть энергии этих быстро движущихся частиц в лучистую энергию и приобрела свойства белой звезды. Около 1920 г. очень стройной казалась гипотеза Локайера, выведенная им из анализа звездных спектров. Локайер полагал, что при повышении температуры идет распад вещества до первичной материи, а при охлаждении происходит вновь созидание элементов из этой материи. Поэтому он думал, что на очень горячих космических телах есть только один элемент, именно протоводород, по мере охлаждения к нему присоединяется гелий, затем «протометаллы», еще позднее углерод, азот, кислород и кремний, при дальнейшем охлаждении появляются самые металлы, а протоэлементы исчезают. Согласно этой гипотезе схема звездной эволюции отвечала схеме эволюции химических элементов.

Позднее индийский ученый Мег-Над-Сада показал, что протоэлементы Локайера — не что иное, как ионизированные газы. При температуре в 12 000° ионизируются магний и кальций, а при температуре в 25 000° ионизируются даже водород и гелий.

Теперь почти единогласно признано, что вселенная построена преимущественно из тех же 92 элементов, которые входят в состав Земли. По словам А. Е. Ферсмана (Геохимия. т. I, 230), часть мирового процесса — от спиральных туманностей до белых звезд — рисуется в свете явлений создания более тяжелых атомов. Группировка водорода в гелий и сочетание гелиогрупп вместе являются источником огромных нагреваний, конденсации материи и накопления более тяжелых атомов. Синтез гелиевых групп из водорода идет с огромным выделением тепла. Получаемые из этого синтеза сочетания оказываются необычайно прочными элементами. Это — атомы, построенные из гелиогрупп и обладающие атомными весами, «ратными 4. Они обладают наибольшей распространенностью и устойчивостью атомов. Таковы гелий, углерод, кислород, магний, кремний, сера, кальций, железо и некоторые другие. Позднейшее развитие идет уже по линии образования сложных соединений. Так, кремний, вступая в разнообразные соединения с другими элементами, дает силикаты, составляющие основу всего мира минералов.

Последующая потеря энергии путем излучения и сжатия массы молодой планеты переводит ее в стадию красной звезды, более холодной. Еще позднее на поверхности Земли Стали, благодаря дальнейшему излучению и охлаждению, образовываться шлаки как первый зачаток твердой земной коры. Они неоднократно снова плавились и опять охлаждались и твердели, пока, благодаря центробежной силе, не скопились в экваториальном поясе настолько прочно, что стали постоянным явлением. От экватора образование земной коры стало постепенно распространяться по направлению к полюсам, и когда кора достигла значительной толщины, то она охватила и оба полюса. Некоторые думают, что планета Юпитер до сих пор еще не закончила эту фазу развития сплошной твердой коры.

И. Вальтер полагает, что «образование твердой земной коры было, несомненно, самым важным событием в истории нашей планеты: оно отделяет звездное первобытное время от начинающейся с той эпохи собственно геологической истории»[6],

Одновременно с процессами сжатия и охлаждения шло выделение газообразных веществ, благодаря их легкости все время отбрасываемых центробежными силами к поверхности. Вместе с этим Земля стала дифференцироваться на ряд заключенных одна в другую оболочек. Первою сформировалась газообразная оболочка, или атмосфера, и, когда температура ее понизилась до 4000°, в ней стали за счет элементарных газов возникать все более и более сложные химические соединения. Глубже под атмосферой сконцентрировались огненножидкие массы, получившие название магмы, или пиросферы, а ближе к центру все еще находились под большим давлением массы первобытных газов, как измененный остаток ранних периодов образования земного шара.

С образованием коры и закончилась для Земли звездная фаза. Кремнекислые соединения алюминия, кальция, калия, магния, натрия и железа окружили расплавленное внутреннее ядро, выкристаллизовались и образовали первичные горные породы, подобные современным лавам, которые являются несомненно огнезданными скалами. До образования коры, или литосферы, происходившие на Земле явления состояли главным образом в лучеиспускании тепла в холодное мировое пространство, но как только между атмосферой и пиросферой появилась, разделяя их, вновь образовавшаяся земная кора, картина резко изменилась. Внутренность Земли, окруженная уже охлажденной корой, может терять тепло только благодаря теплопроводности последней, т. е. замедленно. Если принять толщину современной нам литосферы в 75 км, то отдача тепла становится крайне ослабленной. И. Вальтер видит в каждом дымящемся вулкане, в каждом охлаждающемся потоке лавы, в каждом горячем источнике частичное проявление векового охлаждения Земли[7]. Но все же отдача тепла земным шаром мировому пространству теперь ничтожна по сравнению с тем, что происходило до образования сплошной литосферы.

Одновременно с этим несравненно большее значение получают солнечная теплота и положение земной оси, вызывающие движения газовых масс в первобытной атмосфере. Постепенно начали слагаться климатические тепловые поясы, пассатные течения и климатические полюсы, которые с той поры и направляют ход развития поверхности Земли.

Земная кора разделила также и жидкие массы Земли на вадозные, т. е. все воды, циркулирующие как на поверхности, так и в наружных слоях земной коры, и эруптозные, прорывающиеся из магмы, куда относятся раскаленно-жидкие лавы, вулканические пары и ювенильные водные источники, воды которых, образовавшись на значительной глубине, впервые подходят к земной поверхности.

Вода образовалась на Земле, в ее атмосфере, сначала в виде водяных паров, приблизительно в то время, когда земная кора остыла до температуры, близкой к 364°. Сгущаясь, пары эти начали давать воду, в которой легко растворялись пары хлористого водорода, аммиак и углекислота, уже входившие в состав атмосферы. При дальнейшем охлаждении земной поверхности потоки этой воды ринулись в виде ливней на земную кору и образовали первичный океан, вымывая себе ложе среди горных пород.

Если бы всю воду современных океанов распределить по всей поверхности Земли равномерно, то она образовала бы ровный слой в 2000 м толщиной. Отсюда естественно предположение о таком изначальном периоде, когда суши не было вовсе, а море одевало всю Землю. Трудно, однако, допустить, что в литосфере того времени не было никаких деформаций, что она имела гладкую ровную поверхность. Скорее и тогда в ней происходили явления горообразования, и высокие места, острова суши выступали из волн первичного океана.

В первичном океане под влиянием лунного притяжения сейчас же установились приливы и отливы, разрушавшие его берега. Под влиянием неравномерного нагрева солнцем установились морские течения. Вымывание растворимых солей из литосферы обогащало воды океана хлоридами и сульфидами, в противоположность водам суши, речным и озерным, в которых преобладают карбонаты[8].

Так возникла четвертая, хотя и не сплошная, по от того не менее важная, сфера Земли, именно гидросфера. Вода с ее способностью растворять различные газы, соли кислот, кислоты и щелочи стала одним из важнейших химических деятелей на земной поверхности. Благодаря воде сильно возросли разнообразие и сложность химических соединений, увеличилось разнообразие минералов и создались условия для образования разнообразнейших горных пород. Наконец, благодаря воде создалась с течением времени возможность появления жизни. А жизнь, раз появившись, создала еще одну сферу, охватившую почти всю поверхность Земли, именно биосферу, важнейшую часть которой и составляет растительный покров Земли, ее фитосфера.

Таким образом, Земля в ее современном виде состоит из нескольких шарообразных оболочек, заключенных одна в другую. Не надо, однако, думать, что они резко разграничены. Воздух проникает во все трещины литосферы, растворяется в водах гидросферы, проникает в живые организмы. Частицы минеральных веществ в виде пыли вместе с зародышами микроорганизмов взмучиваются в атмосфере и переносятся воздушными течениями, поднимаясь нередко на высоту нескольких километров. Вода проникает глубоко в толщу литосферы, а граница между литосферой и пиросферой уже совершенно, неопределенна. Тем не менее не бесполезно отметить в истории Земли появление этих сфер и точнее определить их.

1. Атмосфера, или воздушный океан Земли, верхние слои которого сильно отличаются от нижних, ближайших к нам.

2. Гидросфера, водная оболочка Земли. Сюда относятся не только воды морей, озер, рек и болот, но и снега и льды северных стран и высоких гор.

3. Биосфера, совокупность живых существ и вырабатываемых ими химических соединений.

4. Литосфера, каменная оболочка Земли. Совокупность всех горных пород, как входящих в состав гор и подстилающих равнины, так и тех, которые подстилают дно океанов.

5. Пиросфера, огненножидкие массы внутри Земли на глубине около 75 км от поверхности.

Внутреннее ядро Земли до сих пор остается для нас загадкою. Прямых сведений о нем нет, имеются только различные соображения, выработанные на основании удельного веса Земли и других косвенных указаний.

Общая мощность атмосферы превышает 200 км, мощность гидросферы определяется, с одной стороны, глубиной океанов, с другой, высотой верхних облаков; вместе это составит до 25 км; мощность литосферы, как уже было указано, составляет предположительно около 75 км.

Биосфера, в состав которой входит растительный мир, нигде но представляет особенно мощного слоя. Если принять, что некоторые тропические леса имеют среднюю вышину до 100 м, а слой почвы под ними дает жизнь различным почвенным организмам, особенно бактериям, еще на 50 м вглубь от поверхности, то наибольшая мощность достигает всего 150 м. В море слой воды, населенный живыми существами, превышает 2000 м, но на больших глубинах население это сильно разрежено. Впрочем, в атмосфере бактерии попадаются еще на высоте, превышающей 5 км, а в последнее время пурпурные бактерии были извлечены с нефтяными водами из буровых скважин глубиной более 1200 м. Возможно поэтому, что и на суше слой биосферы дает толщу, близкую к тому, что мы только что указали для мирового океана.

Значение биосферы в общем строе происходящих на Земле явлений очень велико, так как растения и животные не только вырабатывают из пищевых веществ свое собственное тело, но и сильно влияют химически на минеральный мир. Используя каждую доступную им частицу углерода, водорода, кислорода, азота, серы, фосфора, калия, кальция, магния, железа и многих других элементов и по использовании возвращая ее в окружающую их среду, живые существа вызывают грандиозное явление — круговорот веществ в природе.

Дальше мы посвящаем четвертую главу нашей книги круговороту вещества в природе, теперь же укажем лишь на то обстоятельство, что частицы углерода, азота или любого другого из перечисленных только что элементов могут входить в целый ряд сложных реакций, образовывать в соединении с другими элементами большое число сложных тел и снова освобождаться из них. Так, углерод входит в различные углеводороды, углеводы, спирты, кетоны, альдегиды, кислоты, металлоорганические соединения и протеиновые, или белковые, алкалоиды и пр. Вступая в состав живого организма или выходя из него, каждый элемент проходит через ряд реакций, пока не вернется в свое исходное состояние в составе атмосферы или почвенного раствора.

Прежде чем перейти к вопросу, как возникла жизнь на Земле, остановимся еще ненадолго на работе, которую производит на Земле солнечный луч. Не зная той основной роли, которую играют солнечные лучи в возникновении и бытии жизни, мы не можем судить и о развитии жизни на Земле.

Предположим, что Земля подобна Луне, т. е. лишена наружной газообразной оболочки, лишена также воды и жизни. Какую работу может выполнить Солнце да ее поверхности в этом случае?

На Луне Солнце действует непосредственно на поверхность литосферы. Лунный день равен 14 суткам 18 часам 22 минутам. в течение которых Солнце непрерывно нагревает камни и пески лунной поверхности. Ясно, что температура последних сильно подымается. Ночь сменяет день с поразительной для нас быстротой и продолжается также долго. Температура при этом падает приблизительно до 100° мороза. При таких резких переходах от тепла к холоду и обратно расширение и сжатие отдельных минералов, входящих в состав горных пород Луны, совершается с неодинаковой силой, и связь между ними нарушается. Если уже на Земле морозы немало способствуют разрушению горных пород и образованию в горах каменных развалов и осыпей, то в условиях лунного климата они действуют значительно напряженнее. Получившиеся таким образом отдельные камни и песок сыпятся по закону притяжения к подножию гор и образуют нагромождения мелкого материала. Вот и все, что можно счесть работой Солнца на поверхности Луны или- другого подобного ей тела, лишенного воды и атмосферы или имеющего крайне разреженную атмосферу.

Если мы теперь мысленно перенесемся на такую планету, которая, кроме литосферы, имеет еще атмосферу, состоящую из смеси различных газов, но лишена воды, то здесь работа Солнца проявится много разнообразнее и сильнее. Разрушение поверхностных частей литосферы, как результат нагревания и охлаждения, будет идти своим чередом, но, кроме того, нагревание и охлаждение атмосферы вызовет перемещение газовых масс от нагретой части к охлажденной. Произойдет явление ветра, которое, в зависимости от густоты или разреженности атмосферы или от степени ее нагревания и охлаждения, будет более или менее грандиозным. Ветер примет участие и в разрушении гор и в перемещении продуктов их разрушения. Произойдет целый ряд явлений, которые в земных условиях получили название сухой эрозии и которые можно наблюдать в пустынях.

Еще более сложна будет работа Солнца там, где имеется вода, образующая на границе атмосферы и литосферы прерывистый промежуточный слой гидросферы[9]. Нагревая воду, Солнце вызовет образование водяных паров, которые на некоторой высоте над морем сгущаются в облака. Облака передвигаются ветром и при дальнейшем охлаждении дают дождь. Дождь, падая, размывает склоны гор, образует потоки и реки, которые перемывают продукты размыва горных склонов, вырывают подчас глубокие долины и сильно изменяют поверхность литосферы. Вода с растворенными в ней газами атмосферы является не только механическим, но и химическим деятелем и способствует разнообразным превращениям веществ на поверхности литосферы. Наконец, при более сильном охлаждении вода замерзает и, расширяясь, производит немалую механическую работу.

Наполняя собою все понижения и углубления литосферы, вода образует океаны и другие, меньшие водоемы. Здесь солнечные лучи, нагревая воду, особенно сильно в определенных частях океана, вызывают морские течения, передвигая массы воды на большое расстояние.

Вообще солнечные лучи и в атмосфере и в гидросфере играют сходную роль, вызывая передвижение и даже перемешивание воздушных и водных масс и способствуя энергичному их действию на литосферу.

Вместе с тем нельзя не отметить, что во всех перечисленных случаях работа солнечного луча непродолжительна. Как бы энергично ни палил землю солнечный луч, но день всегда сменяется ночью. А ночью сильно лучеиспускание и накопленная за день землею лучистая энергия теряется.

Потеря тепла нижними слоями атмосферы весьма, велика. Мы видели, что Солнце совершает также значительную механическую работу, но всякая механическая работа в конечном итоге превращается в тепло и в виде тепловых лучей излучается Землей в мировое пространство, которое от этого не становится, однако, теплее, так как оно чрезвычайно велико и все излучения Земли и других планет теряются в нем, как капля в море.

Таким образом, вся работа солнечного луча, там где нет жизни, нет биосферы, сводится к перемещению газообразных, жидких и твердых тел и временному их нагреванию. Присутствие воды может дать солнечным лучам еще и возможность вызвать в некоторых случаях химическую работу, и тогда деятельность их на Земле становится и более сложною и более продолжительною.

Дело совершенно меняется с появлением биосферы и, особенно, с появлением зеленых растений. Способность последних удерживать солнечные лучи и превращать их энергию в скрытую химическую энергию углеводов, жиров и белков создает на Земле такое разнообразие химических превращений, такое воздействие органического мира на неорганический, что мир земных явлений делается необыкновенно разнообразным, необыкновенно богатым. Но мало этого: теперь работа солнечного луча на Земле становится длительной. Превращенный в тот запас энергии, который связан с каменным углем, с торфом, с нефтью, он миллионы лет покоится в осадочных пластах земной коры, чтобы затем питать собою нашу индустрию.

Поскольку солнечный луч встречает на Земле воздух, воду и камень, он мимолетный гость земной поверхности. Его сохранить нельзя, и процесс лучеиспускания, охлаждения, заметный особенно в ночное время, быстро уносит его в мировое пространство. Но при встрече с зеленым растением путь его на Земле становится продолжительным, с постоянными переходами из деятельного динамического состояния в покоящееся потенциальное, и обратно.

* * *

Возникновению жизни на Земле предшествовал длинный период расслоения первоначально однородной массы земного шара на указанные выше сферы. Нам легко себе представить тот момент, когда на тонкой еще каменной коре Земли появились воды первичного океана, установилось движение воздуха, появились морские течения, появились потоки дождя. Нетрудно представить себе и происходившие в то время вулканические явления и явления выветривания. Наконец, происходило на дне морском отложение осадков, образовавшихся от размыва морских берегов приливами и волнами, а жизни не было. А жизнь требует для своего осуществления совершенно определенных внешних условий, определенной внешней среды, которая могла сложиться лишь в результате длительной работы только что перечисленных факторов.

«Впервые возникшие белковые комочки должны были обладать способностью питаться кислородом, углекислотой, аммиаком и некоторыми из растворенных в окружающей их воде солей. Органических средств питания еще не было, так как они ведь не могли поедать друг друга. Это доказывает, как высоко уже стоят над ними современные, даже безъядерные монеры…»[10]

Ф. Энгельс

«Наконец, если температура понизилась до того, что — по крайней мере на каком-нибудь значительном участке поверхности — она уже не превышает тех границ, внутри которых является жизнеспособным белок, то, при наличии прочих благоприятных предварительных химических условий, образуется живая протоплазма. В настоящее время мы еще не знаем, в чем заключаются эти предварительные условия»[11]

Ф. Энгельс

Глава III

КАК ЗАРОДИЛАСЬ ЖИЗНЬ НА ЗЕМЛЕ

Никто при зарождении жизни не присутствовал; мало того, земная кора не сохранила в себе прямых свидетелей первых периодов существования жизни на Земле. В древнейших, так называемых архейских, пластах, возникших путем перекристаллизации осадков, отлагавшихся в первичных морях, не найдено до сих пор никаких окаменелостей или отпечатков животных или растений. Они появляются лишь в отложениях позднейшего, протерозойского времени. Однако и в этих древнейших слоях, немых, как их называют палеонтологи, находятся скопления углерода и кальция, имеющие, по всей вероятности, органическое происхождение. Иначе говоря: осадки этого периода в истории земной коры хотя и заключают в себе указания на происходившую тогда жизнедеятельность каких-то неведомых нам организмов, но следы эти изменены позднейшими процессами до полной неузнаваемости.

При таком полном отсутствии прямых свидетельств о начале жизни мы должны начать с логических предположений, исходя из достоверных фактов современности. Ведь и теперь есть на Земле организмы, крайне простые по своему строению и, кроме того, тесно связанные с процессами, происходящими вокруг них в неорганической природе.

Основных гипотез о начале жизни на Земле можно насчитать всего три. Первая состоит в том, что жизнь на Земле существует вечно, меняя только свои формы. Вторая, — что жизнь занесена на Землю в простейших ее проявлениях с других планет. Третья — в том, что жизнь зародилась на Земле сама собой, или точнее, что она является результатом усложнения синтетических реакций, в которые входили соединения углерода с соединениями азота, в форме так называемых амидов, развивавшихся за счет аммиака атмосферы.

* * *

Первая гипотеза неосновательна потому, что до возникновения водной оболочки земли — гидросферы — и до охлаждения поверхностного слоя земной коры до температуры ниже точки кипения воды проявления жизни немыслимы. Основой жизни являются белковые или протеиновые соединения, которые при высокой температуре свертываются, как свертывается при нагревании белок куриного яйца. Свертывание настолько изменяет коллоидную структуру белка, что он уже не поддерживает никаких проявлений жизни. Очень немногие живые существа, пока они находятся в состоянии полного покоя, например споры некоторых бактерий, выдерживают нагревание до 113° в течение 45 минут. Громадное же большинство живых существ, в том числе и большая часть бактерий, умирают при температурах между 50 и 70°. Таким образом, в течение всего того периода, когда поверхность Земли и вода на ней были нагреты значительно выше 100°, жизнь не могла осуществляться и, конечно, ее не было. Ф. Энгельс, отвечая сторонникам взгляда на белок, как на. извечное соединение углерода, а равно и сторонникам извечности первичных форм, из которых могла развиться вся органическая жизнь, говорит: «Белок — самое неустойчивое из всех известных нам соединений углерода. Он распадается, лишь только он теряет способность выполнять свойственные ему функции, которые мы называем жизнью…» и далее: «Условия существования белка бесконечно сложнее, чем условия существования всякого другого известного нам соединения углерода, ибо здесь мы имеем дело не только с новыми физическими и химическими свойствами, но и с функциями питания и дыхания, которые требуют среды, узко ограниченной в физическом, и химическом отношении…»[12].

Согласно современным данным, в течение большей части времени, потребовавшегося на образование Земли, от ее возникновения и до современного ее состояния, жизнь и не только жизнь, но и носитель ее — протеиновые соединения существовать не могли. Ранее, при обсуждении первых стадий в истории Земли мы видели, что из-за высокой температуры не было даже углерода и азота, так как материя еще не дифференцировалась на элементы. Итак, допустить, что жизнь на Земле не имела начала, а существует вечно, совершенно невозможно.

* * *

Другое предположение состоит в том, что жизнь занесена на Землю после ее охлаждения и появления гидросферы, из мирового пространства вместе с космической пылью. Предположение это в различных вариантах поддерживали ученые Г. Э. Рихтер в 1865 г., Ф. Кон в 1872 г., В. Томсон в 1872 г. и С. Аррениус в 1907 г. В основании этого взгляда лежит тот факт, что Земля после отделения от нее Луны не стабилизировала свою массу, но имеет постоянный прирост благодаря падению на ее поверхность метеорных тел. Крупные метеоры редки, но распыленные частицы, отделяющиеся от тех метеоров, которые не падают на Землю, а лишь касаются верхних слоев ее атмосферы, представляют собою явление постоянное. И. Вальтер говорит, что «мельчайшие пылинки, которые отделяются от метеорных масс, проходят атмосферу со скоростью до 40 км в секунду. На Земле они смешиваются с пылью, которая поднимается в воздух вихрями или вулканическими извержениями, вследствие чего обыкновенно невозможно узнать метеорный характер этих примесей. Но на снежных полях полярных стран и на мягких, бедных железом, глубоководных морских осадках, иногда удавалось найти значительные количества космической пыли». Существует предположение, что за 200 лет на Землю падает слой атмосферной пыли, который, будь он везде одинаковой толщины, достигал бы 1 мм. Величина небольшая, но для всей поверхности земного шара это уже значительный прирост в весе. Любителям смелых гипотез не трудно предположить, что вместе с минеральной пылью метеорного происхождения попадают на Землю и споры бактерий, заносимых вместе с метеорами из глубин звездного пространства.

В. Томсон утверждал, что «если два небесных тела сталкиваются в пространстве, то большая их часть несомненно расплавляется, но представляется столь же достоверным и то, что во многих случаях во все стороны разлетается масса осколков, среди которых многие подвергаются не большим повреждениям, чем обломки скал при обвале или же при взрывании скал порохом. Если бы наша Земля в ее настоящем состоянии, с ее растительным покровом, столкнулась с небесным телом, равным ей по величине, то в пространстве рассеялось бы, без сомнения, много осколков, несущих на себе семена, живые растения и животных. Так как, без сомнения, уже с незапамятных времен существуют звездные миры, являющиеся носителями жизни, то мы должны считать в высшей степени вероятным, что существует бесконечно много метеоритов, которые странствуют в пространстве, неся на себе семена. Если бы на Земле не существовало никакой жизни, то такой метеорит, упавши на Землю, мог бы явиться источником жизни на ней». Аррениус возражает Томсону, он указывает на то, что вся поверхность падающего на Землю метеорита, вследствие трения в атмосфере, становится раскаленной; поэтому все семена на ней должны потерять способность к прорастанию. Кроме того, сопротивление воздуха должно было бы превратить в пыль всякую массу, менее стойкую, чем метеорное железо или иные связанные с ним минералы. Пыль же неизбежно должна перегореть. Таким образом, в том виде, как представлял себе занос жизни на Землю В. Томсон, принять эту гипотезу невозможно.

Однако Аррениус предлагает иную гипотезу. Он убежден, что жизнь в пределах вселенной всегда существовала и существовала в виде живых организмов — клеток и особей, состоящих из клеток. Подобно тому, — говорит он, — как ранее люди раздумывали над возникновением материи, но затем бросили это, когда опыт показал, что материя неразрушима и только меняет свою форму, и подобно тому как мы теперь не задаемся вопросом о начале энергии движения, также должны мы освоиться с мыслью, что жизнь не имеет начала, но существовала всегда, хотя планеты, на которых она имела место в эпоху, когда Земля в своем развитии приготовилась принять ее, и были удалены от нас до чрезвычайности. В 1900 г. Аррениус и, одновременно с ним, московский физик Лебедев открыли, что лучи света способны производить давление, а, следовательно, и перемещать легкие тела. Поперечник таких тел должен иметь не более 0,00016 мм. Мы знаем, что споры бактерий имеют от 0,00002 до 0,00003 мм, причем известны и еще более мелкие. Поэтому весьма вероятно, говорит Аррениус, существование настолько мелких живых существ, что давление солнечных или звездных лучей может отбрасывать их в пространство, где они. попав на пригодные для развития и поддержания жизни планеты, могли бы стать источником жизни.

Единственная из планет солнечной системы, о которой можно думать, что жизнь на ней есть и возникла раньше, чем на Земле, — это Марс. Достоверно, что на Марсе есть и атмосфера, и вода, и жизнь там возможна, но тогда возникает вопрос, откуда же на Марсе возникла жизнь?

Ближайшая к Солнцу планетная система — это Альфа Центавра, и Аррениус вычислил, что споры бактерий могли бы пройти пространство от Земли до планет этой системы в 9000 лет. Даже для переселения с Марса на Землю, по Аррениусу, требуется более 20 дней. Все это время частичка живого вещества, заключенного в споре, находилась бы в безвоздушном пространстве при очень низкой температуре. Нет никакого основания предполагать, что спора могла бы сохранить то минимальное количество воды, без которого жизнь немыслима. Допускать возможность такого передвижения можно только, не зная, как легко угасает жизнь при условии абсолютной сухости.

Вообще переселение бактериальных спор в межпланетном пространстве при температуре в 220° мороза и более, при сильном действии ультрафиолетовых лучей[13] и абсолютной сухости нельзя признать безопасным для их жизни, хотя при коротких перелетах возможность его и не вполне исключена. Во всяком случае из всех существующих на Земле живых существ только споры бактерий могут выносить нечто подобное, все же остальные зародышевые формы жизни неизбежно погибают.

Еще ранее такие корифеи науки, как химик Либих и физик Гельмгольц, в 1868 и 1871 гг. высказались в пользу гипотезы вечности жизни и заноса ее на Землю из мирового пространства, с иных звездных миров. Либих в своих «Письмах о химии» говорил, что атмосферы небесных тел, а также вращающихся космических туманностей, можно рассматривать как вековечные хранилища оживленной формы, как вечные плантации органических зародышей.

Само собой разумеется, что подобные предположения противоречат как точному знанию, так и теории диалектического материализма. Ф. Энгельс сейчас же откликнулся на мысли, высказанные Либихом. Тут-то он и дал свое замечательное, краткое, но исполненное значения, определение жизни. «Жизнь, — сказал он, — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка»[14]. Гипотеза Либиха выводит жизнь из мирового пространства, где «нет ни воздуха, ни пищи и царит температура, при которой не может, разумеется, ни функционировать, ни сохраниться никакой белок».

* * *

Третьим предположением о том, как появилась жизнь на Земле, является гипотеза самозарождения. Самозарождение или, как его еще иногда называют, произвольное зарождение — «generatio aequivoca», — первая мысль, которая мелькнула у мыслителей-философов древности, когда перед ними стал вопрос о начале жизни.

Сначала допускали широкую возможность самозарождения. И теперь еще в глухих углах, в крестьянских семьях нередко утверждают, что клопы и тараканы заводятся из грязи. Опровергнуть такое заблуждение нетрудно, так как легко доказать, что они выводятся из яичек, отложенных взрослыми клопами и тараканами. Немногим труднее было положение критиков, пытавшихся опровергнуть опыты голландского ученого физика Ван-Гельмонта, который в начале XVII века изучал самозарождение мышей. Он взял хлебные зерна, кости и тряпки, замуравил их в глиняный горшок и хранил все это в теплом помещении. Вывелись мыши, которых он и принял за зародившихся из материалов, которыми он зарядил горшок, под влиянием тепла. На самом деле мышата могли завестись в горшке лишь в том случае, если мышь устроила там свое гнездо. Во всяком случае рассказы о самозарождении лягушек, червей и других животных повторялись так часто, что флорентийская Академия наук в Италии в половине XVII в. подвергла вопрос о самозарождении коренному пересмотру. Член этой Академии доктор Реди доказал, что в испорченном мясе черви появляются только в том случае, если к нему имеют доступ мухи, откладывающие в нем свои яички. Был установлен так называемый принцип Реди[15], позднее формулированный другим итальянским ученым Валлисниери (1710) в кратких словах «Omne vivum ex ovo», т. е. все живое из яйца, или иначе: все живое от живого. Согласно этому принципу жизнь, хотя связана по существу с историей химических элементов Земли, но совершенно отлична от неживой материи. Принцип Реди основан на факте, и вся экспериментальная наука последнего времени не нашла фактов, его опровергающих.

Тем не менее и гипотеза самозарождения оказалась живучей. Самозарождение живых существ, настолько крупных, что они видимы простым глазом, давно уже считается невероятным, но уже в 1671 г., когда Кирхер впервые увидал в микроскоп бактерий и стали известны микроорганизмы, надежда найти самозарождающиеся организмы среди микроскопически малых существ, находящихся на границе видимости даже в лучшие из существующих микроскопов и лишенных видимой структуры, окрылила сторонников произвольного зарождения. В 1745 г. Нидгем в Англии попробовал доказать самозарождение микроорганизмов путем опыта. Он помещал легко загнивающие жидкости в герметически закупоренные сосуды и нагревал их на угольях. Так как жидкости эти впоследствии все-таки загнивали, и в них можно было обнаружить массу бактерий, то он заключил из этого, что зародыши, попавшие в сосуды до их закупорки, были убиты жаром, которому он их подвергал, а те живые существа, которые появились после охлаждения, возникли путем самозарождения. Опыты Нидгема были опровергнуты итальянцем Спаланцани из Павии, который в 1765 г. стал доказывать, что Нидгем нагревал свои жидкости слишком короткое время, чтобы убить зародыши бактерий, попавшие в сосуды из воздуха, прежде чем они были закупорены. При достаточном нагревании в опытах самого Спаланцани жидкости становились вполне бесплодными и никакие живые существа в них больше не появлялись, равно как и не было процессов гниения. Спор Нидгема и Спаланцани имел то последствие, что француз Аппер применил методику Спаланцани: нагревать и герметически закупоривать съестные припасы, идущие на приготовление консервов, что имело большое значение для развития пищевой промышленности. Позднейшие опыты Шванна, Шульце и, особенно, Пастера (1862) показали, что нагревание питательных растворов до 120°, даже и на короткое время, и даже при доступе кислорода воздуха, совершенно убивает зародыши микроорганизмов, и они уже никогда не появляются сами собой, если только их не впускать извне. На указаниях Пастера основывается вся методика работ в многочисленных микробиологических лабораториях, и ни разу еще ни у кого из работников этих лабораторий не возникало сомнения в том, что в обеспложенных нагреванием жидкостях и питательных веществах, или, как их называют, средах, что-либо завелось само собой. Всегда вырастает лишь то, что было посеяно нарочно, или заронено извне нечаянно. Уже в 1860 г. Парижская Академия наук признала, что Пастер окончательно доказал отсутствие самозарождения в бродящих жидкостях.

Ф. Энгельс правильно оценил значение опытов Пастера, как бесполезных для правильного решения вопроса о самозарождении. Новые живые организмы не могут возникать из разложения других организмов. «Было бы нелепо желать принудить природу при помощи небольшого количества вонючей воды сделать в 24 часа то, на что ей потребовались тысячелетия». Он писал: «Опыты Пастера в этом отношении бесполезны: тем, кто верит в возможность самозарождения, он никогда не докажет одними этими опытами невозможность его»[16].

Иначе говоря, Пастер был прав, устанавливая фактическую сторону вопроса, но не прав, поскольку он вывел из поля зрения и химическую его сторону и фактор времени.

Однако гипотеза самозарождения настолько привлекательна, что поиски первичного организма, который мог бы возникнуть самозарождением, не прекратились. Так, в 1868 г. английский ученый Томас Гексли, исследуя ил, добытый со дна Атлантического океана еще в 1857 г. при прокладке морского телеграфного кабеля из Европы в Америку, нашел в нем тонкий слизистый осадок, который он признал за первичное живое существо и назвал батибием, т. е. жителем глубин.

Впоследствии, во время исследования океанских глубин, произведенного группой ученых на корабле «Челленджер», оказалось, что батибия найти не удается. Материал же, исследованный первоначально Гексли, был признан за хлопья осадка сернокислой извести, выпавшие из морской воды под влиянием крепкого спирта, в котором сохранялся ил.

В общем следует сказать, что в настоящее время мы самозарождения не наблюдаем, и все окружающие нас живые существа происходят от себя подобных. Мало того, пока все попытки химиков искусственно наладить образование белков протоплазмы, являющихся основою жизни, ее аппаратом, не удались. Мы все еще не знаем, чем отличается живой белок от неживого, и перед физиологической химией по-прежнему стоит задача решить этот основной вопрос.

Теперь, несмотря на все указанные трудности, попытаемся представить себе ту обстановку, при которой произошло появление жизни на Земле.

* * *

Где именно на Земле возникла жизнь и какие организмы могли быть первыми? Существует много сторонников того взгляда, что жизнь возникла на дне первобытного океана и уже оттуда распространилась на сушу. Часто говорят даже более определенно, что жизнь должна была возникнуть на дне, под сильным давлением, т. е. в наиболее глубоких частях океана, И. Вальтер возражает весьма основательно на это следующим образом:

«На теперешней поверхности Земли приходится почти три восьмых на долю материков, одна восьмая на мелководные моря и четыре восьмых на глубоководные. Если бы это отношение существовало всегда, то мы должны были бы находить в слоях земной коры отложения и фауну глубоководных морей в 4 раза чаще, чем признаки мелководья. Напротив, несмотря на многочисленные трансгрессии прежнего времени, не знают (не принимая во внимание небольших исключений) почти ни одного отложения более древних периодов, которое было бы равнозначно теперешним глубоководным отложениям».

Значит, в более древние геологические времена глубоководных морей не было.

Далее И. Вальтер считает, что среди представителей современных нам морских животных мы не находим ни одной животной формы, характерной для древней фауны; все они принадлежат к числу типов, возникших значительно позднее. Кроме того, глубокие моря лишены света и потому в них нет зеленых растений, что очень затрудняет питание всех остальных организмов.

Поэтому глубоководная фауна не могла возникнуть на месте, а произошла от выходцев из светлых мелководных частей моря. То же относится, по-видимому, и к глубинным микроорганизмам.

Наш выдающийся микробиолог акад. В. Л. Омелянский приводит, противно предположению, что местами возникновения первичных организмов были океаны, следующие факты: «Мюнц находил нитрифицирующих бактерий на известняках вершины Фаульгорна в Бернском Оберланде. Они гнездятся в мельчайших трещинах скал, среди дикой и мертвой природы, в мрачных пропастях и расселинах, лишенных каких-либо признаков органической жизни».

Таким образом, перед нами выбор: либо мелководные морские бассейны, либо вечно влажные скалы горных высот или морских берегов? Но прежде чем остановиться на определенном решении о том, где зародилась жизнь, надо еще выяснить, каковы именно были древнейшие поселенцы Земли.

Какие организмы могли появиться первыми и где это могло произойти? Животные для своего существования нуждаются все до одного в органической пище. Они питаются или другими животными, или растениями. Следовательно, они не могли появиться в первый момент осуществления жизни на Земле, когда есть им было нечего. Среди растений известна также немногочисленная группа так называемых хищных или насекомоядных растений, которые ловят и переваривают насекомых или мелких животных. Гораздо обильнее так называемые сапрофиты, т. е. растения, питающиеся мертвым органическим веществом; сюда главным образом относятся грибы, плесени и бактерии, хотя и далеко не все.

Эти организмы, даже и те из них, которые организованы чрезвычайно просто, также нуждаются для своего зарождения в готовом уже органическом веществе и не могут быть признаны первичными организмами. Большинство растений, как то: водоросли, мхи и высшие растения, имеющие зеленую окраску, питаются, как уже было указано выше, не органическими веществами, а газами воздуха, водными растворами, содержащими в себе минеральные вещества, и солнечным светом, как источником силы. Они могли бы, следовательно, возникнуть самостоятельно, как только на Земле создались гидросфера и атмосфера, а температура упала ниже точки кипения. Но между ними совершенно нет организмов, настолько просто организованных, чтобы мы могли допустить их прямое образование, а не происхождение от других, более просто построенных организмов.

Наконец, среди бактерий мы находим группу таких простейших организмов, которые не нуждаются для своего существования ни в кислороде воздуха, ни в органическом веществе. Они черпают свою жизнь из чисто химических процессов, происходящих при преобразовании сернистых, железных и азотных окислов. Культура этих организмов в лаборатории нередко требует полного отсутствия органического вещества (как то было в известных опытах С. Виноградского над бактериями почвы) и минимальных количеств кислорода.

Такие организмы мы называем хемотрофными, поскольку дело касается их питания, и анаэробами, поскольку они мало заинтересованы в присутствии кислорода в окружающей их атмосфере. Здесь и крайняя простота структуры (капля живого вещества без разделения на ядро и протоплазму), и крайне примитивный образ жизни, развивающейся в минеральных растворах, иногда даже без помощи кислорода воздуха и без какой бы то ни было необходимости в предсуществовании других организмов. Единственное условие, которое они ставят окружающему их миру, это наличие таких веществ, которые могли бы дать материал для экзотермических реакций, т. е. химических реакций, обусловливающих переход потенциальной энергии в динамическую и ее освобождение; проще сказать. реакций, сопровождающихся выделением тепла.

Правда, В. Л. Омелянский, указав на широкое распространение бактерий в ископаемых остатках животных и растений (работы М. Рено), прибавляет: «возможно и даже вероятно, что первыми представителями организованного мира явились и не эти простейшие из теперь известных существ, не бактерии, не амебы, а какие-то другие более примитивные организмы, покуда нам неизвестные».

Бактерия бактерии рознь: есть бактерии сравнительно высоко организованные (Achromatium, Beggiatoa), но есть и почти невидимые с совершенно неразличимыми деталями строения, особенно среди микрококков. Есть бактерии со сложным питанием, или приуроченные к паразитированию в крови высших животных или человека и погибающие вне питающего их организма. Такие бактерии, несомненно, позднего происхождения. Первичными можно считать только бактерий, черпающих энергию своих жизненных проявлений из простейших экзотермических превращений вещества, из минеральных растворов.

Итак, кандидатами на признание их первичными организмами можно признать хемотрофных бактерий. Остается вопрос об обстоятельствах, при которых они могли возникнуть[17].

Рассмотрим сначала наше предположение, что жизнь возникла в мелководных морях первичного океана. Сторонники этого взгляда основываются на том, что в истории Земли осадочные пласты с морскими организмами древнее, чем пласты с остатками наземных обитателей, а также на том, что простейшие организмы: бактерии, жгутиковые, корненожки, амебы. инфузории и пр., живут преимущественно в воде или же в различных водных настоях и растворах. Тем не менее не исключена возможность, что жизнь на Земле появилась и прошла первые этапы своего развития прежде, чем успел образоваться первичный океан.

В первый период совместного существования литосферы, атмосферы и гидросферы очень обыкновенны были, по мнению занимавшихся этим вопросом ученых, вулканические явления.

Все вулканические извержения сопровождаются обильным выделением газов и паров. Констатировано выделение паров воды, углекислоты, водорода, углеводорода, хлористого водорода, хлористого натрия, хлористого аммония, хлорного железа. фтора, борной кислоты, фосфатов и многочисленных других веществ. Вода, нагретая до температуры около 1000°, является сильнейшим растворителем и, проникая в трещины горных пород, через толщи которых проходит при извержении, является причиной многочисленных химических преобразований. Железо и кремнекислота принимают деятельное участие в вулканических извержениях. Словом, вулканизм ведет к образованию необыкновенно мощных химических лабораторий, в которых разнообразие обменных и синтетических реакций уступает только массовому масштабу, в котором происходят невулканические явления. Мне самому пришлось посетить некоторые из вулканов Камчатки. Стоя на вершине одного из таких вулканов, видишь настоящий хаос. Лавы причудливыми пузыристыми глыбами громоздятся кругом. Все они сравнительно недавно остыли, ранее же были огненным потоком расплавленной каменной массы. Ни единой травки, ни одного пятна лишайника. Все кругом сожжено огнем извержения пли отравлено парами хлористого водорода; черные, бурые или темно-красные камни целым лабиринтом преграждают дорогу. Местами они пересыпаны грядами серого железистого песка, также выброшенного из жерла вулкана. Кое-где из трещин вырывается горячий пар. На крутых склонах правильного вулканического конуса все это образует величественную, но крайне мрачную безжизненную картину. Проявлений жизни здесь не ищи, хотя горячие пары, оседая на холодной поверхности пузыристых и неровных лавовых глыб, образуют уже среду, пригодную для некоторых бактерий.

Но вот ниже, по склону, среди лав и пемзы выступает на дневную поверхность небольшой горячий ключ. Это круглый бассейн, на дне которого кипит вода и прорываются водяные нары, а от него вниз стекает по камням тонкая струя зарождающегося ручейка.

С точным термометром в руках начинаем мы наблюдения. В глубине ключевой воронки термометр показывает 99°, вода в ней совершенно чистая, синеватая. В канавке стока уже в полутора шагах от ее начала при температуре 85° на камнях дна появляются тонкие белые или сероватые пленки. Это колонии бактерий. Несколько ниже, при 82°, к ним присоединяются еще и темные сине-зеленые пленки так называемых циановых водорослей, считаемых справедливо за один из примитивных представителей класса водорослей и являющихся в то же время близкими родственниками класса бактерий.

Следовательно, после крупных вулканических катастроф жизнь легко заносится на склоны вулканов в виде бактерий, и первым ее осуществлением являются бактерии горячих ключей, перерабатывающие минеральные растворы ключевых вод.

В эпоху возникновения жизни на Земле горячие ключи, образовывавшиеся среди непрочной еще литосферы, легко могли стать первым пристанищем жизни. Ключи эти содержат в своих водах весьма разнообразные минеральные соединения, растворяемые перегретым паром и горячей водой на пути ее по трещинам литосферы. Взаимодействие встречающихся при этом растворов и способность их образовывать сложные соединения пока совершенно не изучены. Особенно неясна здесь роль первичных углеродистых соединений неорганического происхождения. Все это необходимо выяснить.

Морская вода представляет собою гораздо большую однородность и, вероятно, никогда не достигала точки кипения, разве в горячих же ключах, выбивающихся иногда в вулканических странах из-под берега.

Кроме того, глубины океана мало благоприятны для простейших организмов, обычно концентрирующихся у его поверхности, там, где в воду проникают и воздух и свет, при небольших давлениях воды.

Предполагая, таким образом, что жизнь зародилась первоначально в горячих ключах, богатых растворами солей, в том числе также и солей угольной и азотной кислот, мы охотнее допускаем зарождение ее простейших форм из неорганических осадков на дне ключей, чем занос из других звездных миров. Этого нельзя доказать, но, может быть, со временем химикам и удастся произвести синтез белков, и тогда вопрос станет гораздо доступнее нашему пониманию, чем это имеет место теперь.

В последнее время открыт ряд организмов (бактериофаг и другие), которые невидимы и о присутствии которых мы узнаем только по результатам их работы. Здесь имеют место характерные явления жизни в виде обмена и размножения, но нет определенной структуры, если не считать молекулярной. Такие организмы ближе к понятию о живом веществе, чем об организмах, так как именно организации-то в них и нельзя открыть[18].

Итак, жизнь некогда зародилась на Земле в виде простейших растительных организмов, не требовавших для своего существования ни света, ни кислорода воздуха, ни органического вещества. Зародилась в виде мельчайших бесструктурных существ, из которых впоследствии образовались остальные.

Отсюда тот живой интерес, с которым К. Маркс и Ф. Энгельс отметили в своей переписке извещение Гексли о якобы открытом им глубоководном организме батибии, состоявшем из белковой слизи. Хотя впоследствии химический анализ не подтвердил этого, самая идея не потеряла значения.

«Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования заключается по своему существу в постоянном обновлении их химических составных частей путем питания и выделения»[19].

Ф. Энгельс

Глава IV

КРУГОВОРОТ ЖИЗНИ И КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВА В ПРИРОДЕ

Известно, что если сжечь массу различных растении, предварительно высушив их до постоянного веса, то получится, с одной стороны, водяной пар и углекислый газ, а с другой стороны — зола. Если теперь разложить полученные вещества на элементы, то мы получим в процентах следующие соотношения:

Углерод….. 45

Кислород… 42

Водород…. 6,5

Азот………. 1,5

Остальные: сера, фосфор, калий, кальций, магний, железо, хлор, кремний, иод, бром, натрий

В то время как первые 4 элемента составляют 95 % общего веса сухого вещества растений, все остальные встречающиеся в их золе простые вещества дают в сумме всего 5 %. Тем не менее, без серы, фосфора, калия, кальция, магния и железа, как показывают точные опыты с культурами на минеральных растворах, растения существовать не могут.

Жизнь растений тесно связана с поглощением элементов, составляющих их тело. Обмен веществ — главная и наиболее важная для нас работа растений. Посмотрим, откуда они заимствуют эти элементы и куда отдают их по использовании. Надо иметь в виду, что растения не поглощают твердой пищи, не имеют пищеварительной полости, а питаются водными растворами необходимых для их дыхания и роста веществ, которые поглощают путем всасывания корнями и внутренними частями мякоти листьев. Для того, чтобы выяснить значение и перемещения каждого из существенных для жизни растений элементов, прибегнем к методу выяснения того круговорота веществ, который постоянно происходит на Земле, то переводя интересующий нас элемент в свободное состояние, то снова связывая его в составе сложных соединений, входящих в состав тела растений или участвующих в их обмене с внешней средой.

1. УГЛЕРОД

Согласно сводке В. И. Вернадского (Геохимия, 1927), среднее содержание углерода в земной коре соответствует 0,4–0,5 % от общего ее веса. В странах, богатых известняками (углекислый кальций), количество углерода выше и достигает 10–12 %. Но во всех подобных случаях значительная часть этого запаса углерода образовалась за счет остатков живых существ и, особенно, растений, погребенных под слоями наносов.

Первичными соединениями углерода, возникшими помимо участия организмов в его накоплении, как показывают химические исследования продуктов вулканизма, являются углекислота, окись углерода, углеводороды, наконец, некоторые производные муравьиной кислоты, которая может образовываться при высоких температурах путем восстановления углекислоты в присутствии воды.

Угольная кислота, как уже упоминалось, выделяется вулканами в огромных количествах и затем более или менее равномерно распределяется в атмосфере. Как известно, она составляет 0,03 % общего веса нижних слоев атмосферы. И хотя углерод составляет только 3/11 веса углекислоты, а остальные 8/11 приходятся на кислород, тем не менее общий запас углерода в атмосфере исчислен в 800 биллионов кг.

Углекислота[20] воздуха, как и все газы, способна диффундировать, т. е. равномерно распределяться во всем доступном ей пространстве. Сквозь невидимые глазу отверстия в кожице листьев, называемые устьицами, она проникает во внутренние полости листа, воздушные ходы, и здесь растворяется в жидкости, смачивающей оболочки живых клеток мякоти листа. Водный раствор углекислоты встречает внутри клеток зеленые хлорофильные зерна и при их содействии разлагается действием солнечных лучей, распадаясь на углерод и кислород. Кислород выделяется наружу, а углерод вступает в соединение с элементами воды, кислородом и водородом и образует тройные соединения, называемые углеводами, причем основным соединением этого рода приходится считать виноградный сахар, или иначе глюкозу. Далее идут крахмал, тростниковый сахар, клетчатка и многие другие менее распространенные тела той же химической группы углеводов.

В процессе дыхания растение, поглощая из воздуха свободный кислород, снова образует углекислоту за счет углеводов и отдает ее назад атмосфере. Процесс этот называется также диссимиляцией и сопровождается потерей в весе, тогда как усвоение углерода углекислоты — ассимиляция дает увеличение веса.

В тех случаях, когда кислорода недостаточно для полного окисления сахара на углекислоту и воду, возникают обычно процессы брожения, дающие при распаде сахара выход спирта и углекислоты. Значительная часть поглощенного растением углерода утилизируется им на постройку его тканей и отдается обратно только после его гибели, когда процессы гниения и брожения разложат и древесину и другие части растения с конечным образованием тюх же углекислоты и воды, метана и пр.

В самом растении углевод претерпевает весьма сложные превращения, входя в состав живого вещества, а также в образуемые растением запасы.

С превращениями углерода тесно связаны превращения солнечной энергии, поглощаемой зелеными растениями одновременно с углекислотой. При усвоении углерода и образования углеводов поглощается масса энергии и вся она переходит в потенциальную химическую энергию углеводов. Если вместо углеводов образуются жирные масла, или за счет углеводов и жирных масел путем присоединения к ним азотистых соединений образуются белки или протеины, то и в них вводится потенциальная химическая энергия, заимствованная от Солнца.

При дыхании, брожении, гниении потенциальная химическая энергия углеводов, жиров и белков, составляющих тело растения, освобождается, превращается в динамическую и так или иначе расходуется. Мы лучше всего это видим, когда сжигаем в наших печах дрова или уголь и пользуемся освобождающимся при этом теплом.

Сжигаемое ежегодно количество каменного угля, не считая других видов топлива, выбрасывает в атмосферу около 1400 000 млн. кг углекислоты, которая снова утилизируется растениями. Таким образом, общий круговорот углекислоты в природе таков:

1. Углерод углекислоты воздуха.

2. Углерод углеводов, жиров и белков в растениях.

3. Углерод тела животных, полученный ими вместе с растительной пищей.

4. Углекислота, полученная благодаря дыханию.

5. Остатки животных и растений, постепенно отдающие свой углерод углекислоте, благодаря процессам брожения, или обугливающиеся, или иным путем переходящие в запасы минерального топлива.

6. Углекислота, как продукт горения различных видов топлива.

Часть углекислоты выходит из круга при образовании известняков и других углекислых минералов или солей, но пополняется той углекислотой, которую выбрасывают вулканы.

Уже из этого краткого очерка можно видеть, что общий запас углекислоты в атмосфере мог в различные эпохи, пережитые нашей Землей, изменяться значительно, а вместе с этим изменились и прозрачность атмосферы, а также и условия дыхания живых существ.

2. КИСЛОРОД

Кислород — один из наиболее деятельных элементов земной поверхности и один из наиболее распространенных. Свободный кислород — одна из важнейших составных частей атмосферы. Много его растворено в воде, соленой и пресной, в снегах и льдах северных стран. Кроме того, мы имеем большой запас связанного кислорода в воде и в других окислах. Процессы окисления — одни из важнейших на земной поверхности.

Откуда взялся свободный кислород? Он существует только на поверхности Земли. Его нет ни в воде источников, берущих свое начало в глубоких слоях Земли, ни в выделениях вулканов. Газы, выделяемые вулканами, многократно уже подвергались анализу, особенно американцами на Сандвичевых островах, где для этого особенно удобные условия, благодаря постоянству действующих вулканов Мауна-Лоа и Мауна-Кеа. В Японии, в южной Европе, на Камчатке, всюду газы вулканов — это углекислота, хлористый водород, сернистый водород и другие, но никогда не кислород.

Рассматривая другие мыслимые источники выделения свободного кислорода на поверхности Земли, мы понемногу убеждаемся, что минеральный мир не дает нам ни одного процесса, связанного с выделением свободного кислорода. При высоких температурах первых периодов существования Земли он был

всецело захвачен окислительными реакциями и выделялся в атмосфере связанным, в виде углекислоты и воды, не считая менее распространенных окислов. Даже в воде глубоких источников, как это доказал уже в конце XVII в. Пирсон в Англии, его в растворе нет, тогда как поверхностные воды Земли обычно содержат в растворе свободный кислород, заимствуемый ими из атмосферы.

Свободный кислород — один из наиболее деятельных, наиболее активных элементов. Процессы соединения с кислородом, процессы окисления дают громадное количество химических соединений, исчисляемых тысячами. Сюда входят окислы углерода и серы, железа и марганца, как особенно обильные. Благодаря этому громадное количество кислорода постоянно связывается, и процентное его содержание в атмосфере должно было бы постоянно уменьшаться, если бы не единственная в своем роде реакция освобождения кислорода в хлорофильных зернах зеленых растений.

Биохимическая реакция освобождения кислорода — единственная реакция, дающая атмосфере значительные количества этого важнейшего газа. Не надо забывать той роли, которую играют в данном процессе солнечные лучи, как источник энергии.

Дерево, содержащее в своей древесине 2500 м^3 углерода, для того, чтобы ее построить, должно было освободить от углекислоты 12 млн. м^3 воздуха. Урожай зерна, который мы снимаем с наших полей, дает до 14 400 млн. кг углерода, причем наши пшеничные поля, для того, чтобы сконцентрировать в своем зерне всю эту массу углерода, должны ежегодно освобождать от углекислоты не менее 24 000 000 000 000 м^3 воздуха, заменяя всю имеющуюся в них углекислоту равным объемом свободного кислорода.

Исходя из этого, мы можем легко установить общий круговорот кислорода:

1. Свободный кислород воздуха.

2. Процессы дыхания, горения, коррозии металлов (ржавление) и прочие реакции окисления связывают свободный кислород воздуха, уменьшают запас его в атмосфере, обогащая последнюю углекислотой.

3. Кислород углекислоты освобождается при усвоении растениями углерода угольной кислоты и возвращается атмосфере.

4. Кислород участвует в образовании растениями углеводов, жиров и белков, а также и многих других соединений, вовлекаясь при этом в круговорот жизненных явлений.

5. При дыхании кислород органических соединений превращается в кислород углекислоты и воды или же остается связанным, входя в состав продуктов, вырабатываемых растениями.

6. Связанный кислород органических соединений или углекислоты становится материалом для питания растений, животных и человека.

Если мы признаем, что весь свободный кислород атмосферы выделен зелеными растениями, то ясно, что до появления этих растений его не было. Следовательно, в атмосфере было больше углекислоты, чем теперь, и общий состав ее не мог поддерживать дыхания животных, которых в то время и не могло быть на Земле.

Задача растений — не только в том, чтобы использовать в явлениях жизни энергию солнечных лучей, чтобы непрестанно вводить в ее круговорот частицы углерода, обогащенного этой энергией, но и в том, чтобы создать атмосферу, которая поддерживала бы нормальную жизнь.

3. ВОДОРОД

Водород в свободном виде редок на Земле и не принимает участия в процессах жизни. Его главное значение — это его участие в образовании того окисла, который мы называем водой. Без воды нет жизни, она одно из главнейших условий осуществления жизни. В процессах обмена, свойственных живым существам, вода то диссоциируется, то снова образуется. Запас воды на Земле пока настолько велик, что мы не придаем значения участию живых организмов в ее круговороте. Недостаток воды в пустынях создает сейчас же соответствующее изреживание растительного покрова, уменьшение массы растительного вещества и общее обеднение жизни.

Так как при реакции фотосинтеза, т. е. при усвоении растением световой энергии и углерода, весь кислород углекислоты возвращается атмосфере, тогда как весь кислород воды втягивается в образование углеводов, то в сумме элементы воды превалируют в составе организма даже над углеродом (48,5 % против 45 % сухого веса). Вода, как показали работы акад. В. И. Палладина, играет выдающуюся роль в реакциях диссимиляции при дыхании, она является растворителем при всех перемещениях вещества в организме, а также двигателем при подаче зольных составных частей, всосанных корнями из почвы, из корней в листья, а также при подаче пластических веществ, выработанных листьями, к растущим частям стебля и корня.

Общий круговорот воды, захватываемой в круговорот растительной жизни, таков:

1. Вода океанов, морей, озер, рек и пр., а также вода поверхностного слоя почвы и часть воды, циркулирующей в растениях, как материал для непрестанного испарения.

2. Результат испарения: вода в атмосфере, вода облаков и туманов. Вода разражающихся дождей, снегов и пр.

3. Вода в растениях как химическое сырье, входящее в реакции синтеза при образовании белков, жиров, углеводов и пр. В процессе дыхания и посмертно при разложении растительного вещества процессами гниения, брожения, тления и пр. большая часть этой воды, если не вся она, возвращается в атмосферу.

4. Вода, связанная в соединения кремния в земной коре, а также вода других соединений, образующихся в глубинных областях земной поры. Кроме того, следует учитывать и водород сернистых и хлористоводородных соединений, а также свободный водород, выделяемый вулканами.

Еще Кант в своей космогонии[21] указывал на возможность того, что в результате постоянно идущих процессов связывания воды вся она со временем израсходуется и свободной воды на Земле не останется, почему и жизнь должна исчезнуть. Современная наука выяснила, что процессы освобождения воды из гидратов достаточно мощны, чтобы поддерживать равновесие между водой, вновь образующейся, и водой, входящей в различные сложные соединения, на долгое время.

4. АЗОТ

Азот — необходимая составная часть живого вещества. Вопрос об усвоении его растениями является вопросом первостепенной важности. В сухом веществе растения содержится всего лишь около 1,5 % азота, однако он необходим для образования протеиновых соединений, без него нет белка, нет протоплазмы. Растения, выращенные в почве, лишенной соединений азота, остаются карликами, несмотря на благоприятные общие условия роста.

Основной запас азота — это океан атмосферы, нас окружающей. Зеленые растения лишены способности связывать свободный азот атмосферы, и долгое время агрономы и физиологи растений полагали, что свободный азот атмосферы и связанный азот органических соединений друг в друга не переходят. При гниении белков образуются аммиачные соединения, которые затем окисляются особыми селитряными бактериями в соединения азотной кислоты, а последние, входя в почвенный раствор, обеспечивают в дальнейшем рост растений. Таким образом, круговорот связанного азота захватывал только азот белков и азот азотнокислых солей почвы, если не считать промежуточных реакций. Позднее был открыт целый мир почвенных бактерий, которые обладают способностью окислять свободный азот атмосферы, проникающий в поры почвы вместе с воздухом. Их иногда называют азотособирателями. Способность их связывать азот, точнее, заключается в том, что их протоплазма вырабатывает катализаторы или энзимы, вызывающие соединение азота с кислородом воздуха, водой или так называемым водным остатком (ОН). Благодаря этому в почве постоянно образуются запасы азотнокислых солей, за счет которых растения могут строить свои белки и снабжать азотистой пищей животных и человека.

Кроме того, раз вошедший в состав живого вещества азот надолго входит в круговорот жизни. Дело в том, что и отбросы животных и белковые вещества мертвых животных и растений быстро разлагаются бактериями, вызывающими сложные процессы брожения и гниения.

При этом, благодаря опять-таки бактериям, азот белков переходит в азот соединений аммиака, азот аммиака — в азот азотноватой и азотистой кислот, а азот последних — в азот азотной кислоты. Последний легко образует в почве селитру или азотнокислый кальций и поглощается корнями растений, которые снова используют его на постройку белков.

Круговорот азота таков:

1. Газообразный азот атмосферы.

2. Окисление его почвенными бактериями в азот азотной кислоты. Образование солей последней.

3. Использование солей азотной кислоты растениями. Образование растительных белков (протеинов).

4. Питание животных растительными протеинами.

5. Образование животными отбросов, богатых азотом. Умершие животные и растения с их белками.

6. Процессы гниения, переводящие азот белков в азот соединений аммиака, кратко называемых амидами.

7. Окисление азота амидов нитритными бактериями в азот азотистой кислоты.

8. Окисление азота солей азотистой кислоты нитробактериями в азотную кислоту. Образование ее солей.

9. Использование растениями этих солей.

Содержание свободного азота в атмосфере и его связывание работою почвенных бактерий, по-видимому, шли равномерно в течение всей истории жизни на Земле. Кроме того, в круговорот жизни входит в незначительном количестве еще и азот неорганического происхождения. Хотя в породах литосферы его и не содержится, но зато в воздухе свободный азот, как показал уже Кавендиш в XVII в., соединяется с кислородом при действии электрических искр во время гроз. Так как при этом обычно нет недостатка и в воде, то получается соединение, содержащее в себе азот, водород и кислород, именно азотная кислота (HNO_3). В других случаях, если в соединение вступает не вода, а свободный водород, то электрические разряды вызывают образование аммиака (NH_3). Вот почему дождевая вода может содержать в себе небольшую примесь азотной кислоты или аммиака.

В результате всего этого запас азота сравнительно с потребностью очень велик и не внушает никаких опасений со стороны его возможного истощения.

5. ЗОЛЬНЫЕ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ

Как мы видели, количества их, обращающиеся в организмах, очень невелики. Тем не менее в определенных участках земной коры всегда может оказаться временная недостача того или другого необходимого для жизни элемента. Поэтому перемещения и накопления их растениями и животными имеют большое значение. Каждый атом серы или фосфора, входящий в состав живого вещества, постоянно меняет своего носителя. То он входит в состав луговой травы, то отзывается в теле быка, съевшего эту траву, то переходит в тело человека, съевшего кусок мяса. Умер человек — и те же атомы серы и фосфора будут использованы бактериями гниения, а от них перейдут в почву и там снова будут в виде какой-либо соли серной или фосфорной кислоты поглощены корнем того или другого растения. Атомы эти могут быть одни и те же, может быть, на протяжении всей истории живых существ, насчитывающей не менее 300 млн. лет.

Если уточнять только что сказанное, то необходимо подчеркнуть значение тех элементов золы, без которых невозможно правильное развитие зеленых растений, а следовательно невозможен и круговорот жизни.

Сера необходима для образования белков, так как она непосредственно входит в состав протеинового вещества. Источником серы для корней растений являются соли серной кислоты, находящиеся в почве. Особенно важны сернокислые кальций, магний, аммоний, натрий. При замене сернокислых соединений сернистыми растения страдают. Гниение растительных и животных веществ обычно сопровождается выделением сероводорода и, отчасти, меркаптанов. Запах сероводорода — типичнейший признак гнилостного распада… Если этот процесс происходит в воде, то сероводород накопляется в растворе и делает жизнь для большинства обычных организмов воды невозможной.

Зато здесь быстро развиваются серобактерии, которые по данным С. Н. Виноградского (1887 г.) окисляют сероводород с образованием воды и серы. Сера в виде полужидких капель отлагается в протоплазме этих бактерий и служит им запасным веществом, поддерживающим их экзотермическую реакцию, которая в данном случае заменяет дыхание. В дальнейшем сера окисляется по формуле S_2 + 2Н_2O + 3O_2 = 2H_2SO_4, причем выделяется свободная серная кислота, сейчас же дающая с основаниями сернокислые соли. В морских лиманах и некоторых озерах можно встретить массы различных серобактерий, устилающих их дно плотным ковром белой или различных оттенков красной и фиолетовой окраски. Таким образом, основной круговорот серы в явлениях жизни это: 1) сера белков, 2) сера сероводорода, 3) сера в протоплазме серобактерий, 4) сера сернокислых соединений в водоемах и в почве. Если в последней мало серы, то приходится удобрять поля гипсом, т. е. сернокислой солью кальция.

Основным запасом серы на Земле являются, кроме горных пород органического происхождения, еще и вулканические явления.

Фосфор совершенно необходим, так как без него не образуются нуклеины, т. е. вещества клеточных ядер. В отсутствие фосфора развитие растений останавливается. «Органический фосфор, входящий в состав тела животных и растений, после их отмирания попадает в почву и подвергается здесь воздействию разнообразных биохимических агентов, постепенно минерализуясь и переходя в форму солей фосфорной кислоты, когда он вновь становится доступным для питания зеленых растений — этих первоисточников жизни на нашей планете» (Омелянский, 1913).

При недостатке фосфора в почве обращаются к фосфоритам, которые образовались за счет скоплений костей ископаемых животных. В новейшее время начата разработка минерала апатита, содержащего фосфор. Однако, как говорит Д. И. Менделеев, нет почти ни одного каменистого вещества, составляющего массу земной коры, в состав которого не входил бы фосфор. Следовательно и здесь общий запас фосфора на Земле совершенно достаточен для развития жизни.

Калий образует в литосфере соединения с кремнием, много его и в морской воде. Следовательно, общий запас его вполне достаточен. Без калия невозможен рост растений и животных. Он способствует перемещению углеводов, принимает участие в обмене белковых веществ и стимулирует явления жизни своей радиоактивностью.

Кальций необходим для нейтрализации органических кислот, образующихся в тканях растений, как результат неполного окисления Сахаров в процессе дыхания. Присутствие его обусловливает правильное развитие листьев. Присутствие кальция в почве усредняет кремнекислоту и гуминовые кислоты почвы, что оказывает громадное влияние на рост корней и всасывание ими почвенного раствора. Излишек солей кальция в почве может вызвать щелочную реакцию и обусловить подбор определенных выносливых к щелочной реакции растений, исключив обычные растения, требующие слабо кислой или нейтральной реакции. Внешность растений, как показали работы Кернера[22] и других, явно меняется в присутствии углекислых солей кальция.

Запасы кальция в земной коре состоят, главным образом, из осадочных морских отложений, известняков и мела. Кальций здесь органического происхождения, главным образом, за счет остатков разного рода раковин и панцирей морских животных. Большое участие в его накоплении принимали также кораллы и водоросли, отлагающие при жизни кальций в своих оболочках.

Чтобы представить себе общее количество кальция, связанного в известняках, достаточно вспомнить, что количество углекислоты, связанной кальцием, «в сотни раз больше всего количества угольной кислоты, находящейся в данный момент в атмосфере, в океане, в живом веществе, и угольной кислоте, соответствующей углероду пластов каменного угля, технически доступных»[23].

Углекислый кальций в воде растворяется благодаря сверлящим его неустанно животным и водорослям. Сверлящие водоросли, циановые и зеленые, очень обыкновенны. Они в течение долгих геологических периодов безостановочно сверлят камень и раковины и пускают кальций, а попутно и некоторое количество магния и фосфора в великий круговорот природы.

Таким образом, иммобилизируясь в осадочных горных породах, кальций постоянно возвращается снова в растворимое состояние и в виде гипса и других солей попадает в воду и в почвенный раствор, откуда и извлекается растениями.

Магний необходим, так как он сопровождает белковые вещества и входит в состав наиболее важного из веществ, окрашивающих растения, именно хлорофилла; магния в хлорофилле до 2 %. В противоположность кальцию запас магния в земной коре связан, главным образом, с кремнеземом и алюминием и принадлежит минералам, образующимся в глубоких слоях литосферы.

Магний белков и магний хлорофилла удерживается организмами в течение всего периода пышного развития растительной жизни на Земле, незначительная часть его все же выделяется в виде магниевых карбонатов и других растворимых солей, переходящих на земной поверхности в мало растворимые магниевые силикаты, и тем для жизни теряется. Зато изрядный запас магния растворен в водах как пресных, так и морских, откуда и черпается растениями.

Железо необходимо растениям, так как прежде всего без него не образуется хлорофилл.

Кроме того, железо играет большую роль в тех химических равновесиях, которые делают возможной жизнь подводных организмов. Запас растворимого в воде железа настолько велик, «то вопрос о его круговороте еще не возникал.

Наконец, для жизни необходимы ничтожные сравнительно количества иода, алюминия, бора, кобальта, никеля, меди, марганца, натрия, лития, фтора, мышьяка и так называемых «редких земель». В большом количестве встречается кремний, он пропитывает клеточные оболочки и тем защищает растения от. мелких вредителей. Некоторое значение имеют еще хлор и цинк.

Словом, для нас ясна та теснейшая связь органической жизни с неорганическим миром, без знания которой явлений жизни понять нельзя. Ясен также и химический характер явлений жизни. Только понятая химически жизнь поддается научному анализу, порывает связь с мистицизмом и метафизикой и входит в систему диалектического материализма.

«Если все многоклеточные организмы — как растения, так и животные, включая человека, — вырастают каждый из одной клетки по закону клеточного деления, то откуда же проистекает бесконечное разнообразие этих организмов? На этот вопрос ответ дало третье великое открытие — теория развития, которая в систематическом виде впервые была разработана и обоснована Дарвином. Какие бы превращения ни предстояли еще этой теории в частностях, но в целом она уже и теперь решает проблему более чем удовлетворительным образом»[24].

Ф. Энгельс

Глава V

ПОНЯТИЕ ОБ ЭВОЛЮЦИИ. ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКАЯ ЛЕТОПИСЬ

Благодаря трудам двух великих натуралистов Ж. Ламарка и Ч. Дарвина, мы знаем, что все живые существа, какие только имеются на Земле, связаны между собой настоящим, хотя и отдаленным родством. Оба они создали так называемую эволюционную теорию, согласно которой жизнь, возникнув на Земле в виде одной или немногих простейших форм, постепенно усложнялась и становилась все более разнообразной.

Понятие о совершенствовании, о прогрессе не всеми понимается одинаково. Микроорганизмы легко переходят от деятельной жизни к состоянию столь глубокого сна, что становятся совершенно безразличными к явлениям внешнего мира, их окружающего. В состоянии покоя, в виде спор, они могут продолжительное время обходиться без пищи, без воды, почти без воздуха; могут в этом состоянии выносить и большой жар и сильный мороз, а потом, как ни в чем не бывало, пробуждаться для новой деятельной жизни. Поэтому многим кажется, что они совершеннее нас, погибающих нередко от ничтожной простуды.

Однако в науке установилось совершенно определенное понятие о прогрессе или совершенствовании животных и растений; прогресс соответствует: 1) усложнению организации, 2) установлению гармонии между формой и строением каждого органа и его функцией, 3) установлению гармонии между организмом и окружающей его средой. Главное — это усложнение организации.

Если бы жизнь на Земле, раз возникнув, возрастала затем только количественно, то поверхность Земли покрылась бы толстым слоем студня, подобного тому, который и теперь вырабатывают бактерии, амебы и другие близкие к ним организмы. Но количество имеет свойство переходить в качество. При этом массы вещества, находящиеся в различных взаимоотношениях (химических, физических и пр.) с внешней средой, приобретают различные качества или, как говорят, дифференцируются. Однообразная масса становится разнородной. Поэтому процесс развития организмов есть процесс в большей степени морфологический, чем физиологический. Усложнялись и совершенствовались не только основные жизненные свойства организмов, но также и их внешние и внутренние структуры и формы, совершенствовалась та машина, с помощью которой осуществляется процесс жизни. В то же время устойчивость жизни, ее сопротивляемость внешней среде могла и не увеличиваться.

От простейших организмов — начало жизни. «Вибрионы, микрококки и т. д., о которых идет здесь речь, являются уже довольно дифференцированными существами; это — комочки белка, выделившие из себя оболочку, однако без ядра. Между тем способный к развитию ряд белковых тел образует сперва ядро и становится клеткой. Оболочка клетки является затем дальнейшим шагом вперед (Amoeba sphaerococcus). Таким образом, рассматриваемые здесь организмы относятся к такому ряду, который, судя по аналогии, со всем до сих пор нам известным, бесплодно упирается в тупик и не может принадлежать, к числу родоначальников высших организмов»[25].

Значит, первая задача, которая ставится перед исследователем, желающим выяснить происхождение современного растительного и животного мира от первичных организмов, это вопрос о том, как произошла дифференциация одноклеточных организмов на безъядерные и обладающие ядром. Антагонизм ядра и протоплазмы — могучий двигатель жизни, эволюция ядра из массы клеточной протоплазмы — важнейший вопрос. В природе он был решен возникновением того отдела простейших, который получил в науке наименование Flagellatae, т. е. жгутиковых организмов. Это свободно плавающие клетки или колонии клеток, реже прикрепленные к подводным предметам организмы, клетка которых снабжена вполне сложившимся ядром и имеет специализированные органы движения в виде двух жгутиков, которые сообщают клетке как вращательное, так и поступательное движение. Многие из жгутиковых имеют также в протоплазме особые органы — пластиды, окрашенные хлорофиллом, они ассимилируют солнечный свет и углерод углекислоты и в этом отношении знаменуют переход на более высокую стадию их эволюционного развития.

Позднее от различных групп бактерий и от различных групп жгутиковых произошли различные группы водорослей, от последних — мхи и плауновые растения. Еще позднее появились папоротникообразные, саговники, голосеменные растения и, наконец, позднее всех цветковые, т. е. наиболее известный нам отдел растительного мира. Порядок, в котором мы располагаем растения по их происхождению, цепь живых существ, развивавшаяся в течение долгих геологических периодов, получила наименование филогении.

Ч. Дарвин, как известно, выводил эволюцию из борьбы за существование, в результате которой в каждом поколении данного вида значительная часть молодых особей погибает, не достигнув зрелого возраста. Сохраняются только особи более крепкие и в то же время наиболее приспособившиеся к окружающей их среде. Явление переживания он назвал естественным отбором и выводил из «его неизбежность образования новых особенностей организма, ведущих к формированию новых пород, или, как предпочитают говорить ученые, новых видов. Виды, в свою очередь, становясь все разнообразнее и совершеннее, дают начало формированию новых родов. Роды, развиваясь далее, образуют новые семейства, последние при дальнейшей эволюции формируют порядки, классы и отделы растительного или животного мира.

Дарвин говорил неопределенно об общем комплексном усложнении и дифференциации организмов. Ламарк пытался найти и руководящую нить процесса эволюции. Он находил ее во все растущем усложнении способности организма реагировать на воздействие окружающей среды. Он считал, кстати сказать неправильно, что растения совершенно пассивны, что они пассивно выносят воздействия внешней среды и пассивно видоизменяются ею. Низшие животные проявляют уже все растущую раздражимость. Но решительным шагом вперед явилось возникновение нервной системы и последующее ее совершенствование, совершенствование ее узлов, возникновение головного мозга и эволюция последнего. Развитие нервной системы позволяет организму тоньше и целесообразнее отвечать на явления внешней среды и подчинять ее своим потребностям. С повышением чувствительности к явлениям внешнего мира, с более тонкими рефлексами связывал Ламарк усложнение и всей организации, приведшее в конце концов к появлению на Земле человека. Мы говорим, что все живые существа образуют цепи непрерывного родства, причем растения и животные более сложные морфологически, т. е. в своем строении из органов, происходят от ближайших к ним более просто построенных. Можно вести эту цепь через весь мир растений, но можно провести ее и по отдельным органам; постепенное появление и последующее усложнение корня, листа, цветка, семени и пр. дает цепь преемственного развития данного органа у различных растений. Совершенствование сердца, легких, конечностей или органов чувств у позвоночных животных также даст цепь постепенного преемственного развития данного органа.

Чаще, однако, мы сопоставляем в ряд некоторое число различных растений или животных и выводим их родословную или, как говорят иногда, строим их родословное дерево.

В некоторых случаях бывает, однако, что мы подмечаем, будто в данной группе живых существ произошло с течением времени не усложнение, а упрощение. Так бывает, например, при переходе свободно живущего растения или животного к паразитизму. Паразит обыкновенно теряет органы активной жизни и становится в своем строении более элементарным. Растения теряют хлорофилл и связанную с ним зеленую окраску, теряют нередко листья, как повилика, или корни, как омела; животные теряют органы движения, а частично и органы чувств. Нередко мы замечаем, что какова среда, таков и образ жизни, а каков образ жизни, таков и организм. Уровень развития повышается или понижается в зависимости от повышения или понижения сложности окружающих условий, влияющих на данный организм.

Решать вопросы о происхождении различных животных и растений на основании их строения нелегко и, понятно, лучше и вернее было бы, если бы мы могли знать, не как должно было итти подобное развитие, а как оно шло на самом деле. Для этого нам служит палеонтологическая летопись. Под этими словами мы разумеем расположение в осадочных пластах земной коры остатков живых существ, населявших землю в прежние геологические эпохи. Те из них, которые захоронены процессами образования осадочных пластов земной коры ближе к ее поверхности, считаются более молодыми, те же, которые лежат глубже, более старыми. Их последовательность и позволяет нам вывести постепенность и точный порядок филогенетического развития животных и растений. Прежде всего поставим, однако, вопрос о том, как образуются осадки и как сохраняются в них следы жизни.

И теперь мы ежегодно можем наблюдать, как отлагаются осадки на дне озер, прудов и других водоемов. При этом листья и другие органы растущих по берегам деревьев, семена и плоды береговых трав, части мхов, а также различные мертвые животные, упавшие на дно, заносятся илом и погребаются в его толще. За зиму ил несколько уплотняется, а на следующее лето этот процесс повторяется снова, и так ежегодно. Б. В. Перфильев изобрел особый прибор — стратометр, которым можно с лодки вырезать в грунте дна пробу в виде длинного столбика. Проба эта кажется однородной, но если продержать ее несколько дней в плоском сосуде с водой, вследствие чего отложенные в иле соединения железа окислятся, то получится яркая слоистость пестро окрашенных в бурые и серые тона тонких прослоек, соответствующих временам года. По этим слоям можно точно определить, какой толщины достигали осадки каждого года, и сосчитать число лет, потребовавшихся на образование всей толщи. Кроме того, по степени окисленности соединений железа, меняющих в зависимости от условий окисления свою окраску, можно судить и о климате каждого из годов, давших изучаемые осадки. Удалось довести искусство взятия таких проб до столба, соответствующего осадкам, потребовавшим для своего образования периода в 6000 лет. Несколько более простой способ был применен различными морскими экспедициями к изучению дна морей. Так Ю. Шокальский и А. Архангельский собрали в 1928 г. надежный материал для изучения осадков, слагающих дно Черного моря.

Рис. 1. Остатки пятнадцати третичных лесов, погребенных под слоями вулканических отложений на северном склоне Аметистовых гор в Йеллоустонском парке (Сев. Америка)

Более древние осадки цементируются минеральными растворами, прессуются отлагающимися на них впоследствии новыми толщами осадков и превращаются в различного рода сланцы. При обилии в осадках углекислого кальция образуются известняки. Если же вместо ила на дно водоема садится песок, то соответственно образуются песчаники. Все они хранят во всей своей толще слои, соответствующие периодичности осаждения ила или песка. А на поверхности отдельных слоев, на которые легко расколоть почти любую осадочную породу, легко отыскать и остатки животных или растений, упавших на дно в год образования данного слоя. На дне морей ежегодно осадки также ложатся слоями и также хранят остатки живых существ. Чем свежее остатки, тем легче установить их строение и форму. Но и остатки, упавшие на дно тысячи и миллионы лет тому назад, нередко сохраняются прекрасно. При этом одни из них обугливаются и лежат между слоями осадочной породы в виде тонких угольных пластинок, сохраняющих полностью рисунок, который они имели при жизни. В других случаях остатки растений пропитываются минеральными растворами и превращаются в окаменелости. Такие окаменелости можно шлифовать на точильном камне и готовить из них столь тонкие пластинки, что их легко рассматривать под микроскопом. Впрочем, это удается и с обугленными частями растений. Наконец, бывает и так, что лист или другая часть растения выдавливает на покрывающей ее массе осадка вполне отчетливый рисунок, а сама истлевает; тогда получаются отпечатки, передающие внешнюю форму листа, но без его строения. Во многих случаях среди осадочных пород сохранились целые стволы деревьев или корневые их системы, попадаются шишки хвойных, споры папоротникообразных, листья и другие части растений. Гораздо реже попадаются окаменелости, возникшие помимо осадков. В Северной Америке найден был целый лес вертикально стоящих стволов окаменелых деревьев среди горной пустыни, где обилие минеральных солей и бездождье сохранили его чрезвычайно хорошо.

Если бы Земля была покрыта осадками равномерно и осадки эти имели бы одинаковую мощность, то палеонтологическая летопись Земли была бы полною. Но так как земная кора, находится в движении, так как во многих местах современная суша покрывалась в различное время морем, а обширные области былой суши оказывались погребенными под волнами морей, то летопись Земли сильно нарушена. Во многих местах толщи осадков размыты и разрушены вместе со всеми заключенными в них окаменелостями. В других их никогда и не было, так как не было условий для их образования. Тем не менее всестороннее изучение осадочных горных пород, известняков, сланцев, песчаников, а для более позднего времени «ленточных» (т. е. слоистых) глин и торфяников, создало прочные основания для оценки слоистых пород в их хронологической последовательности. Летопись Земли установлена, и хотя многие страницы из нее вырваны вовсе геологическими катастрофами, а другие сильно повреждены, она все же дает яркую картину последовательности, с которою шло развитие растительного мира, вначале бедного, однообразного, затем все более и более пышного и прекрасного.

Рис. 2. Вскрытая лесная почва каменноугольного периода с древесными пнями лепидодендронов и их корнями — стигмариями. Окрестности г. Глазго (Шотландия)

В общем, сопоставляя данные палеонтологической летописи и сравнительную морфологию современных нам растений, мы получаем следующую последовательность их развития:

1. Бактерии, амебообразные организмы и жгутиковые.

2. Водоросли циановые, зеленые, бурые, красные и пр.

3. Мхи и печеночники.

4. Грибы и лишайники.

5. Папоротники, хвощи, плауны, семенные папоротники.

6. Голосеменные (включая шишконосные) растения.

7. Покрытосеменные или цветковые растения.

Немало растений, покрывавших некогда Землю обширными лесами или образовавших заросли иного типа, вымерли без остатка. Зато другие, хотя бы и сильно видоизменившись в общих своих чертах, дожили до нас, начав свое существование за несколько геологических периодов до нашего времени.

Бактерии существовали в отложениях всех геологических периодов, водоросли появляются значительно позднее, плауновые еще позднее, а покрытосеменные растения — только в более молодых отложениях.

Рис. 3. Отпечаток листьев клена Acer trilobatum (Sternb.) на камне. Третичные отложения Европы. Из коллекции Ботанического института АН СССР

Остановимся теперь еще на том, как принято обозначать последовательно налегающие один на другой осадочные слои, от древнейших времен до нашего времени.

1. Самая древняя, соответствующая нижним, наиболее глубоко залегающим слоям полной серии, группа осадочных пород носит название архейской, т. е. изначальной, или азойской, т. е. безжизненной. К ней относятся массы гнейса, слюдяного сланца, глинистого сланца, кварцита и мрамора. Так как большинство отложений этой группы подверглось позднейшим изменениям, то остатки растений в ней разрушились бесследно.

В раннюю пору геологии кристаллические сланцы считались первозданным слоем земной коры. Позднее, однако, убедились в том, что кристаллические сланцы созданы из других горных пород процессом превращения их в гнейсы[26]. Осадочные породы могут при перемещениях частей земной коры опускаться на глубину, где высокое давление и чрезвычайно высокая температура их совершенно перерабатывают, выкристаллизовывается в их толще целый ряд минералов, а остатки животных и растений бесследно исчезают. Порода становится «немою».

Рис. 4. Папоротник Pteris Dolitzkii Palib. Из третичных отложений Акчагыла (Сев. Кавказ). Из коллекций Ботанического института АН СССР

2. Палеозойская группа, т. е. группа с остатками древней жизни. Слои этой группы распадаются на пять систем, именно кембрийскую, силурийскую, девонскую, каменноугольную и пермскую. В период образования палеозоя сложились основы современных океанов и материков. Создались уже понятные нам условия жизни. Понятно, что слои этой группы, начиная с девонских, уже богаты остатками растений и дают возможность ясно представить себе растительность этих отдаленных времен. В палеозойскую эру развились уже почти все типы животных, но не все одновременно, и в различные ее периоды выделялись то ракообразные, то головоногие моллюски, то брахиоподы, панцирные рыбы, насекомые и даже амфибии. К концу палеозоя появились также и пресмыкающиеся, но птиц еще не было.

3. Мезозойская группа слоев, т. е. группа с остатками жизни, соответствующей среднему периоду ее развития. Эта группа слоев разделяется на три системы: триасовую, юрскую и меловую. В мезозойскую эру конфигурация земной поверхности сохраняет в общем черты, выработанные грандиозными горообразовательными процессами конца палеозоя. Характерной ее особенностью являются сухие солнечные климаты, распространившиеся на больших протяжениях тогдашних материков. В биологическом отношении мезозойская эра является веком саговников и шишконосных среди растений и веком белемнитов и аммонитов среди морских животных, крупных пресмыкающихся, особенно динозавров на материках. К концу ее появляются сразу в большом количестве покрытосеменные растения, а также птицы и млекопитающие среди животных.

4. Кайнозойская группа, т. е. группа пластов с остатками жизни, соответствующей новому периоду ее развития. Эта особенно богатая остатками жизни группа делится на две системы: третичная система и четвертичная система.

К началу кайнозоя произошли на земле крупные изменения физико-географических условий, которые к концу его привели к современному распределению воды и суши, к современным очертаниям материков. Совершенно исчезли аммониты, белемниты и динозавры; сильно поредели саговники, зато распространились леса из широколиственных деревьев и пространства, поросшие травой. Развитие в конце кайнозоя ледниковых отложений способствовало выработке северных растений и окончательно придало растительности земного шара ее современные черты.

Сколько же времени потребовалось на все это? В средней части Германии толща палеозойских слоев имеет более 5000 м мощности. Несомненно при этом, что часть их размыта и уничтожена. Сколько же времени понадобилось на отложение всех этих слоев и их последующие преобразования? Геологи часто говорят, что определить длительность той или иной эпохи в годах они вовсе не могут. Измерение толщи осадочных образований позволяет говорить лишь об относительном летосчислении, выражающем большую или меньшую древность данной толщи относительно другой.

Тем не менее попытки выразить продолжительность геологических периодов в миллионах лет были, и мы должны дать о них понятие. Немецкий ученый Арльд[27] собрал имевшиеся к 1907 г. в астрономической и геологической литературе данные о продолжительности главнейших периодов истории Земли и выразил их сравнительную продолжительность в единицах, равных каждая примерно 10000000 лет. Составленная им табличка дает следующие цифры:

1

Стадия планетной туманности

неопределенно долгое время

2

Период белой звезды

13,5

3

-»- желтой звезды: с температурой около 15 000°

12,5

4

-»- красной звезды с температурой 3000–4000°

2,75

5

-»- образования литосферы

10,5

6

-»- безводный, предшествующий образованию первого океана; продолжение формирования твердой земной коры

9,5

7

Образование морей; жизни еще нет

12,25

8

Архейский период, впервые обильное развитие жизни, следы которой позднее уничтожились

9,5

10

Палеозойский период

7,5

11

Кайнозойский

0,3

По Арльду, общая продолжительность земной истории 79,05 х 10 000 000 = 790 050 000 лет. Из них только последние 18 050 000, т. е. около 4,5 %, соответствуют периоду развития жизни на Земле. Позднее подсчеты солевого баланса на Земле, и, особенно, подсчет времени, потребного для того, чтобы радиоактивный распад руд, содержащий радий, дал современное нам состояние запаса этих руд, привели к все увеличивающимся цифрам[28].

В дальнейшем, характеризуя развитие растительности в каждой группе слоев, мы постараемся дать общую картину не только для растительного пейзажа, но также и для климата, и для общей географии соответствующей эпохи. Неправильно было бы говорить только о растениях, не упоминая о главнейших условиях их жизни. Свойства каждого организма слагались исторически благодаря взаимодействию его с внешней средой. Такова диалектика эволюции.

Глава VI

АРХЕЙСКАЯ ГРУППА СЛОЕВ

В архейский период произошло первое пробуждение жизни на Земле. Впервые в историю поверхностных явлений земной коры вошел новый химический активный фактор, который впоследствии созданием известняков, мела и пр. и концентрацией значительных запасов солнечной энергии в каменных углях, нефтях и пр. так сильно преобразовал эту поверхность.

Океаны архейского периода имели вначале воду, подогретую еще внутренней теплотой Земли. Можно думать, что возникшие к этому времени в вулканических ключах или иных мелких, теплых и сильно минерализованных водоемах или на влажной поверхности орошаемых водой скал хемотрофные организмы могли дать в прибрежной полосе мелководных морей значительные скопления жизни у поверхности воды. Мы не знаем, как скоро мог появиться хлорофилл, зеленое красящее вещество растений, но думаем, что он должен был появиться. С момента появления хлорофилла среда бактериеобразных организмов кембрия началось расслоение и должны были выработаться циановые или синезеленые водоросли. Началась утилизация углекислоты, которой было, по-видимому, весьма много, появились первые количества свободного кислорода, что в свою очередь сделало возможным появление первых простейших животных, хотя бы близких к амебам и корненожкам. Возникновение простейших, особенно одноклеточных, водорослей и грибов также может быть отнесено к этому периоду. Появление зеленых организмов, хотя бы и в форме одноклеточных водорослей, создало сейчас же избытки пищевых веществ. Эти организмы имеют в своих клетках особые тела — хроматофоры, в которых заключено зеленое вещество — хлорофилл. Здесь идет процесс усвоения солнечных лучей — фотосинтез, идет диссоциация углекислоты, поглощение углерода и освобождение кислорода. Такой процесс питания называется аутотрофным, т. е. самостоятельным, и сопровождается одновременно усвоением элементов воды и азота, а также и усвоением элементов золы. Процесс этот чрезвычайно продуктивен, производится больше вещества, чем его нужно самому организму.

Там же, где есть избытки пищи, начинается неизбежно и процесс ее использования не теми, кто ее выработал. Амебообразные организмы, эти капли ползающего живого вещества, заглатывают зеленых тружеников и переваривают их. Им хлорофилл не нужен, и они не окрашены.

Всю серию архейских отложений делят теперь на две системы: археозойскую и протерозойскую[29].

Археозойская система заключает в себе древнейшие слои земной коры, состоящие из вполне перекристаллизовавшихся осадочных отложений. Мощность их так велика, что превышает всю толщу позднейших осадочных отложений.

Выше уже было сказано, что прямых следов жизни в археозойской группе слоев не найдено. Но среди них есть известняки, графит и антрацит, происхождение которых несомненно органическое.

Мы не знаем других скоплений углерода в земной коре, кроме тех, которые образовались из остатков растений. При этом такие скопления могут получиться и из масс мелких организмов, не имеющих никаких твердых частей и потому плохо сохраняющихся.

В 1854 г. в гнейсах Канады был открыт, как думали, древнейший организм, похожий на очень крупную корненожку; его окрестили Eozoon canadense, что означает «канадская заря жизни». Впоследствии было доказано, что это — не отпечаток животного, а причудливое минеральное образование. Другие находки следов жизни в кристаллических породах археозоя оказались также мнимыми.

Остатки протерозойской эры немногим богаче остатками жизни, чем археозойские, но все-таки в ней имеются. Так, в северном Китае в вутайских слоях мы имеем красные песчаники с волноприбойными знаками, доломитизированные известняки с остатками водорослей «колления» и черные глинистые сланцы с евриптеридами (Eurypteris). В доломитах Финляндии. на озере Суоярви найден кораллообразный организм «карелодзоон ятуликум» (Carelozoon jatulicum).

Самые верхние слои архейской группы, переходные к выше лежащим, так называемые докембрийские, теряют кристаллическое строение и дают переход к нормальным слоистым породам, в которых найдены уже во Франции многочисленные и разнообразные корненожки. Последние причисляются к миру животных, но они входят также в общую группу амебообразных организмов, представленную в мире растений так называемыми миксомицетами, или слизевиками. Последние могут образовывать значительные массы живого вещества.

Еще интереснее находка в альгонских слоях Северной Америки на поверхности железных руд в кремнистых отложениях так называемых железобактерий, близких к ныне живущим, широко распространенным бактериям из рода лептотрикс (Leptothrix ochracea). Бактерии эти живут небольшими нитевидными колониями и строят вокруг себя из выделяемой ими слизи защитный чехол в виде трубочки. В стенках такой трубочки постепенно выделяется гидрат окиси железа, и она из белой становится все более и более охристой. Когда стенки трубочки совершенно пропитываются железам, бактерии из нее уходят и строят новые трубочки. Пустые же трубочки накопляются и могут послужить материалом для образования болотной железной руды. Подобные трубочки были констатированы в альгонских отложениях. В альгонских же известняках были найдены многочисленные микрококки, может быть, способствовавшие их образованию.

Таким образом, в самом начале палеонтологической летописи мы прежде всего встречаемся с бактериями и корненожками при отсутствии всех остальных организмов.

Прежде чем переходить к обозрению более молодых осадочных отложений, поставим вопрос о том, каким образом можем мы судить о среде, в которой развились и жили многочисленные уже растения и животные. Для этого введем, в наше изложение специальную главу.

Глава VII

ПАЛЕОГЕОГРАФИЯ И УСЛОВИЯ ЖИЗНИ ПРОШЛЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПЕРИОДОВ

Важнейшим вопросом древней географии является распределение моря и суши. Чем большее пространство занимают моря и чем теплее поверхностный слой воды в них, тем большая масса воды переходит при испарении в парообразное состояние. Чем больше водяных паров в атмосфере, тем небо туманнее, а продолжительность солнечного сияния менее длительна. Чем незначительнее площадь суши и чем выше на ней горы, тем больше дождей получат склоны этих гор. Чем, наоборот, обширнее суша, тем скорее часть ее получит засушливый солнечный климат.

Конфигурация морских берегов, островной или материковый характер суши оказывают громадное влияние на всех ее обитателей, так как определяют собою важнейшие климатические особенности данной области. Это понятно, но как узнать очертания материков в давно прошедшие времена, как с уверенностью, сказать, что там, где теперь тянутся степи Украины, когда-то бушевало меловое море, а где между Африкой и Австралией надо дней 18 ехать на пароходе, не встречая земли, тянулся когда-то массивный материк, именуемый геологами Гондваной?

Море в прежние времена постоянно переливалось с одного участка земной коры на другой. При наступании или, как говорят геологи, при трансгрессии моря, сплошной до того участок суши распадается на систему многообразных островов; при регрессии или отступании моря на поверхность выходит сначала также архипелаг плоских островов, которые впоследствии могут слиться в сплошной материковый массив.

Методы, которыми геология пользуется для выяснения изменений береговой линии, в основном следующие. Те участки суши, где на поверхности лежат ничем не покрытые осадки архейских морей, считаются такой сушей, которая с окончанием архейской морской трансгрессии никогда не заливалась морем. Если на меловых отложениях Украины нет более поздних морских осадков, то это значит, что с окончанием меловой трансгрессии Украина является материком, который более уже не заливался морем.

Наоборот, если в северной Германии налицо имеются перекрывающие одни других морские осадочные пласты юрской, меловой, третичной и четвертичной эпох, то это значит, что трансгрессия моря повторялась здесь 4 раза и 4 раза материк снова появлялся из вод морских, поскольку между морскими отложениями есть прослойки с пресноводными материковыми толщами; если же таких прослоек нет, то это значит, что море бушевало над этой частью современной нам суши непрерывно с триасовой эпохи.

Если теперь нанести на карту все морские осадки той или другой эпохи, у нас получится карта морской трансгрессии для данной эпохи. На поверхности современной суши легко распознать для каждого геологического периода морские осадки от материковых и нанести их на карту. Но как быть с современными морями, как узнать, что скрывается под их глубокими водами, как догадаться, что Бразилия и экваториальная Африка были когда-то частями сплошной суши, а между северной частью Европы, Гренландией и Лабрадором в свое время также располагались солидные массивы суши?

Вопросы этого рода решаются путем изучения параллелизма в положении осадочных пластов на обоих берегах, изучением глубин и провальных обрывов на дне моря. Наличие мелководья среди глубокого моря часто указывает на опускание суши и позволяет связать разделенные ими материки и острова. Наконец, распределение современных или ископаемых животных и растений позволяет строить через моря так называемые мосты суши. Если папоротник «тодея» растет в Африке, в горах земли Наталь и одновременно на острове Тасмания, то значит было время, когда горы Наталя и горы Тасмании принадлежали одному материку, и «тодея» был распространен также в промежуточных местностях тянувшегося между ними материка.

Сопоставляя области трансгрессии с областями мелководий и материковыми «мостами», мы можем составить географическую карту для каждого геологического периода. Особой точностью она отличаться не будет, так как все еще немало «белых мест», т. е. районов, которые мало исследованы и о которых приходится судить не на основании фактов, а на основании общих соображений. Понемногу все же и геологические карты приобретают все большую точность.

Климат в сильнейшей степени зависел и зависит от близости моря, но есть и другие факторы, его определяющие. Таковы: 1) большее или меньшее излучение Солнца, 2) проницаемость атмосферы, 3) процессы горообразования, 4) наклон земной оси и зависящее от него положение полюсов и экватора.

Температура на поверхности Солнца и теперь свыше 5000°. И теперь изменения климата многие связывают с периодами в развитии солнечных пятен. Можно думать поэтому, что в прошлом солнечная радиация могла существенно изменяться.

Первобытная атмосфера, по многим соображениям, содержала гораздо больше водяных паров и угольной кислоты, чем современная, что делало ее менее теплопрозрачной. Прямое действие солнечных лучей было слабее, зато много слабее была и отдача тепла путем ночного и зимнего лучеиспускания, по вычислениям Аррениуса, увеличение содержания угольной кислоты в атмосфере в три раза против современного должно было повысить среднюю годовую температуру Земли на 7,3–9,3°, что совершенно меняет климат.

О сухости или влажности климата можно судить прежде всего по виду и строению осадочных пород, отложенных в изучаемый период. Присутствие ярко-красных конгломератов, песчаников и глин, окрашенных окисью железа, указывает обычно на сухой и солнечный климат в период их образования. Влажные периоды дают или желтую окраску гидратов окиси железа или синюю — от закиси.

Было время, когда изменение доисторических климатов Земли рассматривали как шедшее равномерно от более теплого к более холодному. Иногда говорили даже, что в конце-концов Земля перестанет получать необходимое для явлений жизни на ее поверхности тепло и жизнь прекратится.

Теперь достоверно, что в истории Земли многократно общее похолодание сменялось потеплением, после которого снова наступал холодный период. Холодные периоды сопровождались сильным развитием ледяных покровов в горных странах и на прилегающих к последним равнинах и потому носят название ледниковых. Одни объясняют их ослаблением деятельности Солнца, другие уменьшением теплопрозрачности пространства между Землею и Солнцем, третьи изменением положения земной оси, наконец, четвертые — процессами возникновения крупных горных поднятий.

Как бы то ни было, но периоды горообразования очень сильно влияли на климат Земли и на судьбу ее растительного и животного населения. Периоды горообразования следовали один за другим с большими промежутками и вызывали сильное изменение лика Земли.

Молодые горные хребты отличались обычно значительной высотой и нередко альпийским характером своих острых гребней. Появление их часто было связано с большим оживлением вулканической деятельности, с выделением в атмосферу массы паров и газов, с появлением областей опускания и морскими трансгрессиями. Последующий продолжительный период покоя сопровождался размыванием и развеиванием рыхлых наносов, а также размыванием и разрушением горных склонов, снижением гребней и выравниванием поверхности. В конечном итоге древние хребты являются сильно размытыми и закругленными в своих формах, как, напр., Урал, или даже превращенными в почти-равнину (пенеплен французских авторов), как Финляндия; понятно, что процессы горообразования и размывания горных хребтов сильно влияли на жизнь и вызывали изменение ее форм, явления массовой гибели организмов или выработки новых типов, развивавшихся и благоденствовавших в благоприятные для них периоды.

Горные хребты играли большую роль в развитии климатов земного шара еще тем, что, отрезая от влияния моря внутренние части материков, они вызывали этим самым деление климатов на морские влажные, умеренные и ровные и континентальные сухие с резкими контрастами времен года.

Таким образом, изменения в развитии береговой линии материков, рост островов и материков, развитие горных стран и равнин, развитие жарких и холодных, влажных и сухих климатов, а также изменения в химизме поверхности литосферы развивались одновременно и в тесном взаимодействии с развитием животного и растительного мира. Организм и среда в их взаимодействии — вот основной мотив истории земной поверхности.

Следующие главы дадут нам конкретные иллюстрации к этим общим положениям. Теория сопоставляет и поясняет факты; факты укрепляют и толкают вперед теорию. Поскольку в естествознании стремление к точному изучению фактов и стремление к обобщающим теориям часто являлось в форме двух противоположностей, то эти противоположности взаимно проникают друг друга согласно второму закону диалектики.

Глава VIII

ПАЛЕОЗОЙСКАЯ ГРУППА СЛОЕВ

Мы видели уже, что палеозойская группа разделяется на пять систем, довольно резко отграниченных одна от другой. В древнейших ее слоях остатки организмов скудные, но постепенно и количество их, и разнообразие, и степень сохранности все увеличиваются и достигают к концу ее выдающегося богатства.

Общая мощность палеозойских слоев достигает 25 000 м и соответствует громадному периоду времени, не менее 214 млн. лет[30]. Ясно, что за это время растительность Земли претерпела большие изменения, и общая характеристика этого периода очень трудна. Придется дать ее по отдельным системам.

1. КЕМБРИЙСКАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

В кембрийское время поверхность Земли не имела ничего общего с современной. Среди огромного океана терялись сравнительно незначительные материки. Североатлантический материк захватывал часть Северной Америки с Гренландией и Шпицбергеном, Южноатлантический объединял в одно целое часть Южной Америки, именно большую часть Бразилии, в один массив с экваториальной частью западной Африки. Третий материк обнимал земли Восточной Европы от восточной границы Норвегии до Урала и на юг почти до Кавказа. У самого Ленинграда в основании Пушкинских высот и на речке Поповке, за Павловском, кембрийские отложения великолепно выражены.

Четвертый материк обнимал так называемое «темя Азии», охватывая территорию теперешних речных бассейнов Енисея, Лены и Амура в их верхнем течении.

Осадочные породы кембрия в южных широтах окрашены преимущественно в красные цвета, в северных широтах в желтые, серые и зеленые. Это конгломераты, песчаники и сланцы. Различия окраски, связанные с условиями окисления находящихся здесь соединений железа, указывают на то, что в то время уже существовали климатические различия, экватор же занимал положение, очень близкое к современному. Животный мир верхнекембрийских морей указывает на благоприятные условия для его развития. Замечательно, однако, что он на громадном протяжении оставался мало разнообразным: трилобиты, напоминающие очень крупных мокриц, и плеченогие моллюски — его главные представители. Морские берега изобиловали заливами, где на гнейсовое дно осаждалась голубая или красноватая глина. По прослойкам каменных углей, которые были обнаружены в Эстонской ССР у г. Кунда, можно заключить, что в таких заливах с илистым дном накоплялись и гниющие морские растения.

Суша, по-видимому, была лишена растительности. На низменностях скоплялись слои красного песка в несколько метров глубиной. Ветер громоздил из них дюны и вздувал темные облака пыли. В горах голые скалы и россыпи щебня представляли собой также безотрадную картину. Только на морском берегу оживляли картину этого древнего мира раковины моллюсков, трилобиты и некоторые ракообразные. Самыми крупными из них были парадоксиды, группа животных, родственных трилобитам и достигавших 0,5 м длины. Иглокожие были представлены лишь начальными мало развитыми формами. Животная жизнь долго не поднималась выше типа ракообразных. Питание животных, подобных кембрийским, в настоящее время базируется главным образом на так называемом планктоне, т. е. микроскопических организмах, свободно плавающих в верхних слоях морской или пресной воды.

Какие же растения достоверны для кембрийского периода? В кембрийских песчаниках нередки вздутия и другие образования, которые ранее описывали и изображали как водоросли, теперь же признали за следы от ползания различных животных по песчаному дну моря. Достоверны следующие водоросли: марполия (Marpolia spissa Walcott) в среднем кембрии из класса циановых или синезеленых водорослей. Современные родственники этой марполии, образующие род схидзотрикс, живут на мокрых камнях или в водах, быстротекучих или прибойных. Некоторые из них живут в горячих ключах, некоторые же принадлежит к числу водорослей, сверлящих известняки. Кроме того, среди кембрийских циановых установлены еще гирванелла, эпифитон и некоторые другие.

Других остатков растений для кембрия не имеется, и о них высказываются лишь догадки. Как полагает Арльд[31], уже с альгонской эры морские водоросли были настолько развиты, что можно различать среди них представителей всех современных классов водорослей, не исключая и высокоразвитых багрянок. Были, стало быть, водоросли с зеленой, оливковой, золотистой, бурой и пурпурной окраской, мягкие или инкрустированные известью. Понижающаяся температура и повышающаяся, как думают многие, соленость воды могли впоследствии внести крупные изменения в жизнь этих организмов, но главные, основные черты их строения должны были сложиться очень рано, к чему первичный океан давал полный простор. На материках условия жизни были разнообразнее, чем в море, так как горные цепи уже бороздили их поверхность, а присутствие среди пород, образовавшихся в это время конгломератов, сложенных валунами, указывает на присутствие в горах значительных ледников. Арльд предполагает, что на кембрийскую сушу уже стали проникать низшие растения, не выходя, однако, далеко за пределы приливов, могли расти здесь циановые водоросли, простейшие плесневые грибы, а по Арльду — и простейшие печеночные мхи, родственные современным рикчиям (Riccia), живущим на мокрой земле.

В 1929 г. Рюдеман открыл в кембрийских отложениях организм с радиально-лучистым строением, который он отнес к зеленым водорослям, инкрустированным известью, именно к сомнительному по прежним данным роду ольдгамия (Oldhamic occidens).

При большой площади морей и более высокой, чем в наше время, температуре, облачность должна была быть очень большой и окутывать Землю едва ли не сплошной пеленой. Состав атмосферы также был иной, чем теперь. Указания на избыток углекислоты и недостаток кислорода в литературе совершенно определенные. Если бы человек попал в обстановку кембрийского времени, то он погиб бы от невозможности правильно дышать, даже если бы и нашел чем питаться.

2. СИЛУРИЙСКАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

В западной Германии над серыми сланцами и зелеными песчаниками верхнекембрийских отложений лежат нижнесилурийские серовато-голубые сланцы, в таком правильном, как говорит И. Вальтер, напластовании, что трудно провести между ними границу. В Северной Америке есть известняки, которые в виде рифов проникают из кембрийских отложений в силурийские без резкой границы. Близ Ленинграда нижнесилурийские слои напластованы вплотную на верхнекембрийский оболовый[32] песчаник. Казалось бы, что из этого легко вывести почти полное совпадение силурийских морей с кембрийскими, почему население этих морей и не должно было бы резко отличаться одно от другого. Между тем с самого начала силурийского периода мы имеем такой расцвет и такое изобилие животной жизни, что по справедливости считаем силурийское время одной из важнейших эпох в истории Земли.

Конец кембрийского периода ознаменовался вспышкой вулканической деятельности, завалившей пеплом прибрежные мелководья. В начале силурийского периода резко проявилась работа организмов, отлагающих известь, образовались богатые окаменелостями темно-серые известняки. Общая площадь морей увеличилась. Среди населения их отмечены многочисленные корненожки, радиолярии, кремнистые губки, кораллы, медузы, плеченогие моллюски, иглокожие, морские лилии, морские звезды, головоногие, трилобиты, ракообразные, наконец, первые позвоночные, именно панцирные рыбы.

Понятно, что и мир растений в силурийскую эпоху представлен богаче, чем в кембрийскую. Уже для более древних нижележащих слоев этой системы, для так называемого ордовицкого периода или ордовицких слоев известны вполне достоверные остатки морских водорослей. Много зеленых сильно инкрустированных известью водорослей из группы Dasycladaсеае, напр., великолепный циклокринус, имевший вид шара, сидевшего на прямой ножке. В скандинаво-балтийской области в верхних частях нижнего силура подобные водоросли, имевшие сифонное строение и мутовчатое расположение боковых ответвлений, образовали целые горные породы. Указываются также высоко развитые водоросли багрянки, напр., делессеритес, удивительно похожие на ныне живущие делессерии, ярко-розовые, плоские, но тонкие ветви которых имеют вид дубовых, ивовых или других листьев.

Рис. 5. Древнейшие растения суши — псилофиты:

1 — астероксил Asteroxylon Maekiei К. et L.; 2 — хорнеа Hornea Lignieri К. et L. со спорангиями на концах вильчатых ветвей; 3 — один конечный спорангий ринии Rhynia major К. et L. По окаменелостям из Шотландии

Суша силурийских материков оказалась гостеприимнее кембрийской. Если в кембрийскую эпоху простейшие растения еле поднялись над границами уреза воды и вышли на берега водных бассейнов, то в силурийскую они расплодились на значительные поверхности суши и поднялись к водоразделам. Предположительно можно говорить о неизбежности развития здесь на влажных почвах моховых ковров, но точно доказано лишь наличие в верхних силурийских отложениях представителей особого, позднее вымершего, класса растений, получившего наименование псилофитов (Psylophytales). Первый псилофит был найден в Канаде Даусоном еще в 1859 г., но особой известностью пользуется открытие в 1917 г. Кидстоном и Лангом в Шотландии целой флоры псилофитов, отличающихся большим разнообразием форм. Это первые достоверные растения суши, образовавшие целые зеленые ковры на влажной почве. Псилофиты были лишены корней, а большинство их также и листьев. Они состояли из вильчато-ветвившихся зеленых стеблей до 23 см вышины и горизонтально тянувшегося в почве корневища. У рода хорнеа корневище клубневидное. У некоторых родов есть также щетиновидные листочки, густо покрывавшие стебли. Органы плодоношения их помещались на концах ветвей и больше всего напоминали спороносные коробочки мхов. Некоторые черты их анатомии сближают псилофиты с плаунами.

Такова была эта первая растительность суши, отличавшаяся незначительной, по-видимому, продукцией органического вещества. Она, без сомнения, произошла от водорослей моря и сама породила растительность последующего периода.

Среди сухопутных животных силура отмечены скорпионы. Арльд отмечает первое появление развитых речных систем, что, конечно, улучшило условия жизни сухопутной флоры. Он думает, что остатки мхов, лишаев и грибов не дошли до нас только случайно. Он считает также, что к концу силура уже были заросли папоротников и других родственных им растений. Остатки папоротников, действительно, указывались из Северной Америки, но они не являются вполне достоверными.

3. ДЕВОНСКАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

Начало этой эпохи ознаменовалось сильным разрастанием северной суши. Европа стала на время полуостровом Северной Америки. На месте Западной Сибири бушевало море, отделявшее главный материк от небольшой сравнительно восточно-азиатской суши и большого южного материка, который называют страной Гондвана. Выдвинулись новые горные хребты, а стекавшие с них реки несли свои воды нередко во внутренние пустынные области, образуя у своего нижнего конца обширные озера.

По Криштофовичу, флора нижнего девона соответствует периоду массового переселения морских растений на сушу. В работе Крейзеля о нижнедевонских отложениях Германии (1930) приводится описание некоторых пионеров суши. Представим себе, что на влажных береговых отмелях разрослись кое-где звездообразные розетки или редкие дерновинки из безлистных более или менее прижатых к почве стеблей до 8 см

длины, несущие на концах утолщения, на которых сидели круглые тельца, по всей вероятности спорангии. Анатомическое их строение характеризуется наличием проводящего пучка лестничных трахеид, почему растение это, названное сциадофитом (Sciadophyton Steinmannii), не могло быть водорослью или мхом, а является представителем своеобразной группы низших папоротникообразных растений. Другое растение тех же отмелей, климациофит (Climaciophyton trifoliatum), было много мельче и отличалось тем, что на его стебельках сидели округлые листочки, кольцами по три. Криштофович относит его к примитивным хвощевым.

Тут же рос близкий к псилофитам дрепанофикус (Drepanophycus spinaeformis), с веточками, покрытыми густо щетиновидными листочками, и тениокрада (Taeniocrada Decheniana), которую можно было бы принять за бурую водоросль, если бы ее лентовидные вильчато-ветвящиеся веточки не обладали плотной жилкой, в которой помещался проводящий пучок из лестничных трахеид. По-видимому, этот еще безлистный организм также принадлежит к псилофитам; овальные спорангии часто собраны на концах тонких веточек рыхлыми кистями.

Росли здесь и настоящие псилофиты, а неподалеку в воде виднелись заросли несомненных водорослей, вернее всего бурых, с толстыми стволовидными основаниями, разветвленной кроной из листовидных вильчатых ветвей, получивших название прототакситес (Prototaxites psygmophylloides Kr. et Weyl.).

Таков был примитивный растительный мир нижнего девона, приуроченный к морскому берегу. Позднее он значительно усложнился и проник глубже на сушу.

Климат девона, как показывают сохранившиеся с тех пор массы характерного красного песчаника, богатого окисью железа, на значительных протяжениях суши был сухим, континентальным, что не исключает одновременного существования и стран приморских с влажным климатом.

Псилофиты продолжали покрывать Землю до самого конца девона, когда они стали исчезать под влиянием вновь народившихся крупных растений, образовавших уже настоящие леса.

Папоротники девона, которые иногда называют прапапоротниками, т. е. прародителями папоротников, были относительно мелки Одни из них имели корневища лазящие, другие ползучие, третьи отличались прямыми короткими стволами, листья их были перистыми.

Далее идут каламофиты, родственные современным хвощам; клинолисты, многими считаемые за водяные растения, другими за лианы, наконец, к концу периода появляются чешуедревы или лепидодендроны, растения, близкие к современным плаунам. Это уже настоящие крупные деревья с чешуйчатой листвой, прямыми массивными стволами и густой кроной из вильчато-расходящихся веток и веточек.

Всего замечательнее, однако, появление в эту эпоху кордаитов. Кордаиты — это первые по времени представители обширного класса хвойных, или шишконосных растений, игравшего позднее столь выдающуюся роль в истории Земли.

Для кордаитов известны и отпечатки листьев, и целые окаменелые стволы и соцветия; известны и плоды их. В некоторых отложениях Франции листья кордаитов залегают целыми слоями.

Это были прямые крупные деревья, с многочисленными распростертыми или повислыми ветвями, густо одетыми линейными или ланцетными листьями. Очевидно, они образовывали тенистые леса, в которых, кроме них, росли одновременно папоротники и последние псилофиты.

Таким образом, в девонский период Земля стала более обжитой и приобрела некоторое сходство с современным нам миром.

И. Вальтер обозначил область девонских отложений Европы словами: «Древний красный материк». Действительно, яркие красные конгломераты и песчаники, мощностью до 5000 м, — характерная особенность девона. Близ Ленинграда их можно наблюдать по берегам р. Оредеж. Вопрос, почему с наступлением девонского периода было выделено из состава других пород и снова нагромождено такое громадное количество кварцевого песка? Объясняется это тем, что в течение силурийского периода горные хребты, образовавшиеся в более ранние периоды, подверглись разрушению и выветриванию. Дальнейшая судьба продуктов последнего зависела от того, что дожди и ветры сносили их вниз по склонам и скопляли либо в котловинах, — либо на дне мелководных морей. Окраска их показывает, что весь северный материк в течение всего девонского периода обладал климатом жаркой пустыни; правда, временами периоды засухи сменялись сильными ливнями. Тогда бурные потоки уносили красную почву со склонов выветрившихся гор вместе с глыбами конгломерата. Землетрясения и сдвиги нередко колебали земную кору, за ними следовали извержения вулканов, выносивших из недр земли громадные количества лавы и пепла. Девонские лавовые потоки прослежены на расстоянии до 20 км; пустоты в остывших лавах часто заполнялись затем сыпучим песком.

Часто за лавами образовывались мелкие озера, берега которых были одеты растениями споровыми, но внешне напоминающими тростник, кругом росли крупные хвощи, папоротники и сингиллярии.

Последние представляли собой древовидные плауновые с мало разветвленным стволом, одетым, как печатями, рубцами от опавших чешуевидных листьев. На верхушке возвышался пучок узких, около 1 м длины, листьев, ниже которых кольцами свисали на тонких ножках спороносные колосья. Расходившиеся в разные стороны мощные корни описывались ранее, как особое растение под названием Stigmaria. Некоторые слои соседних глин богаты спорами плававшего по поверхности воды водяного растения протосальвинии (Protosalvinia).

Все эти водяные и болотные растения своими перегнившими остатками способствовали зарастанию озер и образовали скопления углистых отложений, а то и настоящие угли.

Верхние слои девона обнаруживают постепенный переход к каменноугольным.

4. КАМЕННОУГОЛЬНАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

Каменноугольной (сокращенно карбон) эта система называется потому, что среди ее слоев проходят наиболее мощные прослойки каменного угля, какие известны на Земле. Пласты каменного угля произошли благодаря обугливанию остатков растений, целыми массами погребенных в наносах. В одних случаях материалом для образования углей служили скопления водорослей, в других — скопления спор или иных мелких частей растений, в третьих — стволы, ветви и листья крупных растений. И теперь большие северные реки, например в Сибири и в Канаде, в половодье подмывают свои берега, и береговые леса целыми полосами валятся в воду. Часть их потом выносится реками в море и долго спустя выбрасывается на безлесные отмелые берега полярных морей, образуя так называемый плавник. Большая же часть выносится на полузатопленные отмели, где затем заносится песком или илом. изолируясь от влияния воздуха. Ткани растений медленно теряют часть составляющих их соединений, выделяемых в газообразном состоянии, часть же, и особенно углерод, прессуются тяжестью навалившихся па них осадков и превращаются в каменный уголь. Следующая таблица, заимствованная из работы Ю. Пиа, показывает химическую сторону процесса.

Среднее содержание (%):

углерода

водорода

кислорода

азота

Древесина

50

6

43

1

Торф

59

6

33

2

Бурый уголь

69

5,2

25

0,8

Каменный уголь

82

5

2,22

0,8

Антрацит

95

2,5

2,5

(лишь следы)

В этой таблице торф представляет собою наиболее слабую стадию обугливания, антрацит — крайнюю. В торфе почти вся его масса состоит из легко распознаваемых, с помощью микроскопа, частей растений, в антраците их почти нет. Из таблички видно, что процент углерода по мере обугливания все возрастает, процент же кислорода и азота падает.

Каменный уголь сопровождается обыкновенно отпечатками частей листьев, коры, веток, шишек, семян. Все они сосредоточены в породе, непосредственно покрывающей толщу каменного угля. Шахтеры называют ее кровлей пласта. Особенно хороши остатки растений в глинистом сланце, куда они занесены с берегов водоема. Нередко встречаются в штольнях целые стволы с корнями, пронизывающие весь пласт угля, или, по крайней мере, пни деревьев. М. Д. Залесский и Гранд-Эри рассматривают ископаемые пни, масса которых известна в каменноугольных копях Франции, да не мало и в Донецком бассейне, как остатки тех лесов, которые некогда росли на месте теперешних копей. Часто хорошо сохранена и вся система крупных корней, между которыми находят отпечатки веток, листьев и даже семян. М. Д. Залесский полагает, что заиливание стволов происходило медленно и деревья продолжали жить, выпуская новые прибавочные корни на более высоких своих частях, пока более сильный поток воды не сносил стволы деревьев и не одевал их слоем новых осадков. Нередко над погребенным лесом вырастал новый лес, которого в конце концов постигала та же участь. Благодаря этому ископаемые леса встречаются иногда в несколько рядов один над другим, указывая на частые колебания уровня вод, происходившие в данной местности. В Америке на Кап-Вретоне найдены в одном из каменноугольных бассейнов 59 ископаемых лесов, расположенных один над другим. Правда, что и общая мощность каменноугольных отложений в этом месте достигает 560 м.

М. Д. Залесский собрал немало доказательств в пользу того, что леса, давшие начало толщам каменного угля, росли та илистых осадках, покрытых водой. Иначе говоря, это были болотные леса, подобные лесам болотного кипариса или таксодия, растущим еще и сейчас на разливах реки Миссисипи в Америке.

В последнее время для исследования ископаемых углей был применен новый метод — налажено приготовление тонких шлифов, просветленных тем или иным реактивом. Введенный впервые М. Рено, он был усовершенствован впоследствии Ломаксом, Жеффреем и другими исследователями. Приготовленные по этому методу препараты ясно указывают на то, что уголь состоит из массы перегнойного вещества (гумуса), в которой рассеяна масса спор, постоянно сыпавшихся вниз с деревьев каменноугольного леса. Сама гумусовая масса состоит из сильно спрессованных и видоизмененных тканей наземных растений. В некоторых случаях удается совершенно точно установить, что это обрывки листьев, в других шишки или кора. Особый сорт угля, называемый волокнистым, хорошо сохранил структуру древесины шишконосных растений. Другой сорт, так называемый матовый уголь, напоминает своим строением обыкновенный древесный уголь.

М. Д. Залесский в своей работе «Естественная история одного угля» (Л., 1915) устанавливает по способу образования два основных типа угля, гумусовый и сапропелевый. Первый соответствует тлению растительных остатков на воздухе, причем «большая часть гумусовых углей образовалась несомненно из того растительного материала, который накоплялся в данной местности, как результат жизни многих поколений покрывавшей ее растительности». Многие угли, состоящие в большей своей части из спор, образовались благодаря тому, что споры эти вода или ветер сносили из окрестных лесов в озера, на дне которых и образовались массовые скопления.

Большое значение при изучении вопроса о происхождении материнского вещества каменных углей играют так называемые «coalballs» английских горняков, или «известковые почки» русских. По определению М. Д. Залесского, это «минерализованные участки материнского вещества угля, остановленного в гниении минерализующими растворами, иногда на самой ранней стадии этого процесса, так что представляется возможность подробного изучения анатомического строения растений, принимавших участие в образовании угля».

Вторая группа углей — «сапропелевые», куда относятся богхед, торбанит, кэннель и другие, произошла в водоемах. В таких углях не редки остатки зеленых и циановых колониальных водорослей, например пила (Pila Karpinsky Renault), массами развивавшаяся в планктоне нижне-карбоновых водоемов, подобно тому, как в наше время массами развивается иногда в озерах водоросль ботриококк (Botryococcas Braunii), весьма близкая к пиле.

Очень многие западноевропейские угли произошли из растений, составлявших леса в болотах с солонцеватой водой, тянувшихся широкой полосой вдоль морских берегов.

Угли из подмосковных копей, исследованные М. Д. Залесским, состояли то из скопления мелких водорослей, то из спор лесных растений.

Наконец, антрациты оказались углями, которые изменены действием жара. Куски антрацита переполнены массою мелких пор, образованных пузырьками газа, выделявшегося при действии жара за счет водорода и кислорода, содержавшихся в угле. Источником жара могло быть соседство с извержениями базальтовых лав по трещинам земной коры.

Огромное количество углей, которые вот уже столетие как питают мировую индустрию, указывает на огромное протяжение болотистых лесов каменноугольной эпохи. Для их образования потребовалась масса углерода, извлеченного лесными растениями из углекислоты воздуха. Воздух потерял эту углекислоту и получил взамен соответствующее количество кислорода. Аррениус полагал, что вся масса атмосферного кислорода, определенная в 1216 млн. тонн, приблизительно соответствует тому количеству углекислоты, углерод которой законсервирован в земной коре в виде каменного угля.

Еще Кене в Брюсселе в 1856 г. утверждал, что весь кислород воздуха образовался таким образом.

Конечно, против этого следует возражать, так как животный мир появился на Земле в архейскую эру, задолго до каменноугольной, а животные не могут существовать без достаточного содержания кислорода как в воздухе, так и в воде, где они обитают. Вернее предположить, что работа растений по разложению углекислоты и освобождению кислорода началась с самого момента их появления на Земле, т. е. с начала архейской эры, на что указывают и скопления графита, которые могли получиться, как конечный продукт обугливания растительных остатков под большим давлением.

Перейдем теперь к попытке восстановить картину растительности в эпоху образования каменного угля.

Материки в это время образовали две группы — северную и южную, разделенные сравнительно узким средиземным морем (Тетис). Материки эти изобиловали обширными низменностями, по которым и протекали широкие многоводные реки с плоскими берегами. Реки эти часто разливались и давали широкие полосы застойной воды. Климат отличался очень большой облачностью и равномерным теплом.

Многие думают, что только в каменноугольную эпоху растительность стала настолько мощным фактором земной жизни, что с ее развитием создалась настоящая почва. Ранее растения росли на камнях или на песках и глинах, теперь же выработался богатый перегноем почвенный слой, подобный современным почвам.

Растительность каменноугольной эпохи произошла непосредственно от девонской и тесно с ней связана. Однако она гораздо разнообразнее и пышнее своей предшественницы. Псилофиты к этому времени уже вымерли и место их заняли растения, близкие к папоротникам, хвощам и плаунам нашего времени. Одновременно развивались и усиливались голосеменные растения: семенные папоротники, гингковые и пр.

Рис. 6. Лес каменноугольного периода:

1 — лепидодендрон; 2 — кордаиты; 3 — сигиллярия, на коре ее — рубцы от опавших листьев; 4 — древовидный папоротник каулоптерис; 5 — клинолисты Sphaenophyllum с торчащими кверху спороносными колосками; 6 — группа ветвистых каламитов. Вьющийся папоротник справа — мариоптерис

Папоротники были представлены как мелкими тонкими теневыми папоротничками, так и древовидными крупными формами с широко распростертыми листьями. Одни из них одевали почву, другие вились вокруг деревьев, третьи высоко над землей вздымали свои перистые мелкоразрезные листья на вершинах прямых темных стволов, одетых шубою из мелких воздушных корешков или густым войлоком волокон.

За папоротниками идут клинолисты с членистыми стеблями и ветвями, и листьями, расширенными к концам. Листья сидели на узлах стебля кольцами. К сожалению, относительно их роли в природе того времени существует резкое разногласие. Немецкие авторы считают их водными растениями, которые свободно плавали в стоячих водах, тогда как английские смотрят на них, как на растения суши и объясняют тонкость их стеблей тем, что они вздымались на деревья или вились вокруг них.

Группа хвощей была представлена крупными мощными формами каламарий или каламитов. Стволы их могли расти в толщину и достигали большой мощности, листья были развиты лучше, чем у наших хвощей, и не срастались между собой. Органы плодоношения в виде шишки увенчивали концы стеблей и состояли из плодущих листьев, несших мешки со спорами двоякого рода, крупными и мелкими, и листьев бесплодных, служивших прикрытием. Ветви их располагались правильными кольцами. Каламиты росли основанием в воде большими группами или зарослями и подымались приблизительно на треть высоты, сравнительно с деревьями берегового леса.

Рис. 7. Лепидодендрон тина Lepidodendron obovatum Sternb. Спороносные колосья несколько преувеличены

Плауны особенно пышно были представлены чешуедревами, или лепидодендронами. Стволы этих гигантов имели до 30 м вышины и 2 м толщины при основании. Они могли расти в толщину, и ветви их ветвились вильчато, т. е. всегда надвое. Поверхность стволов правильно одета рубцами от опавших листьев. Листья узкие, некрупные, с шиловидными концами. Органы плодоношения на концах висящих книзу веток в виде довольно крупных шишек. Прямые высокие деревья лепидодендронов часто образовывали основу каменноугольного леса. Масса их спор, сыпавшихся сверху на болотистую лесную почву, входит, как было указано выше, в состав каменного угля.

Близки к ним были еще крупные деревья ботродендронов с гладкой корой. Сигиллярии — также деревья до 30 м вышиной, с рубчатой корой, появились на земле позже лепидодендронов и понемногу вытеснили их к концу рассматриваемой эпохи. Их своеобразные корни долго считались за остатки самостоятельной группы растений и носили (названия стигмарий. Они служили не только орудием прикрепления в жидкой болотной почве, но и для всасывания воздуха, с помощью торчавших кверху из почвы придатков, густо их покрывавших.

Голосеменные, или шишконосные растения были представлены прежде всего семенными папоротниками. Это крупные древовидные папоротники с сильно разрезной листвой, по краю долек которой сидели семена в особой чаще из листочков, покрытых характерными стебельчатыми железками. Листья настолько похожи на листья папоротников, что их долго считали за настоящие папоротники, и лишь впоследствии обнаружили их истинную природу, когда нашли листья с сидевшими на них семенами.

Следующая группа — кордаиты, деревья с мощным стволом и многочисленными ветвями. Листья крупные, линейные, сидели па концах веток густыми пучками. Соцветия их выходили из пазух листьев и напоминали сережки. Кордаиты росли целыми лесами, и листья их усыпали почву толстым слоем. Из современных нам растений они ближе всего стояли к араукариям, этим своеобразным «соснам» южного полушария. К кордаитам примыкали и некоторые представители гингковых, деревья с более широкими листьями, чем у кордаитов, высшее достижение среди растений каменного угля.

Образованный всеми этими растениями лес был несколько мрачен и однообразен. Никаких цветов, никаких птиц. У корней деревьев — грибы типа наших шампиньонов, в их гнилой древесине — бактерии. Из насекомых — нечто вроде стрекоз, пауки, скорпионы. Из позвоночных — двоякодышащие рыбы и немногочисленные земноводные. Однако к концу каменноугольной эпохи развилась на Земле еще и растительность другого вида. Растительность эта получила название глоссоптериевой, по имени характерного ее представителя папоротника глоссоптерис, что значит папоротник языковидный. В противоположность лесным папоротникам, мощным и снабженным мелкоразрезными перистыми листьями, языковидный папоротник был невелик, имел ползучее корневище и небольшие, совершенно цельные листья с закругленной верхушкой. Листья эти были плотными, кожистыми, способными выносить солнечные лучи и колебания тепла и холода. Главная область их распространения охватывала часть южного материка, особенно часть его, соответствующую Индии и известную под именем Гондваны, от современного названия одной деревни, около которой есть копи каменного угля, где впервые были найдены остатки соответствующих растений.

Рис. 8. Лесное болото каменноугольной эпохи:

1 — верхний лесной ярус из сигиллярий; 2 — подлесок из различных папоротников; 3 — клинолисты в воде; 4 — хвощи-каламиты; 5 — кроны кордаитов; 6 — лепидодендрон с вьющимся папоротником

Насколько можно судить по остаткам растений о климате этой отдаленной от нас эпохи, выходит следующее. Древовидные папоротники, чешуедревы, сигиллярии, каламиты и прочие растения каменноугольных болотистых лесов были найдены, и притом в очень больших количествах, как в странах, лежащие вблизи экватора, так и на Шпицбергене, Медвежьем острове и на островах полярного архипелага Северной Америки. В южном полушарии они известны в Бразилии и в Австралии. Если во всех этих странах, со столь разнообразными в настоящее время климатами и растительностью, была одинаковая флора, то и климат должен был быть сходным. Предполагали, что насыщенная водяными парами и углекислотой атмосфера того времени сильно препятствовала как ночному, так и зимнему лучеиспусканию, и температура всюду была равномерной, около 18° выше нуля, причем зимы вовсе не было. Деревья, растущие в странах, где бывает перерыв роста во время зимы или сухого времени года, неминуемо образуют годичные кольца в своей древесине. Деревья каменноугольного леса таких колен не образовывали и, следовательно, росли непрерывно.

Кроме того, деревья и вообще растения каменноугольного леса были недостаточно защищены своим строением от действия прямого солнечного света, особенно от ультрафиолетовых лучей. Это указывает на то, что солнечный свет как будто бы мало их беспокоил. Причиной этого, по всей вероятности, была избыточная облачность.

Совершенно в ином положении была растительность с характерным папоротником глоссоптерис. Среди нее нет совершенно ни чешуедревов, ни сигиллярий. Здесь, кроме глоссоптерис и близкого к нему гангамоптерис (языковидные папоротники), росли еще некоторые хвощи, например филлотеки, с довольно развитыми листьями. И в Австралии и в Индии пласты с остатками языковидных папоротников сопровождаются ледниковыми валунами и наводят на мысль, что растения эти развивались под влиянием появления ледников. Соответствующая этой растительности толща пресноводных отложений Индии достигает почти 6000 м толщины. В них заключены прослойки угля и остатки (растений суши, а также позвоночных животных. Обширное распространение глин с валунами и остатками языковидных папоротников заставляет думать, что огромный материк южного полушария в конце каменноугольной эпохи покрылся высокими оледенелыми горными хребтами, у подножья которых раскидывались обширные озера. С гор спускались крупные ледники, которые местами доходили до озерных котловин, местами же они заканчивались мощными потоками, которые несли льдины с вмерзшими в них обломками камней.

Следовательно, в то время, как в Европе продолжала существовать пышная растительность влажных и теплых каменноугольных лесов, в Австралии нарождался новый растительный мир, более выносливый, представители которого проникли в Европу лишь много позднее. Старый мир, осужденный природою на исчезновение, так как необходимый для его процветания климат изменился, стал понемногу исчезать, а его место занял новый, развившийся из глоссоптериевой флоры, в соответствии с более холодными и более сухими климатами следующей эпохи.

Рис. 9. Язычный, или языковидный папоротник глоссоптерис с его характерным жилкованием и с корневищем, описанным ранее как особый организм Vertebraria

Общее заключение такое. Пышная лесная и болотная растительность материков каменноугольного времени представляет собою прямое развитие девонской. Достигнув максимума, она затем отходит на задний план перед новыми типами глоссоптериевой флоры и развивающихся голосеменных растений. Чтобы оценить все значение такой смены, поведшей за собой увеличение разнообразия и повышение типа развития растительного мира в его целом, необходимо обратиться к той среде, которая благоприятствовала сначала расцвету, а затем отходу на подчиненное место, или даже исчезновению каменноугольной флоры.

Каменноугольный период был периодом господства материков: море чаще отступало чем наступало. Если принять за исходную точку развития этого периода предшествующий ему «древний красный материк» с его сухим пустынным климатом, то легко себе представить, что рост материков не уменьшил, а усилил область распространения засушливых территорий. Всякое подобие современной степной и пустынной флоры отсутствовало в это время, и материки карбона на большей части их площади были обширными пустынями. И. Вальтер думал, что даже равнины, орошаемые временно дождями, были еще лишены растительного покрова[33].

Зато на периферии материков формировались длинные и высокие горные цепи. В верхних областях этих гор, особенно на стороне, обращенной к морю, скоплялись чуть ли не ежедневно тяжелые дождевые тучи. Потоки дождевой воды текли по склонам, смывая к подножьям продукты выветривания горных пород и создавая сильно орошенную полосу земли между горами и морем. Здесь вдоль морского берега у устьев рек развивались лагунные озера, постепенно превращавшиеся под мощным натиском растительности в лесные болота. От берега моря, представлявшего для растений карбона наилучшие жизненные условия, растительность постепенно надвигалась внутрь страны, овладевая в первую очередь наиболее орошенными почвами. По мере того, как условия жизни ухудшались, пионеры материковой растительности, теряя тень и влагу, становились мельче, развивали листву более простых очертаний, изменяли свое анатомическое строение в сторону большей засухоустойчивости; пышные папоротникообразные стали давать переходы в сторону глоссоптериевой флоры, очень близкой по облику составляющих ее растений к современным нам папоротникам открытых скалистых местообитаний (Cyclophorus).

Геологи называют кульмом слои, образованные когда-то иловатыми выносами рек каменноугольного времени в Англии и в Германии. Такие затвердевшие речные дельты — прекрасный памятник типичных местообитаний каменноугольной флоры. Передовые ее форпосты, по-видимому, коренились в воде, поднимая свою лиственную крону над уровнем прилива лишь незначительно, наподобие мангровых зарослей современного нам тропического мира. Солоноватые воды болотистых прибрежных низ и к, широкая область речных разливов соответствуют наиболее пышному развитию лепидодендронов и кордаитов, а область предгорий по орошаемым дождями склонам являлась областью, для заселения которой растения должны были вырабатывать новые формы и строения. Тем не менее, пока горы были высоки и их водосборная область велика, переселение и приспособление растений к новым условиям шло успешно. Снижение гор, в результате размыва и выветривания их гребней, должно было открыть свободный путь сухим ветрам из внутренней континентальной области материка и вызвать подчинение подгорных растений новым скудным условиям существования.

Таким образом, история горных хребтов каменноугольной эпохи отразилась весьма существенно и на истории растительного мира. Чем резче расчленение земной поверхности, тем резче и расчленение климатов, тем своеобразнее идут процессы почвообразования, тем разнообразнее круговорот веществ, тем более разнообразия вносится и в развитие растительности, тем поступательнее ее эволюционный процесс, ее история.

5. ПЕРМСКАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

Позднейшие отложения палеозойской эры носят названия пермской системы, или диаса. Нижний отдел этой системы, достигающий почти 400 м мощности, состоит из горных пород, отложенных первоначально в виде осадков на дне пресноводных озер. Характерными представителями горных пород пермской системы являются красный песчаник, богатый окисью железа, и известняк, получивший у рудокопов Германии наименование цехштейна, или шахтенного камня. Растительность пермской системы — прямое продолжение каменноугольной. Каламиты, как и там, торчали из воды болот и разливов, а лепидодендроны и сигиллярии высились по берегам водоемов. Однако они менее многочисленны и, по-видимому, вымирают, их вытесняют папоротники и хвойные деревья, а в самых верхних слоях — проникающие постепенно и в Европу растения глоссоптериевой флоры. Наследниками кордаитов становятся дадоксилон и вальхия, деревья, близкие уже к современным араукариям, этим оригинальным соснам южного полушария.

Пермские отложения тянутся сравнительно узкой полосой вдоль западного подножья Урала. Некогда они соответствовали здесь морскому побережью. Флора их носит тоже переходный характер от каменноугольной к флоре позднейшего периода.

Рис. 10. Лист семенного папоротника Callipteris Zeilleri (Zalеssks) из Кольчугинской копи в Кузнецком бассейне (по М. Д. Залесскому)

Семенные папоротники (Pteridospermae) с их жесткими листьями и семенами, сидевшими по краям листа, были широко распространены в пермскую эпоху. Роды Леслейя, гангамоптерис и глоссоптерис с простыми листьями особенно характерны. Глоссоптерис чрезвычайно широко распространен в отложениях всего южного, или так называемого гондванского материка, в Австралии, Индии и Африке. Широким распространением пользовался также семенной папоротник тинифельдия с двоякоперистыми листьями. Гигантоптерис, представленный многими видами в Северной Америке, на острове Суматре, в Китае и Японии объединял группу лиан с крупными листьями и цепкими листовыми усиками.

Глоссоптериевая флора открыта также в Сибири и на севере Европейской части Союза.

Голосеменные растения сильно развились в пермскую эпоху. Дадоксилон (он же араукариоксилон), настоящее хвойное дерево, в древесине которого очень характерны на срезах тесно стоящие ряды окаймленных пор, дал более 30 видов. В Кузнецком бассейне найдены угли, состоящие из слежавшейся массы листьев хвойного Mesopitys Tchihatcheffii, среди которой находились во множестве различной толщины, почти не деформированные, веточки того же растения, без коры, которая в виде отдельных обрывков встречается то там, то здесь среди листьев. Эта минерализованная слежавшаяся масса листьев и веток между ними живо напоминает подстилку (лесной войлок) во влажном тенистом лесу, образующуюся в нем, как результат накопления теряемой деревьями листвы, которая вследствие обилия влаги в почве и плохой аэрации ее обыкновенно «не успевает перегнивать». «Этот пласт угля следует признать образовавшимся на месте, как результат жизни болотистого леса, состоявшего из Mesopitys Tchihatcheffii, подобного современным лесам из таксодия» и других деревьев в Северной Америке[34]. Началось также развитие саговников, гинкговых и пр.

В последнее время остановили на себе внимание также особые угли — сапромикситы с р. Барзаса, притока р. Томи, впервые исследованные М. Д. Залесским. Уголь этот состоит из ослизнившихся бурых водорослей. Лентовидные стебли — вильчато-ветвящиеся, на поверхности их нашлись и органы плодоношения с ясно сохранившимися оогониями, содержавшими по одной оосфере (яйцевой клетке). Водоросль эта близка к современной морской водоросли гиманталии и была названа Залесским Himanthaliopsis Sniatkovi. Толща водорослей была пронизана, в период их разрушения гниением, плесенями, близкими к роду мукор, дрожжами и грибками актиномицетами. Немало сохранилось здесь и остатков различных бактерий.

Перейдем теперь к тем изменениям среды, которые так резко отражаются на переменах в составе пермской флоры, по сравнению с типичной каменноугольной. По Вальтону, великое оледенение гор южного полушария можно считать установленным для верхнего карбона и предпермского времени. Позднее снижение горных стран дает все возрастающее развитие засушливым климатам. Соответственно этому развиваются пестроцветные и красноцветные толщи. Можно сказать, что возник новый красный материк. Наметилась впервые правильная смена времен года, так как древесина деревьев пермской флоры обнаруживает ясное наличие годичных колец, отсутствовавших совершенно в окаменелых древесинах каменноугольного времени.

В средней части пермского времени продолжалось развитие голосеменных, появились роды: байера, кладофлебис, диоонитес. Продолжалось развитие хвощей каламитов, примером чего можно считать появление Neocalamites Merianii в пермских отложениях Кореи. Последние находки в Корее и в Китае дают картину разнообразного растительного мира, в котором, по А. Н. Криштофовичу, заложены уже черты позднейшего мезозойского периода.

Последние работы японских ученых[35] дают следующую флору для нижней перми. Изобиловал Pterophyllum carbonicum Sсhenk, имевший плоские облиственные побеги, несшие 2 ряда крупных листьев с одной стороны и 2 ряда мелких с другой. Плодоношения этого растения послужили поводом к переименованию его в тингию Tingia carbonica (Schenk) Halle, спорофиллы его сидят на вильчатой оси и имеют 4 споровых камеры, приближаясь к современному роду псилотум. Была ли тингия водным организмом или же ее ползучее корневище росло на земле или на других растениях, это не выяснено. Далее следует Koraia koralensis, представленная органом, похожим на воротничок или на чашу; неизвестно только, что помещалось в этой чаше, семя или спорангий.

Глоссоптерис и его спутники оказались погребенными также и в области антарктического материка вблизи южного полюса. Так в песчаниках земли Виктория, у Феррарского ледника, найдены листья Glossopteris и куски древесины хвойного Dadoxylon. В восточной Азии глоссоптериевая флора не появлялась и древняя флора держалась там почти до конца пермского периода, когда влажный пояс стал отодвигаться к югу и этим положил предел последним остаткам флоры палеозоя, тем более, что после почти максимального развития суши в восточной Азии снова началось наступание моря и затопление частей материка.

Глава IX

МЕЗОЗОЙСКАЯ ГРУППА СИСТЕМ ОСАДОЧНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

Мезозойские отложения потребовали для своего образования около 124 миллионов лет[36]. По толщине этих отложений можно судить, что они соответствуют лишь одной десятой отложений палеозойской группы. Тем не менее перемены, которые совершались за это время на Земле, очень важны, и рассматривать весь мезозой, т. е. эпоху средней жизни, как нечто единое, нельзя. Поэтому принято делить мезозойские отложения на три системы слоев.

1. ТРИАСОВАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

Древнейшим отложением этой системы является пестрый песчаник Германии. В нем мы встречаем остатки хвощей, папоротников и хвойных. Среди последних выделяется «вольтция», дерево с густо ветвистой кроной, с листьями, напоминающими листья пихт, и шишками того же типа, как шишка елей. Позднее появляются представители саговников. Это невысокие, прямые, толстые сравнительно с их вышиной, стволы, одетые густо сидящими остатками опавших листьев и несущие на верхушке крону из сидящих правильным венком жестких перистых листьев. В пазухах листьев появляются шишки или же иные органы плодоношения. Все растение занимает по своей внешности как бы середину между пальмою и папоротником.

В течение триасового периода произошла громадная перемена всех географических и биологических условий, изменилось распределение суши и моря, возникли новые горные и вулканические области; одновременно ряд геологических и климатических катастроф уничтожает большую часть древней флоры и фауны. Лишь немногие семейства растений переходят из палеозоя в следующую за триасом юрскую эпоху.

«Уже в каменноугольном периоде начинается вымирание форм древнего цикла. Одни в ожесточенной борьбе делались добычей победившего их врага, а другие умирали, так как не были достаточно гибки для того, чтобы приспособиться к новым жизненным условиям; очень большой процент животных древней фауны вымирал, вероятно, лишь потому, что они находились в тесной биономической зависимости от вымирающих господствующих форм»[37]. Одновременно с этим появляются многочисленные новые роды. «В конце пермского периода северная Европа была прорезана многочисленными вытянутыми в длину горными цепями, которые, понижаясь вследствие выветривания и денудации, доставляли на лежащую перед ними местность громадные массы продуктов выветривания, сортируемых и отлагаемых здесь водой и ветром на берегу моря или в обширных внутриматериковых впадинах, а между этими массами проникало мировое море в тех местах, где к этому была возможность. Германия была покрыта большими солеными озерами, которые медленно испарялись, пока не были засыпаны красными песчаными дюнами». В морях триасового периода шло мощное развитие коралловых рифов.

А. А. Борисяк[38] проводит общий разрез германского триаса, показывающий главнейшие изменения общей жизненной обстановки того времени:

Нижний триас, или пестрый песчаник. Глинистые сланцы, песчаники и глины с растительными остатками; красные и зеленые глины с гипсом.

Средний триас, или раковистый известняк. Известняки, мергеля и доломиты. Морская и лагунная фауна.

Верхний триас, или кейнер. Песчаники, углистые сланцы, прослойки мергеля, доломиты, прослойки глинистых углей с остатками растений (напр., мараттиевые папоротники, Danaeopsis, 3 вида). Лагунные и континентальные слои с растительными остатками (хвоя Equisetum и др.).

Самый верхний ярус, рэтический, или рэт, также с растительными остатками.

Наступания моря — ипгрессии в общем преобладали в триасовый период над его отступанием. Несмотря на это, области с пустынным климатом, жаркие и сухие, все еще преобладали и дальнейшее приспособление растений к засухоустойчивости шло непрерывно.

В отложениях триаса настоящие папоротники с пальчатым или веерообразным расположением листовых долек (Clathropteris, Thaumatopteris и Dictyophyllum), оригинальные плауны Pleuromeia и голосеменные Thinfeldtia с плоскими зелеными веточками, заменявшими им листья, а также Noeggeratiopsis aequalis, едва ли не тождественны с одноименным кордаитом; из семенных папоротников отметим Schizoneura, доходившую до острова Котельного в Полярном море.

В конце триасового периода море стало усиленно наступать. Сухая красная пустыня, на медленно опускавшихся участках которой нагромождалась толща рыхлых песков в 500 м толщиной, должна была исчезнуть, когда обширные области были затоплены. В прибрежных районах цикадеи, хвощи и различные болотные растения образовали густые заросли. Германия дважды тонула в триасовом море, в промежутке же снова превращалась в сухую бездождную область. Покрытые густыми лесами прибрежные низменности и одетые пестрой растительностью холмы дважды погребались в море наряду с растительностью дюн и береговых скал. Смена соленых и пресных вод в озерных и речных системах также способствовала гибели древних растительных типов.

2. ЮРСКАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

Система эта широко распространена в Европе, в Сибири и в Северной Америке и чрезвычайно богата остатками живших в период ее образования растений и животных.

В течение юрской системы господствовали на земле саговники и другие голосеменные растения, а также папоротникообразные. Еще существовали некоторые семенные папоротники, напр. Taeniopteris и цельнолистный Macrotaeniopteris. Есть указание на присутствие листостебельных мхов. Надо думать, что в конце этого периода развились и предки современных цветковых растений, хотя и до сих пор они еще не найдены.

В общем леса юрской эпохи совершенно не похожи на каменноугольные. Деревья саговников, близких к ним беннеттитов, гинкго и байеры, араукарий и древовидных папоротников росли негусто, и кроны их всюду пропускали солнечные лучи к растениям, образовавшим почвенный покров. Разнообразие форм сильно увеличилось. Так, листья папоротников с их многоперистыми мелкоразрезными пластинками чередуются с жесткими перистыми листьями саговников. Веерообразные подвижные листья гинкго и короткая плотная хвоя араукарий и других хвойных совершенно не сходны.

Рис. 11. Растительность континентальной суши в юрский период. Берег озера в южной части Швеции:

1 — деревья гинкго; 2 — лес из араукарий; 3 — хвощи-неокаламиты; 4 — цикадеи; 5 — кустарник из группы беннеттитов Wielandiella и, по самому берегу: 6 — папоротники Taeniopteris

Гинкго живет и ныне. Он был открыт в Японии, где широко возделывается как одно из красивейших деревьев. Его широкая, очень густая крона под осень становится совершенно золотой, древесина отличается высокими поделочными достоинствами, а семена, напоминающие видом фисташки, съедобны. Позднее гинкго оказался также и в Китае, причем на крайнем юге этой страны в горных лесах он встречается в полудиком состоянии. Культура гинкго удается хорошо и в Европе и в Северной Америке, хотя в диком состоянии он в этих странах совершенно не растет. Зато в юрских отложениях породы гинкго сохранились в виде отпечатков почти всюду, где имеются пресноводные отложения этой эпохи. Гинкговые породы образовали в юре целое семейство с несколькими родами и многочисленными видами. Это было время расцвета данной группы, после чего она начала исчезать, вероятно, под напором вновь появившихся цветковых растений.

Другой замечательной группой, достигшей процветания в юрскую эпоху, были беннеттиты. Они близки к саговникам, но отличаются тем, что их шишки были окружены многочисленным» перистыми ваями, несшими пыльники, и еще длинноволосистыми длинными прицветными листьями. В общем все это образовывало подобие цветка, что и подало одно время повод считать, беннеттиты предками цветковых растений. Ближайшее исследование показало, что эти интересные деревья принадлежат к одному классу с саговниками, и ни у одного из них не было обнаружено признаков возможного развития завязи, характернейшего органа цветковых растений, тогда как у некоторых беннеттитовых тычинки имеют еще совершенно папоротниковый облик. Наиболее богатые остатками беннеттитов слои обнаружены в Мексике, где на плоскогорье Микстека обнаружен пласт в 600 м мощности, переполненный этими остатками. Ясно из этого, что они росли целыми лесами. Некоторые из беннеттитовых имели даже ветвистую крону настоящих лесных деревьев.

Рис. 12. Ветки современного гинкго: 1 — с семяпочками; 2 — с пыльниковыми колосками

В 1925 г. англичанин Томас выступил с новым открытием группы ископаемых юрских растений, которую он назвал кэйтониями. Известны только хорошо сохранившиеся листочки и органы плодоношения, стеблей нет, что не позволяет судить об их внешнем облике. Найдены и пыльники, и молодые плодики, причем удалось сделать микроскопические разрезы и тех и других. Многие ученые признали кэйтонии за древнейший тип цветковых растений, другие же указывают на их близость к так называемым водяным папоротникам.

Таким образом, в эту солнечную юрскую эпоху произошел большой сдвиг в развитии растений. Растительный мир стал разнообразнее и сложнее: появились многочисленные новые группы растений и еще возросла общая выработка питательных органических веществ, благодаря поглощению ими углерода из углекислоты воздуха и переработке его в углеводы, жиры и белки. Этим сейчас же воспользовался животный мир, появились не существовавшие дотоле пресмыкающиеся различного строения и формы, достигавшие нередко гигантских размеров. Они уже могли прокормиться на Земле, чего ранее не было. Тем не менее ни птиц, ни млекопитающих еще не было, они еще не успели развиться из пресмыкающихся, да и подходящих для их питания растений все еще не существовало.

* * *

Мы давно не привлекали к объяснению перемен, происходивших в условиях жизни растений, палеогеографию. Материки юрского времени сложились уже настолько определенно, что нельзя не заняться ими.

Прежде всего напомним, что юрская эпоха разделяется на:

1. Нижнеюрские отложения……..эоюра, или лейас.

2. Среднеюрские…………………..доггер, келловейские слои.

3. Верхнеюрские………………….. неоюра или мальм.

Нижнеюрские отложения дают следующую картину распределения материков. Северный континентальный массив обнимал большую часть Северной Америки до 45 ° с. ш. на юг, часть Атлантического океана и даже Ирландию и Шотландию. Узкий меридионально направленный пролив отделял его от Палеоарктического материка, который обнимал северо-восток Европы и северную Азию с Монголией и Китаем. По мнению многих специалистов, Берингова пролива и Берингова моря не было, и оба материка между 60 и 70° с. ш. сливались в один.

Рис. 13. Берег юрского моря с его засухоустойчивой растительностью: 1 — крупные саговники типа Cycas; 2 — хвойные деревья; 3 — гинкго; 4 — араукарии; 5 и 6 — саговник типа цамии

Южный материк захватывал Бразилию с Боливией, Уругваем и Парагваем, часть океана, Африку и от нее на северо-восток южную часть Мадагаскара и Индостан. Часть Индокитая и Австралия образовывали или самостоятельный небольшой материк; или выступ того же Южно-Атлантического. Они носят в геологической литературе особое наименование Палеонотис. Между северными и южными материками тянулась сравнительно узкой полосой гладь средиземного моря, называемого часто морем Тетис. Можно, пожалуй, сказать, что океан был один, и противопоставить ему единую сушу, так как и море Тетис и море между Шпицбергеном и Гренландией носят характер проливов и не могут равняться с океаном, но можно делить последний на арктический, антарктический, Индийский и Тихий. Такое распределение, понятно, способствовало сохранению засушливых климатов в центре материков.

В среднюю юру Северно-Атлантический материк в общем сохранил свои очертания, как и Палеоарктический. На юге же появился широкий пролив между Африкой и Мадагаскаром, совершенно отделивший от Африки Лемурию (Мадагаскар с Индостаном). В верхнеюрский период подвергся сильному изменению Палеоарктический материк, распавшись на северно-европейский Скандис, восточно-сибирский Ангарский (Ангарис) и третий Беринговский от р. Лены до Камчатки и Берингова пролива. Северо-Атлантический материк сильно уменьшился, особенно на западе. На юге Лемурийский и Австрийский материки (Палеонотис) совершенно обособились, благодаря затоплению разделявших их частей и суши.

В общем испаряющая поверхность моря сильно увеличилась, а потребляющая осадки поверхность суши уменьшилась, отчего климаты материков могли только улучшиться. В следующую, меловую эпоху процесс этот осложнился еще возникновением архипелага островов на месте южной и средней Европы и разделением Южно-Атлантического материка на два самостоятельных, Бразилийский и Африканский, что еще улучшило водный баланс их климатов.

3. МЕЛОВАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

Материки меловой эпохи уже приблизились несколько к современным. Однако Северная Америка была совершенно отделена от Южной. Мадагаскар составлял одно целое с полуостровом Индостан, который был отделен от остальной Азии широким проливом. Австралия охватывала часть Малайского архипелага и Новую Зеландию. Южная Европа представляла собою архипелаг небольших островов, зато Шпицберген и Англия составляли одно целое со Скандинавией.

В это время в Восточной Азии, на так называемом Ангарском материке, и создались впервые климатические условия, подходящие для возникновения цветковых растений. Оттуда они проникли и в Северную Америку, в то время как в Европе цветковые появились лишь значительно позже. Еще раз создалась как бы общая для всей Земли растительность, которая позднее вместе с разделением климатов стала расчленяться на местные флоры. Позже всего появились цветковые растения в Африке.

Развитие цветковых растений увеличило общую продукцию на Земле пищевых веществ и обеспечило появление таких важных классов животных, как птицы и млекопитающие.

В самых нижних ярусах меловых отложений, в слоях, известных под названиями вельда и неокома, найдена одинаковая флора как для Гренландии, так и для Франции и Японии, что указывает на одинаковость климатов во всех этих странах. Только в верхнемеловых отложениях появляется резко выраженное разделение на различные флоры, что ясно указывает на установившееся к этому времени разделение климатических поясов.

Какие же растения с цветами появились первыми, какие могут считаться родоначальниками остальных? На этот вопрос находки ископаемых растений в нижнем, т. е. более древнем мелу, дают не совсем-то ясный ответ.

Рис. 14. Ветвь современного гинкго (Ginkgo biloba) с плодами

А. Н. Криштофович приводит для раннего мела, найденные близ Владивостока (М. А. Павловым в Сучанском районе), листья пандануса, аралии и вымершего растения протеофилла.

Несколько более поздние находки этого рода в Америке в потомакских слоях и еще более поздние в Гренландии также указывают на одновременное существование растений из различных и притом далеко не простейших групп цветковых растений. Первые цветковые возникли, вероятно, в конце юрской эпохи, когда Земля была одета разнообразным покровом папоротникообразных и шишконосных растений. Леса болотного кипариса, секвойи и сосен Северной Америки, араукарии Южной Америки, даммары Австралии, можжевельники и кипарисы южной Европы и Кавказа, а также, пожалуй, и сибирская хвойная тайга — прямые потомки этой эпохи. С началом эпохи меловых отложений появляются первые цветковые и сравнительно быстро, в течение какого-нибудь полумиллиона лет, вытесняют значительную часть прежней растительности и заполняют мощными и разнообразными лесами большую часть тогдашней суши. К середине эпохи мела, в сеноманских слоях, цветковые растения уже решительно преобладают над всеми остальными, и притом оказывается, что они состоят из представителей различных семейств. Тут найдены из наших современных: ивы, тополя, березы, буки, клены, боярышники, платаны, аралии, различные породы лавра, магнолии и тюльпанные деревья в смеси с представителями тропических растений и различными уже вымершими родами.

В Гренландии, где теперь растет только бедная тундровая флора, Натгорст под 70° с. ш. нашел остатки хлебного дерева артокарпа, живущего в настоящее время под тропиками. Вообще верхнемеловая флора Гренландии заключает в себе множество родов растений, свойственных Северной Америке, в полосе на 35° к югу от Гренландии.

Хвойные и папоротникообразные не были уничтожены этим нашествием новых растений, они продолжали развиваться и развивать новые формы, приспособляясь к новым жизненным условиям. Так, вместо огромных каламарий каменноугольной, пермской, триасовой и юрской флоры, которые вымерли, появились заросли некрупных хвощей, рядом с которыми ютились на более сухих местах плауны, в воде — водоросли хары. Наряду с японским деревом гинкго, о котором мы говорили выше, появились настоящие ели. Папоротники приобрели новые разнообразные формы, позволившие им занять место в тени вновь появившихся лесов из широколиственных деревьев.

А. Н. Криштофович приводит для Уральского округа остатки папоротников, сосны, платанов и тропического дерева стеркулии. Для меловых отложений Сахалина он же[39] констатирует ряд папоротников, один саговник, гинкго, даммару, секвойю, тую, тополи, платаны, плющ (Hedera McClurrii Nr), особую калину, аралии, две небольших лианы (Bauhinia и Celastrophyllum) и пр. Северный Сахалин был в это время едва ли не теплее современной нам средней Японии[40].

Таким образом окружающая нас флора цветковых растений зародилась в самом начале меловой эпохи или несколько ранее, на берегах Тихого океана, где этому особенно благоприятствовало сильное развитие так называемой ангарской суши, продолжительное время не испытывавшей больших потрясений. Отсюда эта новая растительность распространилась в Америку и Гренландию, откуда уже проникла в северную часть Европы, тогда как Португалия получила свое растительное население каким-то иным путем.

* * *

От этой общей характеристики перейдем к изменениям земной растительности по отделам мелового периода в их хронологической последовательности.

Меловая система подразделяется следующим образом[41]:

Нижнемеловая эпоха:

1. Неоком, наиболее древняя часть мела, обнимающая его нижние слои, подразделяется далее на валанжинский, готеривский и баремский ярусы, или века

2. Апт, или аптский ярус

3. Альбский, или гольтский (альб, или гольт)

Верхнемеловая эпоха

4. Сеноманский

5. Туронский

6. Кониакский, или эмшер

7. Сенонский (с наиболее верхним датским веком)

По способу образования осадки мелового периода, как и в других системах, делятся на континентальные, отложившиеся в пресных водах и содержащие остатки наземной флоры, лагунные отложения солоноватых вод и мелководные морские отложения. Наиболее важными для истории растительного мира являются, конечно, первые, как дающие наибольшее разнообразие видов растений и отражающие их эволюцию.

Нижнемеловые отложения Европы дают, главным образом, остатки древовидных папоротников, хвойных и саговников. Среди хвойных наряду с гинкговыми мы встречаем формы, близкие к современным кипарисам, напр., френелопсис; кроме того попадаются шишки елей. Вместо гигантских каламарий росли в болотах некрупные хвощи, рядом с которыми жили низкорослые плауны и хары.

В 1929 г. Эдвардс (Edwards) сообщил, что в нижнем мелу Ливанских гор в Сирии и Заиорданье открыты отложения с остатками папоротника вейхселии (Weichselia reticulata Stokes u. Webb), близкого к современным диксониям Австралии, с видами рода Замитес из саговников и хвойного брахифилла (Brachyphyllum obesum Heer), открытого первоначально в нижнем мелу Португалии и принадлежащего к кипарисовым. В 1930 г. японец Огура обнаружил в несколько позднейших меловых слоях черешки папоротников, по анатомическому строению близких к современным тропическим циатеям, которые он назвал иезоптерис (Jezopteris polycycloides) и другие, сходные с растущими ныне в Новой Зеландии; беннеттитовое — цикадеоидеа цикаделла, а также шишки хвойного — куннингамиостробус, напоминающие шишки китайского дерева куннингамии.

В этих новых работах отсутствуют указания на растения цветковые. Между тем к неокому принадлежали известные потомакские слои в Северной Америке, которые дают возможность сказать, что первые цветковые появляются уже на заре меловой эпохи. Из потомакской формации описано 75 цветковых растений, 90 хвойных, 22 саговника и 140 папоротников[42]. Можно сказать, что цветковые появились впервые в хвойных лесах, среди пышных зарослей папоротников. В более северных отложениях неокома цветковых нет, и можно думать, что они впервые размножились в более теплых климатах и лишь постепенно стали проникать на север.

Более верхние слои нижнего мела Европы все еще бедны цветковыми. Находки советского геолога Принады в воронежском апте констатируют южные папоротники глейхении (Cleichenia rotula Heer), но ни одного цветкового растения. Но как только мы переходим к верхним меловым слоям, перед нами списки с пальмами, листья которых имели до 3 м в поперечнике, представители семейства лавров, тюльпанное дерево, магнолия, тополь, береза, орешник, ива и эвкалипт. Новейшее находки на Аляске[43] показывают, что верхнемеловые слои этой северной страны дают крупный папоротник кладофлебис, саговники: птерофиллум, нильсония, дерево, переходное от саговников к хвойным, подоцамитес; хвойные: 5 видов гинкго и 5 видов яильсонии, нагейопсис, протофиллокладус, цефалотаксопсис и представители современных родов торрейи и секвойи. Большинство находок из общего числа в 235 видов относится к цветковым, именно к широколиственным древесным породам. Виноград, тополи, платаны, креднерии, гривиопсис из семейства липовых и пp. Из травянистых растений отмечены лишь водные, как, напр., нимфеи или кувшинки. Из подчиненных папоротниковой и хвойной растительности цветковые за время мела быстро выбрались на первое место. Быстро образовались характерные типы и ассоциации цветковых растений, давшие Земле ее зеленый покров и пестрые цветы. Густые леса покрыли богатые дождями тропические местности, пальмовые рощи опоясали морской берег, выработался ассортимент засухоустойчивых колючих кустарников, трав с жесткими листьями и луковичных растений, заселивший сухие степи и полупустыни; ярко-зеленые сочные луговые травы поднялись в горы, используя воды тающих снегов и ледников, и, наконец, образовались водяные травы, заселявшие озера и речные заводи.

Вместе с растениями развивался и разнообразный мир насекомых, за которым последовал мир насекомоядных птиц и травоядных млекопитающих, тем более, что в течение меловой эпохи вымерли их страшные враги — гигантские хищные динозавры. От красных песков пустыни и приморских болот, распространенных столь широко в палеозойские времена, к сплошному населению поверхности земного шара переход достаточно резкий, хотя и потребовавший несколько миллионов лет.

Глава X

КАЙНОЗОЙСКАЯ ГРУППА СЛОЕВ

Кайнозой, или эпоха новой жизни, дал растительному миру Земли наиболее пышный расцвет, какой только доступен нашему воображению. В это время произошло сильное расчленение земной поверхности, образование новых горных стран, уничтожение моря Тетис и образование Атлантического океана. Созданное всем этим громадное разнообразие климатов и вообще внешней среды, при достаточно теплых и влажных условиях. создали возможность образования громадных лесных и степных пространств.

Однако во второй половине кайнозоя сильное похолодание уничтожило целый ряд более требовательных к теплу растительных типов и вызвало замену их более выносливыми, но зато и менее пышными.

В начале этой эпохи климат Европы был умеренно теплым. Зимы или совершенно не было, или она проявлялась чрезвычайно мягко. Морские берега были более изрезаны заливами и проливами, чем теперь; кроме того, немало было еще и крупных озер, на дне которых отлагались слои, богатые растительными остатками.

Благодаря этим озерным отложениям мы имеем для Европы чрезвычайно полную геологическую летопись, позволяющую проследить шаг за шагом все изменения в растительном покрове Кайнозойская группа, подобно мезозойской, распадается на три системы слоев, именно: третичную, четвертичную и современную.

1. ТРЕТИЧНАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

Третичная система соответствует времени наибольшего расцвета растительности. Тем не менее она далеко не однородна, и ее приходится делить на отделы: эоцен, олигоцен, миоцен и плиоцен. Третичный период подразделяется на:

1. Нижнетретичную, или палеогеновую эпоху, обнимающую века: палеоценовый, эоценовый и олигоценовый.

2. Верхнетретичную, или неогеновую эпоху с веками миоценовым и плиоценовым.

В палеоценовый век климаты были еще слабо выражены, так как в Гренландии и на Шпицбергене был теплый влажный климат. Однако уже в эоцене разделение климатов стало ясно заметным, все усиливаясь с течением времени.

Как очертания материков, так и горные хребты, а за ними климат и растительность, сильно изменялись в каждом из этих отделов. На том же самом месте Земли суша сменялась морем, затем море уступало место новой суше, а затем и эта последняя сменялась гладью озерных вод или снова опускалась в море.

Наиболее древние слои третичной эпохи, палеогеновые, вначале представляют прямое продолжение слоев меловой эпохи. Они состоят из мергелей, песков, известняков и глин, нередко с прослойками угля лигнита, и принадлежат частью морским и солонцеватым, частью озерным отложениям. В Бельгии, близ города Льежа, найдены хорошо сохранившиеся остатки целого леса, тогда как туфы, открытые близ городка Севана (к востоку от Парижа), сохранили растения, обрамлявшие в эоценовое время водопады. Упомянутый только что лес рос на меловых склонах, изборожденных дождевыми потоками, вблизи моря. Крупные деревья каштана с вечнозелеными листьями, горные дубы, лавры и близкие к ним коричные и камфарные деревья достигали очень крупных размеров. Все они были увиты плющам, ломоносом, луносеменником. Под тенью деревьев росли: цветущий в январе морозник (сем. лютиковых), аралии, бересклет и кусты мирта. Кое-где попадались деревца туи и красовались группы различных папоротников. Папоротниками изобиловали и берега водопадов Севана, где вместе с ними росли мхи, сассафрасовые лавры, липы, магнолии, крупные деревья ореха, ольхи и ивы. Кое-где выступали и более тропические растения, как, например, хлебное дерево, винная ягода и опять-таки плющ, к которому на этот раз присоединялся виноград. Пески и происшедшие из них песчаники того же времени давали приют араукариям, пальмам с веерными листьями и бамбукам.

Как видно, во Франции и Бельгии растительность эоцена была лесной и приближалась к современной флоре южной части Японии и южных штатов Северной Америки. Другие находки, сделанные при проведении земляных работ в самом Париже, раскрыли картину морского берега с густыми зарослями пальмы нипа, как будто это был берег моря у Сингапура. Остатки той же приморской тропической пальмы нипа найдены были и в эоценовых отложениях у Киева и Одессы вместе с раковинами морских моллюсков. В эоценовых отложениях Швейцарии, страны достаточно северной, обильные остатки лесных деревьев рисуют нам растительность, напоминающую скорее растительность Малайского архипелага, чем растительность даже самого юга Европы. Миртовые и сандаловые деревья, крупные фикусы с толстыми листьями, эвкалипты, гваяковые деревья с их перистыми листьями, мыльные деревья (Sapindus), крылоплодники и другие представители жаркого климата изобиловали там. где теперь нормально растут лишь дубовые леса.

Рис. 15. Растительность Франции в середине третичного периода:

1 — веерная пальма Flabellaria; 2 — саговники; 3 — финиковая пальма Phoenicites; 4 — пальма сабаль Sabal major; 5 — в воде справа деревянистое осоковое растение ризокаулон Rhizocaulon, слева — кувшинки; на заднем плане, у воды, — рогоз Typha

Эоценовая Европа представляется нам, как значительная по своим размерам суша, прорезанная многочисленными морскими рукавами, где животные и растения находили себе великолепное пристанище. Климат был почти тропическим. Вечнозеленые девственные леса с подлеском из пальм и гигантскими широколиственными деревьями, увитыми лианами, были подходящим пристанищем для похожих на современного тапира палеотериев, кабарги и обезьян, остатки которых также найдены в одних слоях с остатками упомянутых выше южных деревьев.

Согласно сводке И. Вальтера, склоны альпийского острова у Вероны в Италии в эоценовое время были одеты негустым лесом из толстолистных фикусов, эвкалиптов, мирт и сандаловых деревьев. Колючие цезальпинии (сем. бобовых) и безлистные лептомерии (австралийское санталовое дерево) возвышались над подлеском из ююбы (кустарник из сем. крушиновых) и аралий, тогда как великолепные лианы перекидывались с дерева на дерево.

Близ теперешней Ниццы на берегу мелкого, но длинного озера раскидывали свою тень широколиственные веерные пальмы, бананы, драконовые деревья, камедные деревья и другие растения, свойственные теплому климату. На ближайших горах росло 12 видов акаций и многочисленные хвойные (виддрингтония, свойственная ныне лишь югу Африки, можжевельники и сосны), а на водах озера колыхались широкие листья кувшинок.

Далее к северу, на территории современной Франции, росли древовидные папоротники, лавры, сассафрас, магнолии и липы, плющ и виноград взбирались по стволам, а печеночные мхи одевали влажный речной берег. Морские берега Англии и Франции давали приют высоким панданусам и бесконечным зарослям низкой болотной пальмы (Nipa). Их перистые листья темною зеленью окаймляли желтые береговые пески. Далее от берегов раскидывалась сухая степь, на которой красовались группы кустов олеандра, восковницы (Myrica и Comptonia) и магнолиевого растения дриандры.

В южной Австралии изобиловали растения, которые в наше время являются исключительно австралийскими: казуарины. эвкалипты, банксии и миртовые. И здесь морской берег обрастал зарослями панданусов.

На месте теперешней Шотландии между эоценовыми вулканами росли платаны, тополя, кизил, орешник, лавр, многочисленные хвойные, гинкго, подокарпус, тисе и секвойя, немало было также папоротников и хвощей. Следовательно, в то время как в Италии, Франции и Австрии растительность была почти тропической, в Шотландии господствовала флора умеренного пояса, а высокие горы везде были одеты хвойными лесами. Этому соответствует также и распределение ископаемых эоценовых почв. В Италии, Франции и Австрии мы всюду видим красные мергелистые отложения, напоминающие латеритные почвы тропиков, а в Шотландии серые лесные земли.

Следующая группа осадочных слоев, известная под именем олигоценовой, еще богаче представителями растительного и животного мира. К эоценовым постепенно присоединяются формы более умеренного климата. Так, появление разнообразных представителей семейства кипарисовых и других близких к ним хвойных деревьев сближает флору средней Европы с флорами Калифорнии и Японии. Одновременно значительное развитие пальм придавало лесам разнообразный и богатый облик. Замечательно для этого времени полное сходство растительности Европы с растительностью восточной Азии или китайско-японской и с растительностью Северной Америки. Можно смело говорить об общей китайско-американско-европейской флоре. Одновременно в лесах этого периода изобиловали разнообразные представители лавровых, в озерах цвели кувшинки, опушки лесов пестрели разнообразно вырезанной, краснеющей под осень листвой кленов. Не менее разнообразны были и многочисленные виды дубов, ясеней и ильмов.

Рис. 16. Олигоценовый лес Германии

Слева — деревья болотного кипариса Taxodium и секвойи, под ними — подлесок из веерных пальм и папоротников, справа — болото с тростником; сзади — горный склон с лавровым лесом

К олигоценовым наслоениям принадлежат и те замечательные слои, в которых мы встречаем залежи янтаря, особенно частые в Прибалтике. Добыча янтаря началась еще в доисторические времена; это был один из первых продуктов, ради которого мореплаватели восточной части Средиземного моря стали предпринимать на своих несовершенных кораблях дальний путь в Балтийское море, казавшееся им необыкновенно суровым и пустынным. В древнем Риме янтарь ценился весьма высоко, как материал для украшения.

Янтарь — не что иное, как смола хвойных деревьев, которые росли когда-то на морских берегах. Теперь пласты, содержащие янтарь, лежат ниже уровня моря. Морские волны непрерывно разрушают эти пласты, вымывают из них янтарь и выбрасывают его на берег. Рыбаки добывают янтарь со дна моря граблями, сетями и черпаками. Позднее организована разработка янтарных пластов горными работами с берега.

Рис. 17. Цветки олигоценовых растений

1 — цветок коричного лавра (увеличен); 2 — цветок коричного лавра в куске янтаря; 3 — цветок бузины (увеличен); 4 — цветок бузины в куске янтаря

Куски янтаря очень часто содержат в себе остатки насекомых, семена, цветки, листья и другие остатки растений, В Калининграде, который находится как раз в центре янтарного округа, устроен специальный музей янтаря, где собраны тысячи образцов янтаря с разнообразными включениями в него. Основатель этого музея профессор Конвентц определил по этим остаткам, что янтарную смолу выделяли четыре вида сосны и один вид ели, похожий на аянскую ель нашего Дальнего Востока. Кроме того, в янтарных лесах росли вечнозеленые дубы и буки, вместе с пальмами, различными лаврами и магнолиями. Однако сосны в этом лесу занимали преобладающее положение.

Судя по обилию смолы, надо думать, что сосны янтарного леса терпели постоянные поранения, обычно вызывающие у хвойных деревьев истечение смолы. Человека тогда еще не было, и раны эти наносились по преимуществу непогодой. Сильные ветры и ураганы причиняют в девственных лесах всего мира грандиозные опустошения. Деревья то гнутся долу, то вырываются с корнем, падают и при этом ломают сучья своих соседей и наносят другие разнообразные повреждения. Много невзгод причиняли также молнии, поражавшие вершины деревьев.

В янтаре самым распространенным видом хвойных является один из видов туи (Thuja Kleiniana), но кроме нее удалось установить до 20 видов сосен, 4 вида виддрингтонии, 3 вида кипарисов из рода Chamaecyparis и один каллитрис (Callitris). Лиственные породы деревьев были значительно менее разнообразны: так, удалось установить не более 15 видов дубов, каштанов, буков и кленов, указывающих, впрочем, на климат, близкий к климату нашей Кубани.

Много было представителей типа вересковых; так, указаны верески (Erica), андромеды (Andromeda), грушанки (Pyrola) и вымерший позднее кустарник Dermatophyllites.

Заключенные в янтаре остатки животных показывают, что в янтарном лесу жили многочисленные насекомые, пауки, улитки, ракообразные, а также птицы и. млекопитающие. Были даже дятлы и белки.

Нередко выделение смолы происходило не сразу, а в несколько приемов, образуя смолистые массы, и тогда получались куски слоистые. Если смола капала на землю, то она склеивала частицы почвы и образовывала бесформенные смолистые массы, которые, несмотря на их некрасивость, также идут в дело. Из них приготовляют лаки.

Очевидно, в олигоценовую эпоху огромная часть северной Европы была покрыта сосновыми борами. Особенно были они развиты в Скандинавии и Финляндии. Реки, прорезывавшие эти страны, уносили легкий янтарь в море, где он мало-помалу твердел и вместе с песком постепенно образовывал пласты, в которых его теперь находят.

Чрезвычайно интересно нахождение в янтарных лесах пальм. Известны как пальмы с листьями веерного типа, так и пальмы с листьями перистого типа, подобно финиковой пальме. Они были невысоки и росли в подлеске, под защитой хвойных деревьев, наряду с бузиной, цветки которой также найдены в янтаре.

Несколько моложе залежей янтарей бурые угли Лаузица в Германии. Этот пласт бурого угля образовался на месте ископаемого лесного болота, покрытого отложенными гораздо позднее песками и глинами. Лес состоял из того самого болотного кипариса, или таксодия, который и теперь образует лесные болота вдоль нижнего течения реки Миссисипи в Северной Америке. Остатки стволов этого кипариса в Лаузицкой копи достигают 20 м длины. Дерево это отличается, между прочим, той особенностью, что оно каждую осень сбрасывает свою хвою вместе с веточками, на которых она сидит. Этим оно создает обильный материал для образования перегноя, а в известных условиях также и для образования бурого угля.

Ближе к нам расположены слои миоценовой группы. Их ископаемые указывают на наступившее общее похолодание северных и умеренных стран. Тем не менее во Франции в это время мы находим еще растительность, значительно отличающуюся от современной, — крупные папоротники осмунда. вьющиеся папоротники лигодии, за которыми в наше время надо ехать в Японию, на острова Малайского архипелага, или в тропический пояс Африки. Пальмы не стали менее разнообразными, но изобилие их уменьшается. Они сконцентрированы теперь в местах более защищенных от ветра и держатся солнцепеков, но все же среди них мы находим не только более северные в настоящее время, как финиковые пальмы и пальма сабаль, но и более южные геономы, маникарии и ротанги.

Хвойные представлены мамонтовыми деревьями (иначе секвойи), болотными кипарисами и многими другими, обитающими ныне в более теплых областях Америки. Зато впервые появляются свойственные и современной Европе буковые и грабовые леса; крупные, теперь уже исчезнувшие, ольхи, клены и тополя, разнообразные породы дубов, камфарные деревья, южные акации с их длинными бобами и многие другие древесные породы юга.

В миоценовое время в Европе еще попадались саговники с крупными перистыми листьями, столь обыкновенные в юрских отложениях. Но теперь их жизнь висит на волоске и затем угасает.

Отложения миоцена настолько богаты растениями, что в одном только месте, в Энингене, близ Шафгаузена, на границе Швейцарии и Германии, известный палеонтолог О. Геер нашел более 500 различных пород растений вместе с остаткам» млекопитающих, птиц, пресмыкающихся, насекомых и других животных. Все эти организмы были снесены потоками в большое озеро и на дне его погребены под слоями ила.

Сохранность остатков растений миоцена весьма хорошая. Здесь мы имеем перед собой не только прекрасно сохранившиеся отпечатки листьев, но нередко целые ветки с цветками и плодами, позволяющие так же хорошо распознавать растения, как и на свежем материале.

Насколько в эпоху миоцена климат был теплее современного, показывают растительные остатки, найденные в полярных странах и изученные О. Геером. Он приходит в результате своих исследований к утверждению, что в Исландии, Гренландии, на Гриннелевой земле, на Шпицбергене и в северной Канаде найдено до сих пор 363 вида миоценовых растений. Самым северным пунктом, где были найдены последние, является Гриннелева земля, 81°45′ с. ш., где в 1876 г. Фейдельну, натуралисту английской полярной экспедиции, удалось найти в черном сланце 30 видов растений, из которых 10 принадлежат к хвойным.

Рис. 18. Веточка современного болотного кипариса Taxodium distichum Riсh. из Сев. Америки (1) и такие же веточки из олигоценовых отложений Европы (2)

Одним из наиболее распространенных здесь деревьев является болотный кипарис, или таксодий, который живет и теперь в южной части Соединенных Штатов. От него сохранились не только красивые ветви, одетые листьями, но и пыльниковые колоски. Кроме того, были найдены остатки одной из современных пихт и 2 породы сосен, полярная и фейльденова. Также представитель особого, близкого к типу гинкговых, рода фейльдения, северный вяз, липа, две березы, два различных тополя, два вида орешника и калина. В озерных отложениях рядом найдены кувшинка, осока и тростник. Таким образом, эта растительность больше всего походит на растительность стран, лежащих в северной части умеренного пояса с годовой температурой около 8° тепла, между тем как в настоящее время средняя годовая температура этих мест около 20° мороза. В северной Гренландии под 70° с. ш. найдены были магнолии с вечнозелеными листьями, каштан, гинкго, хурма, лавр и сассафрас. На Шпицбергене между 77 и 79° с. ш. найдены остатки 179 видов, указывающие на существование в миоценовую эпоху под этими широтами величественных хвойных лесов из болотного кипариса, мамонтовых деревьев, многочисленных сосен, елей и пихт, кипарисов и других более южных пород, встречающихся ныне на самом юге Китая. Из лиственных деревьев здесь росли 7 видов тополя, ивы, березы, ольхи, буки, платан, 2 вида дуба, вяз, липа, орех, 2 вида магнолий и 4 вида клена. Подлесок был из многочисленных и разнообразных кустарников из родов калины, лещины, кизильника, боярышника и др. В соседних озерах с торфянистыми берегами плавали широкие листья полярной кувшинки и заросли рдеста, а у берега красовались частухи, осоки, ситники, ежеголовники и касатики. Надо думать, что средняя годовая температура была здесь не ниже 9°, тогда как в наше время на Шпицбергене клочки полярной тундры перемежаются с залежами снега и россыпями голого камня, а деревьев нет вовсе.

Миоценовые растения, соответствующие более теплому климату, найдены в различных местностях, расположенных как бы кольцом вокруг полюса. Явление это принадлежит к наиболее интересным в истории Земли; трудно понять, каким образом возможно было существование роскошной растительности там, где теперь все покрыто снегом и льдом, а зимою ночь длится несколько месяцев. Было ли солнце в то время более деятельным, или атмосфера Земли была плотнее или, наконец, северный полюс был расположен иначе, и местности, о которых идет речь, лежали южнее полярного круга? Некоторые астрономические наблюдения указывают на наибольшую вероятность последнего предположения.

Во всяком случае, в миоценовую эпоху началось уже сильное охлаждение климата, и представители южной растительности и даже растительности умеренно теплого пояса стали вымирать, сохраняясь лишь под более южными широтами.

Интересны и более южные отложения миоцена. Так, на всем пространстве от Вены до Аральского моря, захватывая всю область Черного моря, тянулось так называемое Сарматское море, причем его лесистые берега отличались разнообразным рельефом.

В 1912 г. А. А. Снятковым и Меффертом на Дону на правом высоком берегу р. Крынки, притока р. Миуса, было обнаружено в карьере одного кирпичного завода крупное скопление растительных остатков вместе с рыбами и раковинами моллюсков. Среди них оказалось не менее 50 видов растений, изученных А. Н. Криштофовичем. Лес Крынки состоял из болотного кипариса, двух видов ореха, граба, лещины, особой ольхи, каштана, бука, тополя, каркаса, дзельквы, еукоммии, двух видов дуба, двух видов платана, трех видов клена, боярышника, сливы, крупнолистной березы, тюльпанного дерева, тисса, сосны (Pinus palaeostrobus) и многих других. Из вьющихся растений (лиан) назовем виноград и павой. Кроме леса здесь была и береговая растительность с рогозом, тростниками, рдестом, роголистником и водяным папоротником сальвиния.

Все эти растения в своей совокупности соответствуют климату более холодному, чем климат, который господствовал в соответствующее время в Западной Европе. Климат и тогда, как и теперь, становился суровее по мере движения с запада к востоку, от берегов Атлантического океана в глубь материка.

За миоценовыми слоями, позднее их, напластовались плиоценовые слои.

Очень полная флора плиоцена описана Де-Папом для долины р. Роны, ниже города Лиона, где в то время существовал глубоко вдававшийся в материк морской залив. Берега залива, частью высокие и обрывистые, частью пологие, были прорезаны многочисленными речками и ручьями с быстрым течением, которые сносили в море остатки растений, росших на их пути. Выносы ручьев и образовали мергелистые рухляки, богатые остатками растений.

По остаткам удалось выяснить полную картину плиоценовых лесов этой местности. Состав их соответствовал теплому а солнечному климату с очень мягкой, лишенной морозов, зимой. Совместно росли растения, родичи которых теперь встречаются одни в Америке, другие в Китае, третьи на Канарских островах, часть же и теперь свойственна странам, примыкающим к Средиземному морю. У морского берега росли пальмы «сабаль» с низкими стволами и крупными веерными листьями, на влажных местах располагались кусты восковниц, на высоких мысах на солнце — каменные дубы образовывали кудрявые рощи. По берегам озер и речек за полосой тростников высились ольхи, окруженные группами олеандров, ивы, осокори, серебристые тополя, разнолистный или евфратский тополь соперничал с осиной и уступал густой тени платанов. На горных склонах росли деревья гинкго, тюльпанные деревья, лавр, сассафрас, серый орех и орех хиккори, свойственные теперь только востоку Северной Америки. Увитые павоем и другими лианами, деревья эти образовывали великолепный широколиственный лес. Выше в горах чередовались теневые и солнечные склоны. На, первых высился лес из канарского и коричного лавров, остролиста и других вечнозеленых деревьев, с массою крупных папоротников, свойственный ныне, главным образом, горным склонам Канарских островов. На более солнечных склонах лес был образован дубами, кленами, каштаном, грабом, ильмом. Особенно велики были дубы, среди которых можно с уверенностью указать на пробковый дуб и дуб каменный. Среди леса выдавались скалы известняка, на которых деревья расти не могут. Их заменяли кустарниковые заросли из мелких дубов, самшита, кустарникового клена, калины и других пород.

Выше 1000 м над уровнем моря дубовые леса сменялись лесами из ореха, бука, кавказских деревьев лапины и дзельквы, а также клена, явора. Еще выше, в полосе между 1200 и 1800 м. высился хвойный лес, состоявший из японского дерева торреи, калифорнийской секвойи и, по-видимому, тенерифской сосны.

В настоящее время долина Роны имеет климат немногим холоднее того, который требовался для только что перечисленных деревьев, но он сух и очень неблагоприятен для роста большинства из них. Если теперь количество выпадающих за год дождей измеряется для этих мест величиной в 600 мм, то для таких деревьев, как только что названные хвойные, требуется не менее 1200 мм, т. е. вдвое более.

Замечательно, что в этой плиоценовой флоре 67 % растений тождественны уже с ныне живущими, но только 37 % удержались в долине Роны до наших дней, остальные вытеснены частью в различные местности Средиземноморья или даже к Аральскому морю, частью сохранились в некоторых отдаленных странах, вплоть до Японии и Калифорнии. Наряду с этим в плиоценовой флоре Европы сохранились еще пальмы и тюльпанные деревья, изобиловавшие в эоценовое время. Некоторые из них процветали уже в эпоху мела.

В Англии в это время растительность носила значительно более суровый характер. В Норфольке найдены слои с остатками, принадлежащими исключительно хвойному лесу, состоявшему из современных пихт, ели и сосны, к которым примешивались тисе, обыкновенный дуб, кустарниковый орешник и горная сосна. В озерных отложениях тут же найдены остатки кувшинок желтой и белой. Хотя пихта и ель к началу исторического периода в Англии и вымерли, но все же ясно, что человек, попавший в английский плиоценовый лес, чувствовал бы себя в нем, как в современном лесу средней Европы.

В новейшее время общая картина третичной флоры пополнилась многочисленными новыми находками. Берри опубликовал для нижнего эоцена Северной Америки сводную флору по данным из 132 местонахождений, состоявшую из 543 видов и 180 родов[44]. Не считая папоротников, хвойных и пальм, здесь найдено 10 видов из семейства грецкого ореха, 10 аралиевых, 39 лавровых, 11 миртовых, 17 крушинковых, 28 хлебоплодниковых (сюда и род фикус), 33 цезальпиниевых, 14 мимозовых, 17 мотыльковых, 11 стеркулиевых и масса других двусемядольных, преимущественно деревьев и кустарников, причем 83 рода из этой флоры неизвестны для верхнемеловых отложений.

Разнообразие этой вечнозеленой лесной флоры свидетельствует, что климат страны был и теплее и влажнее, чем теперь.

Те же слои Wilcox из нижнего зоцена в Техасе, т. е. южнее, и в более сухом климате дали[45] флору из 90 видов, в том числе папоротники из ныне живущих родов Aneimia, Adiantum, Dryopteris и Asplenium; болотный кипарис Америки Taxodium, пальмы Palmocarpus и Phoenicites и особенно много широколиственных двусемядольных деревьев, ив, восковниц, орехов, фикусов, платанов, аноновых, бобовых, сумаховых и лавровых.

Несколько моложе исследованные Берри слои из Вайоминга, в которых оказалось немало цветов и семян; здесь отмечены хвощ Eqnisetum tipperarense, папоротник Lygodium Kaulfussii, водяной папоротничек Salvinia praeauriculata, рогоз и ежеголов, свидетельствующие о полуводяной жизни данной растительной ассоциации, пальмы, орех, восковница, ивы, буки, крашивоцветные, гераниевые, крушиновые, мальвовые и зонтичные, а кроме того и сростнолепестные из групп Ebenales и Rubiales, ближе не определимые из-за плохой сохранности листьев.

Эоцен Европы изучался преимущественно в связи с его буроугольными отложениями[46]. Бурые угли отлагались в болотах, похожих на кипарисовые лесные болота современной Флориды; найдены обильные остатки таксодия и секвойи, азиатский болотный кипарис Glyptostrobus, коричный лавр, каштан, восковница, фикус, магнолии, манговое дерево и пальма Chamaerops; сохранились даже остатки пигментов растений, хлорофилла и каротина.

Все три списка соответствуют умеренно теплому климату (Канарские острова, Япония, Флорида) и указывают на поступательное развитие цветковой растительности.

Для олигоценовой флоры мы имеем списки растений, установленных для окрестностей Венеции в числе 350 видов; поименованы морская сифонниковая водоросль Halymenites gracilis, голосеменные (Sequoia, Taxodium, Widdringtonia) пальмы, каштаны и дубы, тополя вперемежку с подтропической и тропической растительностью. В общем флора оказалась весьма комплексной, и автор усматривает в ней смесь растений Северной и Средней Америки, Африки, Азии и Австралии с растениями берегов Средиземного моря. Для миоцена Германии Кирхгеймер (1930) приводит растительный мир значительно более обедненный сравнительно с растительным миром эоцена, но все же богатый более южными формами; так, либоцедрус в наше время представлен видами горных лесов Калифорнии, Чили, Новой Гвинеи и китайской провинции Юньнань; восковницей, ивами, ольхами, грабом, ильмом, коричным лавром и кленами. Дуб еще заменен более древним типом Dryophyllum, а лавр Laurophyllum; интересно стручковое дерево Ceratoniophyllum Schottleri. Тот же Кирхгеймер, доказывая, что строение листьев находится в строгом соответствии с климатом, приводит для миоцена Веттерау и Фогельсберга листья граба, клена, ореха и винограда, как имеющие на концах капельные острия. Капельные острия развиваются и теперь у листьев жаркого климата, подвергающихся действию крупных дождевых капель. Он же (1931) сообщает о находке в миоценовых бурых углях по Рейну обугленных пальмовых древесин, колючек и остатков корневых систем. Пальма эта, которую он обозначает как Palmoxylon bacillare, указывает на наличие для этого периода некоторого процента тропических типов.

К миоцену же отнесены окремнелые древесины Йеллоустонского парка в Северной Америке. Рид[47] различил между ними два вида сосен, мамонтово дерево Sequoia magnifica и кипарис Cupressinoxylon lamarense. Наконец, миоценовые морские слои на юге Целебеса дали (Laurent L. et Laurent J.) тонкие слегка ветвящиеся стебли и листья, имеющие параллельное жилкование, которые определены, как относящиеся к морской подводной траве Cymodocea Mickelotii; подобные же остатки растений из Франции были определены как Cymodocea nodosa и Posidonia parisiensis.

Для тропических стран находки ископаемой флоры крайне редки, поэтому большой интерес представляет работа Берри[48], описывающая материковую тропическую флору, предшествующую поднятию хребта Анд. Интересны окремнелые семена различных двудольных растений, которым он мог дать только совершенно условные названия вроде Leguminosites, Sapindoides, Cupanoides и т. п.

А. Н. Криштофовичем описаны растительные остатки с западного склона Урала, из пределов Стерлитамакского кантона; они оказались (миоценовыми, вероятно, несколько более ранними, чем остатки с р. Крынки, описанные ранее. Собраны отпечатки листьев, веточек и плодов, которые отнесены автором к гинкго (Ginkgo adiantoides Heer), болотному кипарису (Glyptostrobus europaeus Heer), грабу, буку, каштану и платану (Platanus aceroides Goepp).

Флора плиоцена значительно приближается к современной, но все же и здесь встречаются замечательные сопоставления. Так, Стефанов в 1930 г. нашел в плиоцене Болгарии близ г. Софии семена хвойного Pseudotsuga, в настоящее время известного только с Тихоокеанского побережья Северной Америки, где его знают под именем дугласовой сосны.

А. Н. Криштофович в работе «Основные черты развития третичной флоры Азии»[49] резюмирует наши знания о третичных флорах Азии следующим образом. Европейская растительность эоцена и частью олигоцена сохранилась до наших дней лучше всего в тропической Азии, особенно в Малайском архипелаге. Растительность Японии и юго-западного Китая соответствует в гораздо большей степени более поздним отделам третичной эпохи. Далее автор приходит к выводу, что различия в третичных флорах Азии объясняются не только различием их возраста, но и тем, что в то время уже резко обозначились отдельные ботанико-географические провинции. В то время, как южная и центральная Европа, Украина и часть РСФСР были одеты вечнозеленой тропической или субтропической флорой с их пальмами (Nipa, Sabal), лавровым и вечнозеленым дубом Quersus chlorophyllia, Северный Урал и прилегающие к нему части русско-скандинавской суши давали приют флоре, близкой к флоре Гренландии, среди которой крапивоцветное макклинтоккия и тополя (Populus arctica и P. Richardsonii) наиболее типичны.

«Вся обширная территория, охватывающая среднюю зону Сибири, север Средней Азии, Маньчжурию, Сахалин и Аляску с прилежащими к ней территориями, находилась в первой половине третичного периода, по крайней мере до эпохи нижнего миоцена, в области господства уныло однообразной лесной флоры, преимущественно с опадающими листьями, с преобладанием сережкоцветных деревьев». Таким образом, контраст между северными и южными флорами обозначился уже к середине третичного периода, если не ранее.

* * *

Так возникла, развилась и миновала великая третичная эпоха, давшая расцвет земной растительности и создавшая современный нам мир. Однако, по всей видимости, особенностью третичной флоры было решительное преобладание деревьев над травами. Правда, остатки злаков и осок известны уже с мела и часты в третичных отложениях, но это или прибрежные полуводные формы, или бамбуки. Известна даже древовидная осока из олигоцена Франции. Злаки лугов и степей и даже лесные злаки не оставили никаких следов своего существования. Можно думать, что луга и степи вообще не существовали в третичное время.

2. ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ И ЛЕДНИКОВЫЙ ПЕРИОД

Мы уже отмечали некоторое понижение температуры в северных странах к концу третичного периода. Позднее это понижение в связи с увеличением количества осадков (снег, дождь, роса и пр.) привело к сильному похолоданию в Европе, Сибири и Северной Америке, а также на высоких горах других стран и вызвало образование мощных скоплений льда, подобных тому, какое наблюдается теперь в Гренландии, которая почти вся покрыта льдом, достигающим нескольких сот метров толщины.

Материки в это время уже приняли свои современные формы, и море лишь кое-где вторгалось в современную сушу, равно как и участки погибшей в данный период суши были невелики. Поэтому слои, богатые остатками растений, редки и не обильны. Они принадлежат пресноводным отложениям, особенно отложениям ручьев и речек, и состоят из слоев щебня, песка и глины. Кроме того, обильны отложения торфа, в которых хорошо сохраняются остатки растений и, наконец, отложения лёсса, или нанесенные ветром, осевшие из пыльных туманов, или отложенные в озерах или из потоков, вытекавших из-под нижнего края ледников.

Льды намерзали и образовывали большие массы, конечно, на горах и, только достигши большой мощности, начинали сползать оттуда в равнины. Двигаясь, они сглаживали и полировали стены тех долин и ущелий, по которым они ползли с гор. Часть отломанных ими камней распространялась затем по равнинам в виде валунов или дикого камня, часть измельчалась и в виде различных ледниковых наносов формировала правильные гряды — морены, особенно мощные у нижнего конца ледников, там, где последние временно или окончательно останавливали свое движение. Впоследствии ледниковые отложения нередко развеивались ветром и образовывали нагромождения песков, нередкие у нас на севере.

Особенно большое для нас значение имел ледник, образовавшийся на севере Норвегии и Швеции. Он захватывал Кольский полуостров, Финляндию и Карелию и давал длинные языки к югу. В период особенно сильного своего развития ледник доходил до Киева и Воронежа. Другой ледник образовался на Новой Земле и на Северном Урале и оттуда также двигался на юг. В Швейцарии на Альпах развилось не менее семи грандиозных ледников. Были они и в других горных странах. Современные нам горные ледники везде являются лишь небольшим остатком тех, которые были в ледниковую эпоху. Ледниковые образования нельзя считать местным явлением. Не только в Северной Америке, где ледники занимали почти всю Канаду и часть Штатов до Нью-Йорка и Чикаго, не только в Японии, но и в Южном полушарии, на Новой Зеландии. в Тасмании и Южном Уэльсе (гора Костюшко) сохранились морены, ясно указывающие на крупное оледенение этих далеких стран.

Рис. 19. Континентальный ледниковый покров начала четвертичного периода

Ледники не были явлением постоянным, они несколько раз то сильно разрастались, то отодвигались. Различают до семи эпох оледенения и до пяти междуледниковых, когда температура значительно повышалась.

Ледниковая эпоха дала последний отпечаток современному миру. Она выработала холодостойкие организмы. Вероятно, и ранее на высоких горах существовала такая растительность из травянистых низкорослых форм, которая могла сопротивляться продолжительному действию мороза, но теперь она распространилась и на равнины и дала начало развитию растительности наших лугов и степей.

Остатки растений, найденные вблизи ледников, явно указывают на холодный, почти полярный климат. Так, Натгорст нашел близ Цюриха карликовую полярную иву, подымающую свои листья и сережки всего на несколько сантиметров над почвою, карликовую березку, дриаду, или куропаточью траву, толокнянку и живородящий горец. Приблизительно та же группа растений найдена и в Дании, как обрамлявшая нижний конец ледника в период его отступания, и даже в Ленинграде, где С. Н. Яковлев, во время земляных работ на Большой Московской улице, обнаружил отложения, соответствующие устью ручья, впадавшего в море, и в этих отложениях нашел листья полярной ивы, дриады, или куропаточьей травы, и карликовой березки. Эти же листья с прибавкою листьев других полярных ив встречены в так называемых ленточных глинах почти всюду в окрестностях Ленинграда, ясно указывая на пережитый ими период сильного понижения температуры. В Толполовском бо лоте близ Пулкова Г. И. Ануфриев обнаружил остатки сетчатой ивы, карликовой березки и куропаточьей травы вместе с плодиками водного лютика и восемью различными видами мхов. Мхи эти принадлежат к таким видам, которые ныне встречаются только в полярных местностях: на острове Вайгач, на Таймыре и пр.

Рис. 20. Куропаточья трава Dryas octopetala, характерное растение ледникового периода из сем. Розоцветных

В стороне от ледников, на более прогреваемых горных склонах, могла, однако, и в то суровое время ютиться более мощная растительность. Так, Геер указывает для Швейцарии нахождение в отложениях ледникового времени ели, обыкновенной сосны, горной сосны, лиственницы, тисса, особого тополя, американских пород ореха (серый и черный орех), горного клена, белой березы, орешника, нескольких высокорослых кустарников ив, крушины и голубики.

За ледниковым периодом последовал послеледниковый. Под влиянием изменившегося к лучшему климата ледяные массы стали постепенно уменьшаться. Из-под них обнажались пустынные сначала толщи наносов. Ветер стал наносить семена трав и деревьев с горных склонов и из других обиталищ, которые да были покрыты льдом, и понемногу начала развиваться послеледниковая растительность. Вокруг Ленинграда был период, когда появились дубовые леса; позднее они были вытеснены еловыми, и растительность окончательно приняла современный характер.

Чрезвычайно важным источником для познания четвертичной флоры являются торфянники. Известно, что торфяные мхи (различные виды рода Sphagnum), выделяя кислоты, препятствуют процессам гниения, и остатки растений, попавших в торф, сохраняются очень долго. Тем не менее остатки эти не так уже обильны и не дают полной картины. Пост и другие шведские специалисты применили к исследованию торфяников новый метод — изучение под микроскопом пылинок цветени различных растений. Взявши серию проб торфа из скважины, доходящей до дна болота, изучают распределение пылинок цветени во всей толще и строят диаграмму, из которой выводят равномерность, развитие или угасание каждого вида в течение периода образования данного торфяника. Если совместить диаграмму распределения пыльцы в торфе с обычными находками остатков растений в нем же, то получается полная картина растительной жизни в ледниковое, послеледниковое или межледниковое время.

В. С. Доктуровский[50] дает следующую картину четвертичных отложений. «Межледниковые эпохи, давшие отложения растительных остатков, указывают на более богатую по составу растительность». Во вторую межледниковую эпоху средиземноморские растения — грецкий орех, инжир, канарский лавр, иудино дерево (Cercis siliquastrum) и понтийский рододендрон — заходили в средней Европе далеко на север. Кроме того, вместе с ними встречались и вымершие ныне: мамонтов дуб, геттингенский тисс и геттингенская крушина. Отголоски растительного мира Северной Америки находят своего представителя в лице бумажной березы Betula papyrifera, ныне сохранившейся только в Америке. У нас в РСФСР исследовались также весьма многие торфяники. На Смоленщине, у истоков Днепра, найдены остатки (плоды) граба, березы и клейкой ольхи, семена осок и фиалок, плоды и семена водных растений (роголистника, урути, рдеста, водного лютика и Najas marina). Очень интересна находка семян бразении, водного растения из семейства кувшинок. Растение это теперь сохранилось только на Дальнем Востоке и в Северной Америке. «Отложения, заключающие семена бразении и граба, лежат на моренных отложениях того же обширного скандинаво-русского оледенения, к которому относятся и осадки первого оледенения Германии».

Все эти находки позволяют сказать, что во вторую межледниковую эпоху в средней части РСФСР климат был теплее и влажнее, а широколиственные леса дуба и граба распространялись гораздо восточнее их современных пределов.

По Натгорсту, в ледниковый период зимы были холодные, ясные, так как господствовали сухие юго-восточные ветры, ясных дней было больше, чем дождливых, ночные морозы были обычным явлением до середины лета, часты были бури. Сухой я холодный климат губил растительность даже и там, где никакого ледяного покрова не было. Хорошо сохранялись лишь те растения, которые, быстро развиваясь летом, зимой сохраняли лишь свои подземные органы.

Пост (1930), рисуя историю послеледниковых лесов Европы, говорит, что немедленно вслед за отступанием ледника наступил «бореальный период», когда всюду распространились рощи лещины и леса из бука и граба. Позднее условия ухудшились, ель и пихта стали вытеснять широколиственные породы.

Зильбердорф[51] указывает для Померании следующую последовательность послеледниковых отложений: 1) раннебореальный период с господством сосны; 2) бореальный период; 3) атлантический период — господство ольхи, образование верещатников; 4) субатлантический — ольха и сосна, появление влаголюбивых деревьев, ползучая ива и восковница. Верещатники стали окончательно господствовать в этой местности, что и продолжалось вплоть до нашего времени.

Скарс[52] для Северной Америки устанавливает следующие периоды: 1) влажный и холодный, начало периода господства хвойных; 2) сухой и холодный, в конце периода господства хвойных; 3) влажный и теплый, начало периода широколиственных лесов; 4) сухой и теплый, дальнейшее развитие широколиственных лесов.

Доктуровский и Ануфриев[53] установили для Ленинградской области следующую смену периодов: 1) пребореальный — вначале арктическая флора с куропаточьей травой (Dryas octopetala), карликовой березкой и приземистыми полярными ивами: позднее развитие лесов из ели, сосны, березы и ольхи; 2) бореальный — сосна исчезает, ель угнетена, много ольхи, развивается смешано-дубовый лес; 3) атлантический — с преобладанием ольхи и дуба; 4) суббореальный — сухой период с преобладанием ели и сосны, 5) субатлантический — с развитием лесов из ели, сосны, березы и ольхи, причем широколиственные деревья понемногу исчезают.

Наконец, Рудольф[54] составил для всей Европы сводную карту на основании более 30 диаграмм пыльцевого анализа и установил последовательные фазы преобладания березы, сосны, лещины, смешанного дубового леса и, наконец, бука.

Сосна, ель и граб, по его выводам, распространялись, занимая постепенно опустошенные ледником площади, с юго-востока, а пихта и бук с юго-запада.

Все наши лесообразующие древесные породы уже не позднее периода лещины были в средней Европе постоянным ее населением; история лесов показывает, что их географическое распространение более зависит от климата, чем от способности деревьев к расселению.

Несмотря на некоторую сбивчивость показаний, диаграммы пыльцы дают ясную возможность установить правильное колебание климатов в послеледниковую эпоху, именно смену теплых и холодных, влажных и сухих, что и вызывало распространение лесов одного типа и угнетение остальных.

Геологические периоды и развитие растительного и животного мира[55]

(более древние системы осадочных пластов помещены ниже, более близкие к современным — выше)

Эры

Периоды

Господствующая группа растений и животных

Продолжительность периодов в миллионах лет

Кайнозойская

Четвертичный

Господство современных видов и создание культурных растений и животных

1

Третичный

Господство и разнообразие покрытосеменных (цветковых) растений. Постепенное развитие современной флоры, установление современных видов растений. Разнообразие млекопитающих, птиц, насекомых

69

Мезозойская

Меловой

Появление и развитие покрытосеменных (цветковых) растений, установление современных родов растений. Вымирание цикадовых и гинкговых. Появление красных известковых водорослей. Дальнейшее развитие рептилий, птиц и насекомых и млекопитающих

40

Юрский

Развитие и широкое распространение голосеменных — цикадовых, гинкговых и хвойных. Появление диатомовых водорослей. Исчезновение птеридоспермов Пресмыкающиеся. Первичные птицы. Млекопитающие

40

Триасовый

Развитие саговников, гинкговых и хвойных. Развитие папоротников. Вымирание кордаитов. Развитие пресмыкающихся. Первые млекопитающие — сумчатые

35

Палеозойская

Пермский

Вымирание древовидных плауновых и хвощей; появление современных семейств папоротникообразных. Появление хвойных (Bayera и Walchia). Распространение глоссоптериевой флоры. Рептилии

40

Каменноугольный

Развитие папоротникообразных (древовидные плауны, хвощи, папоротники). Птеридоспермы и кордаиты. Расцвет амфибий. К концу периода — появление насекомых

50

Девонский

Псидофиты и первичные папоротникообразные растения. Первые голосеменные растения — птеридоспермы (папоротникообразные голосеменные). Возникновение грибов. К концу периода — вымирание псилофитовой флоры. Разнообразные рыбы. Двоякодышащие рыбы

35

Силурийский[56]

Первые наземные растения — псилофиты. Разнообразные морские беспозвоночные. Рыбы

35

Кембрийский

Первые признаки стеблевых растений. Преобладание трилобитов. Водоросли и бактерии

80

Протерозойская

Бактерии и водоросли. Простейшие животные

Около 700

Архейская

Известняки, м. б. бактериального происхождения

До сих пор в природе действовали одни только геологические и климатические силы. Как мы видели, они все время сильно влияли на растительность и способствовали все большему и большему ее разнообразию. Теперь явился совершенно новый фактор: человек.

Зародившись в третичный период, по разным подсчетам за 600 000 — 1 000 000 лет до нашего времени, в обезьяноподобных формах, он встретил ледниковый период еще безоружным. Но во многих местностях бежать от ледника было невозможно; холод загнал человека в пещеры, которые стали его первым жилищем, и заставил изобрести приспособления для поддержания огня. С этого момента человек становится существом индустриальным и, все усиливая свою деятельность, начинает влиять на природу сильнее, чем какое бы то ни было живое существо. Он сводит леса, подымает целину, прорывает каналы, взрывает и раскапывает целые горы и вообще меняет лик Земли по своему усмотрению.

* * *

По отношению к растительности человек уничтожает лесную флору, уничтожает растения степей и многие другие и создает на их месте свой особый мир, мир культурных растений, которого никогда не было бы, если бы не человек. Современный нам период развития земной растительности именно и характеризуется заменой человеком унаследованной им от прежних времен флоры культурной растительностью.

Мы видели, что условия растительной жизни на Земле сначала выдвинули, как пионеров первичного заселения земной коры, группу бактерий, известных под общим названием хемотрофных, т. е. таких, питание которых сводится к небольшому числу ясно выраженных, химических реакций и не нуждается в ранее образованном органическом веществе.

Век бактерий сменился впоследствии веком водорослей, достигших в водах древних океанов значительного разнообразия форм и окрасок.

Век водорослей сменился на первичных материках веком псилофитов, давших растительность, напоминающую по своему общему виду и размеру современные нам заросли крупных мхов.

Век псилофитов сменился веком папоротникообразных растений, образовавших уже обширные леса на болотистых почвах. Эта растительность немало способствовала тому, чтобы и состав воздуха, и накопление массы пищевых веществ сделало возможным возникновение первых сухопутных позвоночных животных. Тогда же накопились и главные массы каменного угля.

Век папоротникообразных сменился веком шишконосных растений. Впервые поверхность материков приобрела кое-где современный облик и еще приблизилась возможность существования высших животных.

Век шишконосных сменился понемногу веком цветковых растений, когда образовались одни за другими все существующие ныне растения.

Рис. 21. Возникновение, расцвет и угасание важнейших групп растений в различные периоды геологической истории (по Готану)

Надо сказать, что наступление нового века или периода никогда не губило нацело прежний растительный мир. Всегда часть прошлого населения Земли сохранялась и продолжала существовать наряду с новым миром. Так, бактерии при появлении высшей растительности не только не исчезли, но и в почве и в органическом веществе, так щедро создаваемом высшими растениями, нашли для себя новые источники существования. Водоросли, раз выработавшись, продолжают разрастаться и совершенствоваться наряду с высшими растениями. Они к тому же им и не конкуренты, поскольку одни населяют прибрежные морские области, другие же преимущественно сушу.

Грибы, появившиеся одновременно с другими растениями суши, питаясь остатками растений или паразитируя на листьях и ветвях, также только выигрывают от появления высшей растительности.

Наконец, хвойные леса нашего времени продолжают существовать наряду с лиственными, а тень их дает приют папоротникообразным растениям, так как это наследие туманного и влажного каменноугольного периода боится открытых местообитаний, где ему вредят солнечные лучи, и ищет тени.

Так история земной коры привела к созданию богатого и разнообразного мира растений, начав свою работу из материалов, предоставляемых неорганическим миром, и окончив ее созданием того, что окружает нас и дает нам все необходимое для жизни.

«Зоология и ботаника остаются все еще собирающими факты науками, пока сюда не присоединяется палеонтология — Кювье, — а вскоре затем открытие клетки и развитие органической химии. Благодаря этому сделались возможными сравнительная морфология и сравнительная физиология, и с тех пор обе стали подлинными науками»[57].

Ф. Энгельс

Глава XI

КАК ПРОИЗОШЛИ ОТДЕЛЬНЫЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ БАКТЕРИЙ

Мы уже говорили, что среди бактерий можно указать такие, которые организованы проще, чем какое бы то ни было другое живое существо. Они так мелки, что проходят через тончайшие фильтры, невидимы или почти невидимы при самых сильных увеличениях и проявляют себя только способностью вызывать вокруг себя определенные химические превращения и, кроме того, способностью размножаться с большой быстротой.

Те из бактерий, которые при этом не нуждаются для своего питания ни в каких других животных и растениях и существуют за счет химических реакций, вызываемых ими в растворах газообразных и минеральных веществ, называются хемотрофными.

Они-то в настоящее время и вызывают в нашем уме представление о первичном их зарождении на Земле, еще лишенной условий, необходимых для жизни обычных растений и каких бы то ни было животных. Последние безусловно нуждаются в наличии вокруг них каких-то других организмов, вырабатывающих углеводы, жиры и белки, составляющие их пищу.

Палеонтология не противоречит нашим теоретическим представлениям в этом вопросе. Один из наиболее древних остатков живых существ — это так называемые железобактерии железных руд в верхнеальгонских слоях Северной Америки. Железобактерии и в настоящее время живут в ключах, вытекающих из земли и содержащих в растворе значительное количество солей закиси железа. Окисляя эти соли в соли окиси и отлагая, как отработанный материал, вокруг себя гидрат окиси железа, эти бактерии понемногу образуют значительные скопления железа и могут накопить достаточное его количество для образования железных руд.

Альгонские слои относятся к более новым кристаллическим сланцам архейской группы. В несколько более поздних отложениях таких сланцев во Франции (Бретань) были найдены скелеты корненожек, организмов, близких к амебам, в современных своих представителях живущих в илах мореного дна. В более старых отложениях не найдено никаких следов жизни. Таким образом, указанные только что остатки железобактерий древнее всех других остатков жизни. Между тем среди хемотрофных бактерий они далеко не простейшие, и надо думать, что от появления на Земле первых живых существ и до времени отложения слоев, содержащих их остатки, прошел не один миллион лет, ибо слои кристаллических архейских сланцев очень толсты.

Вопрос о происхождении бактерий осложняется тем, что среди них есть такие, которые произошли, по всей вероятности, путем опрощения более сложных организмов. Так, серные бактерии из рода Beggiatoa очень близки к окрашенным, имеющим хлорофилл водорослям осцилляриям, а живущие в крови высших животных бактерии спирохеты, может быть, даже животного происхождения.

Дело в том, что образ жизни бактерий-паразитов способствует упрощению организации благодаря своему однообразию и делает сходными организмы, различные по своему происхождению.

Кроме железобактерий, в альгонских слоях Северной Америки были найдены еще бактерии микрококки, жизнь которых связана с отложением известняков. В более поздних слоях бактерии встречаются все чаще, но здесь они уже чаще связаны с процессами гниения растительных остатков, чем с минеральными процессами. В слоях палеозойской группы были найдены серные бактерии, микрококки и бациллы.

Когда развилась растительная и животная жизнь, то легкость питания органическими веществами, понятно, способствовала развитию бактерий, питающихся за счет животных и растений. Последними то времени появления должны быть те бактерии, которые являются паразитами человека и погибают вне человеческого организма.

Для более отчетливого представления о бактериях дадим группировку ныне живущих бактерий в систему. Прежде всего они делятся на две основные группы: настоящие, или простые, бактерии и нитчатые бактерии.

I. Настоящие, или простые, бактерии (Eubacteria или Нарlobacteria). Одноклетные, шарообразные или палочкообразные бактерии, выделяющие обильную слизь, благодаря которой они объединяются легко в колонии в форме пленок, дисков, шаров, цепочек или нитей. В молодом возрасте они по большей части имеют органы движения, реснички или жгутики. При неблагоприятных условиях образуют внутри клеток споры. Клетки бесцветны, и если протоплазма их образует пигменты, то эти пигменты отлагаются вне клеток (пигментные бактерии, колонии которых имеют красную, фиолетовую, желтую, синюю или зеленую окраску).

1. Семейство кокковых бактерий. Отличается шарообразными клетками. Сюда принадлежат самые мелкие бактерии. Роды: стрептококк, микрококк, сарцина и планококк.

2. Семейство бацилл. Цилиндрические или палочкообразные формы. Роды: бактериум, бациллус, псеудомонас и астазия.

3. Семейство спирилловых. Одиночные более и менее изогнутые клетки, от формы слегка изогнутой запятой до настоящей спирали. Роды: спириллум и спирохета.

II. Трихо- или десмо-бактерии (Trichobacteria или Phycobacteria, Desmobacteria). Нитчатые формы, причем отдельные клетки располагаются внутри плотного студенистого футляра,

1. Семейство Rhodobacteriacea — пурпурные бактерии, протоплазма которых развивает в себе пигмент розового, пурпурного или фиолетового цвета с помощью пигмента бактериопурпурина; кроме того, обычно в их протоплазме отлагаются еще зернышки серы.

2. Семейство Beggiatoaceae, род беггиатоа или беджиатоа, клетки которого соединены в плотные нити, изгибающиеся три движении, и содержат в своей протоплазме обильные отложения зернышек серы. Это так называемые серобактерии, разрушающие сероводород и очищающие воду, испорченную процессами гниения.

3. Семейство Chlamydobactericeae — хламидобактерии. Клетки находятся в плотных чехлах, образуя простые или вильчато-ветвящиеся нити. Роды: кладотрикс и лептотрикс.

Кроме того, к бактериям относят еще семейства: 1) микобактерий, или актиномицетов, представители которых обнаружены в корнях некоторых палеозойских растений; 2) миксобактерий, которые дают нечто вроде плодовых тел, и 3) спиротриховых, куда относится характерная спиральная железобактерия галионелла.

Деление бактерий по физиологическим и биохимическим их особенностям на хемотрофные, сапрофитные и паразитные было гораздо более определенным и ясным, чем морфологическая их система. Ясно, что хемотрофные бактерии, способные, хотя бы в некоторых случаях, строить свою жизнь исключительно за счет неорганического мира, первобытнее, чем сапрофиты и паразиты, зависящие часто от высокоорганизованных животных и растений. Морфологически примитивнейшими бактериями являются микрококки, но среди них есть и хемотрофы, и сапрофиты, и паразиты. Физиологическое деление не совпадает с морфологическим. Действительно простейшими являются, конечно, те бактерии, которые одновременно просты и физиологически и морфологически, т. е. хемотрофные микрококки, например, микрококки, принимающие деятельное участие в круговороте углекислого кальция.

Дальнейшее опрощение приводит нас к невидимым образованиям типа бактериофага или «живого жидкого заразного начала» Бейеринка, а еще дальнейшее — к вопросу о возникновении органических катализаторов-энзимов. Ферворн еще в 1903 г., выступая с мало обоснованной гипотезой биогена, т. е. единого энзиматичеекого вещества, вызывающего все реакции жизни, должен был согласиться, что прижизненный обмен веществ представляет собою цепь энзиматических реакций. Синтез энзимов — едва ли не основная задача, которая стоит перед химией на пути к разрешению загадки, чем отличается живой белок от запасного, протоплазма зародыша от того запаса протеиновых веществ, который ему обычно сопутствует. Бактерии с их ничтожными морфологическими различиями нередко различаются только своими энзимами, например, бактерии, разжижающие и не разжижающие желатину, на которой их культивируют.

Благодаря своей большой пластичности, своей способности изменять вырабатываемый ими набор энзимов в соответствии с тем сырьем, которым они питаются, большинство бактерий и сейчас обладает выдающейся возможностью приспособления к изменчивой внешней среде. Они не только не вымирают, но наоборот, в течение всей истории жизни на Земле овладевают все новыми и новыми источниками питания.

А. А. Рихтер, пользуясь методом Виноградского для прямого микроскопического учета микробов в почве, получил следующий подсчет: «лесная почва заключает в грамме около 3 млрд. индивидуумов, каштановая около 1 1/2 млрд. и песчаная около 1 млрд.». При этом «главной и наиболее постоянной группой почвенных микроорганизмов являются кокки; бациллы преобладают в лесной почве, отходя на задний план в культурной черноземной и песчаной почвах; азотобактеры богато представлены во всех почвах, но особенно много их в почвах культурно-черноземных»[58]. А ведь азотобактер — главный источник вновь связываемого атмосферного азота. Если таковы цифры на 1 г почвы, то сколько же получится особей на почву целого поля и сколько же их будет на общую массу всего поверхностного слоя почвы на всей Земле!

В морях мы также встречаем массы бактерий как на дне мелководий, на остатках отмерших животных и растений и минеральных средах, так и свободно плавающими в воде. В морях Каспийском и Черном вся масса глубинных вод насыщена сероводородом, который, несмотря на присущую газам способность к быстрой диффузии, не проникает в поверхностные слои воды. Благодаря этому животная и растительная жизнь этих морей вся сосредоточена в верхних слоях воды до глубины 200 м. Объясняется это тем, что на данной глубине держится масса серобактерий, окисляющих серу сероводорода в серную кислоту. Сколько же особей содержит слой, густо заселенный серобактериями на протяжении всей глубоководной части обоих морей!

Благоденствуя таким образом на всем протяжении геологической истории жизни на Земле, бактерии должны были от времени до времени отщеплять от себя родоначальников высших по сравнению с ними типов.

Первым принципом, который мог, осуществляясь, превратить бактерию в высшую форму, является принцип дифференциации. Выделение из протоплазмы морфологически обособленного ядра, локализация пигментов, сначала в поверхностном слое протоплазмы, затем в особых ее участках — пластидах, обособление целлюлозной или хитиновой оболочки, — таковы главные моменты превращения клетки бактерий в клетку высшего типа. Ф. Энгельс рассматривает образование клеточного ядра как явление поляризации живого белка[59].

Принимая во внимание возможность такого процесса, лам легко установить связи, соединяющие филогенетически древних бактерий с жгутиковыми организмами, с циановыми водорослями, с низшими грибами.

Большая часть бактерий осталась бактериями и продолжала приспособляться к все изменявшимся условиям жизни, совершенствуя в своей способности использовать внешнюю среду и защищаться от разрушающих факторов.

2. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВОДОРОСЛЕЙ

Так как простейшие водоросли отличаются от бактерий очень мало, то мы считаем, что они тесно связаны с ними родством. Промежуточную группу образуют жгутиковые организмы, стоящие на рубеже растительной и животной жизни. Это одноклетные, различно построенные мелкие обитатели вод, с различным типом питания. Одни из них имеют внутреннюю полость (пищеварительную вакуолю) и ротовое отверстие и заглатывают пищу, например, бактерий; их можно считать прародителями животных организмов. Такие жгутиковые не имеют окраски, не содержат хлорофилла и не могут существовать без готовой органической пищи. Другие жгутиковые имеют хлорофилл, лишены постоянной пищеварительной полости (вакуоли) и питаются как растения за счет растворенной в воде углекислоты, солнечных лучей и пр. Это и есть родоначальники настоящих водорослей.

Палеонтология указывает остатки водорослей, начиная с кембрийских слоев. Известны и кембрийские жгутиковые. Для каменноугольных отложений точно установлен уже целый ряд низкоорганизованных водорослей. Высокоорганизованные крупные формы известны, как появившиеся впервые в силурийских слоях. Это были так называемые сифонники, или сифонные водоросли, часто имеющие сложный известковый скелет. В девонских слоях изучены А. П. Карпинским окаменелые плодики лучицевых водорослей трохилисков, тогда как веточки лучиц из средних и верхних девонских слоев описаны английскими учеными Кидстоном и Лангом.

Предки крупных океанских бурых водорослей описаны из силурийских и девонских слоев. Водоросли эти играют большую роль в экономике моря и во многих странах являются предметом промысла: частью идут в пищу, частью для добычи из их золы иода и калийных солей. В море они образуют большие заросли и привлекают к себе разнообразное животное население. Красные морские водоросли, или багрянки, появились также в силурийское время, но полного развития достигли только в мелу, как и предыдущая группа.

Водоросли сыграли и теперь играют большую роль в деле накопления органического вещества и минеральных отложений. С одной стороны, они питают массы животных организмов, с другой — способствуют образованию крупных пластов нуллипоровых известняков, причем остатки подобных водорослей — литотамниев — известны с нижнего мела.

Современный нам мир водорослей представляет собою пеструю картину организмов весьма различной древности. Безусловно, некоторые их типы должны были существовать и в докембрийское время, но только с силура начинают попадаться достоверные их остатки. Стало быть, одни из современных нам водорослей возникли в докембрийское архейское время, другие — в силурийское, третьи — в каменноугольное. И позже продолжали появляться новые и новые формы, пока в третичное время не сложился окончательно современный нам мир водорослей, перегруппировавшийся, однако, еще раз по климатам в ледниковую эпоху.

* * *

Если расчленить водоросли на отдельные группы, то получится следующая картина:

1. Циановые или синезеленые водоросли, иначе водоросли дробянки (Schizophyceae или Cyanophyceae), по строению клетки и многим другим особенностям ближайшие к бактериям. Живут в водоемах, богатых органическими веществами, а также в водоемах, богатых минеральными солями, в горячих ключах, в сырой почве, на затененных скалах и пр.; к ним принадлежат также и некоторые виды, сверлящие известняки.

В сводке Хирмера[60] приводятся циановые водоросли: из альгонских слоев 6, установленных условно; из кембрийских 2, из ордовицких 6, из силурийских 2, из девонских 2, из каменноугольных 5, из пермских 1, из триасовых 2, из юрских 4, из меловых 1, из эоценовых 1 и из миоценовых 3, итого 35. Позднее Грюсс[61] описал из девона как ископаемую циановую водоросль, Nematorites oscillatoriiformis; если бы он был прав, относя ее к циановым, то это была бы циановая водоросль высшего типа, так как он говорит, что это нитчатка с клеточными ядрами в клетках и со специальными органами размножения, оогониями и антеридиями.

Циановые таким образом проходят, как и бактерии, через всю эволюцию, сохранив до настоящего времени примитивный тип строения и примитивный образ жизни; новое у них — это приспособление отдельных родов и видов к специальным условиям существования и различные защитные приспособления. В дальнейшем своем развитии они упираются в класс водорослей багрянок (Rhodophyceae).

2. Диатомовые, иначе кремнеземки или бацилларии (Diatomeae или Bacillariophyta), одноклетные или слабо связанные в колонии водоросли. Внутренние слои клеточной оболочки состоят из пектиновых веществ. Снаружи она покрыта панцирем, состоящим из кремнезема. Наличие панциря у диатомей обеспечивает их остаткам хорошую сохранность. Действительно, отложения ископаемых диатомей известны во многих странах и эксплуатируются между прочим как строительный материал. Однако Пиа[62] утверждает, что диатомовые впервые появляются только с нижней юры (лейас). Тем не менее существует пока никем не опровергнутое утверждение Грюсса, что в девоне Медвежьего острова им найдены первые достоверные палеозойские диатомей (Bacillites, Discoites, Nitschiopsidea и др.). В настоящее время диатомей широко распространены и в пресных и в морских водах, изредка встречаются и диатомей, живущие на сырой земле. В морях они осаждают местами даже специальный диатомовый ил.

Диатомовые происходят от жгутиковых организмов, окрашенных в желтый цвет и способных отлагать в своих оболочках небольшие количества кремнезема. Ряд развития диатомей предположительно таков. Хризомонады, одноклетные жгутиковые организмы с желто-бурыми хроматофорами, от них перидинеи (Peridineae или Dinoflagellatae), массами развивающиеся в планктоне морей, а иногда и в пресных водах (сюда относится рогатик или Ceratium), от перидинеи более редкие силикофлагеллаты, а от последних диатомеи.

Диатомовые как бы израсходовали всю свойственную им в начале их истории (пластичность на разнообразие клеточных форм, скульптуру или рисунок оболочки и приспособления к свободно плавающему образу жизни или к образу жизни организма, прикрепляющегося под водой к скалам или другим твердым предметам. Они не переходят ни в какой высший тип. являясь как бы законченным в своем развитии рядом.

3. Зеленые водоросли, или Сhlorophyceae — основная очень пластичная группа, распадающаяся на 5 классов: протококковые, улотриховыс или конфервы (зеленые нитчатки), сифонокладиевые, сифонные и хары, или лучицы. Происходят от зеленых жгутиковых организмов, причем имеются между двумя этими группами прямые переходные формы, как пирамидомонас и хламидомонас, подвижные одноклетные организмы наших вод. Среди зеленых, особенно среди дазикладиевых и сифонных, немало организмов, отлагающих в своих оболочках кальций и потому прекрасно сохраняющихся в морских и пресноводных отложениях. Ранее французский палеонтолог Сапорта приводил целый ряд окаменелостей из силурийского периода, как остатки сифонных зеленых водорослей крупных размеров, населявших моря и игравших в те времена выдающуюся роль в деле накопления органического вещества. Однако его билобиты, эофитоны и пр. не были признаны позднейшими палеонтологами за остатки растений, а взамен были открыты многочисленные виды дазикладиевых с очень сложным строением из отдельных камер, особенно многочисленных в период триас-юра-мел. И в настоящее время сифонные и дазикладиевые зеленые водоросли поражают своими оригинальными формами. Живут они в теплых водах южных морей, в их прибрежной полосе, едва прикрытые водой во время отлива, на песчаном, илистом или каменистом грунте, особенно на коралловых отмелях. Особенно много их в Карибском море Америки и близ островов Малайского архипелага.

Строение этих водорослей замечательно тем, что их клеточные ядра не вызывают, как у других растений, образования клеточных оболочек; клетчатка отлагается у них частью в виде общего для всего организма мешковидного покрова, частью (например, у различных видов каулерпы — род Caulerpa) в виде отростков, как бы балочек, внутри; по этим отросткам и ползет протоплазма сообразно силе освещения, то уходя вниз, прочь от чересчур сильных солнечных лучей, то подымаясь вверх. У дазикладиевых внутренние перегородки делят организмы на отдельные камеры, но в каждой камере много клеточных ядер. Такое же строение из камер имеют и харовые водоросли, твердые плодики которых попадаются, начиная с девона, а веточки с плодиками известны для третичных отложений.

4. Бурые водоросли Phaeophyceae, самые крупные из всех, со сложной окраской, в которой, кроме хлорофилла и каротина, свойственных всем аутотрофным растениям, принимает участие еще желто-бурый пигмент фикофеин, усиливающий их ассимиляционную способность. Бурые водоросли и теперь образуют у скалистых берегов умеренно холодных стран целые подводные леса. Общепризнано присутствие остатков бурых водорослей в отложениях юрского, мелового и третичного периодов. У этих водорослей не наблюдается отложений кальция или кремния, и потому у них мало шансов на хорошую палеонтологическую сохранность. Поэтому обычно думают, что и в палеозойские времена они были представлены высоко развитыми формами, обособление же их в характерную самостоятельную ветвь столь разнородного мира водорослей произошло еще ранее.

И в последнее время такой авторитет палеонтологии растений, как Пиа[63], подтверждает большое значение бурых водорослей в девонский период, а Грюсс[64] описал из девона бурую Nematophora fascigera. Во всяком случае к началу третичного периода они уже совершенно сформировались. Находки в эоцене саргассов (Sargassum globiferum Steinberg) и цистозейр (Cystoseira filiformis Stern и С. helvetica Heer) ясно указывают на то, что разнообразие эоценовых бурых водорослей не уступало современному. Если в океанах и происходили крупные катастрофы, связанные с опусканием так называемых абиссальных областей и другими геологическими изменениями, то все же часть океана всегда сохраняла условия, необходимые для жизни водорослей, и они могли развиваться беспрерывно с девона до нашего времени.

5. Багрянки, или красные водоросли (Rhodophyceae) с набором пигментов, в котором, кроме хлорофилла и каротина, участвует еще красный флуоресцирующий пигмент фикоэритрин, благодаря чему они способны к ассимиляции при сильно ослабленном освещении и могут жить в более глубоких частях моря, опускаясь до границ проникания солнечных лучей. Группа эта, связанная своим клеточным строением с высшими представителями циановых водорослей, отличается чрезвычайным разнообразием и внешних форм, я цикла развития. Древнейшие из них жили уже в морях ордовицкого периода (Delesserites salicifolia Ruedemann). Среди багрянок выделяется замечательное семейство кораллиновых, у которых оболочки их в общем мелких клеточек пропитываются углекислым кальцием, что придает им внешнее сходство с кораллами. Они широко распространены в современных морях и образуют местами обширные нуллипоровые рифы, похожие на коралловые, но лишенные характерных для последних дырочек, в которых у кораллов живут строящие их гидроидные полипы. Подобные нуллипоры известны и в ископаемом состоянии, начиная с ордовицких и силурийских слоев, и были очень обыкновенны в морях мелового периода.

Красные водоросли никаких переходов к выше стоящим группам растений не дают. Подобные переходы намечаются только у зеленых и особенно у бурых водорослей.

3. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГРИБОВ

Грибы лишены хлорофилла и питаются уже готовым органическим веществом. Они живут или на отбросах животных, на мертвых ветках и других частях растений, или же паразитируют на различных животных и растениях. Простейшие трибы сильно отличаются от бактерий как строением, так и химизмом, и мы не можем думать, что эти два класса родственны. Наоборот, с жгутиковыми организмами они сближены во многих своих особенностях. Высшие грибы еще ближе к некоторым группам водорослей. Наука рассматривает в настоящее время большинство грибов, как происходящее от водорослей, через изменение образа жизни. Потеря самостоятельного питания с помощью солнечных лучей и замена его паразитизмом или использованием мертвых частей животных и растений привела некоторые водоросли к потере зеленой окраски и соответствующему изменению химизма. Водоросли превратились в грибы. Конечно, это не исключает того, что многие грибные организмы произошли от грибов же. Палеонтология обнаружила остатки паразитных грибов в различных растительных органах лепидодендронов или чешуедревов и других вымерших ныне растений. Понятно, что остатки грибов начинают встречаться только там, где растительность суши достигла уже высокого развития. Короче, мы не знаем пока грибов древнее каменноугольных. Высшие, особенно шляпные грибы, например трутовики, появляются только в третичное время; грибы, близкие к опенкам, обнаружены в миоценовых его слоях, как и грибы дождевики.

Известно, что грибы поселяются иногда в тканях корней различных растений, причем не причиняют им никакого вреда, а наоборот, даже усиливают всасывание корнями почвенных растворов. Явление это, совместная жизнь гриба с корнем, получило название микоризы, т. е. грибокорня. Микоризы были найдены в тканях корней из верхнекаменноугольных отложений Англии. Считают, что в подземных частях стебля девонских псилофитов жила микориза. Не ее ли остатки были описаны из девонских отложений под именем палеомицеса, т. е. древнего гриба?

Конечно, полного своего развития достигли грибы только в третичное время, когда развились те бесчисленные цветковые растения — деревья, кустарники и травы, — на листьях, стеблях, ветвях, стволах и пр. которых грибы обычно паразитируют. Наши любимые шляпные грибы, идущие в пищу человека, большею частью связаны с корнями тех деревьев, под которыми они растут, и понятно, не могли появиться ранее этих деревьев. Близкие к грибам лишайники появились, по-видимому, с каменноугольного времени. Грибы не имеют скелета, и сохранять их сколько-нибудь долгое время нелегко, но зато паразитные формы грибов, грибница или мицелий которых разрастается в межклетных ходах высших растений, и в ископаемом состоянии сохраняются прекрасно, защищенные тканями, среди которых растут.

Грибы разделяются на три основные класса: фикомицеты, аскомицеты и базидиомицеты. Первые, т. е. фикомицеты, не имеют типичного клеточного строения; нити, из которых слагается их тело, не разделены перегородками, но на всем своем протяжении имеют общую полость, иначе, как и указанные выше водоросли, они имеют сифонное строение. Такой мицелий легко узнается под микроскопом даже и в ископаемом состоянии. Многие фикомицеты паразитировали на папоротниках, лепидодендровых и других растениях каменноугольной эпохи. Особенно интересен пероноспоровый грибок, Peronosporites antiquarius Worth. Sm., сохранившийся вместе со своими характерными органами размножения оогониями. Обыкновенная белая плесень (Mucor) также представлена в карбоне (Mucorites). Сумчатые грибы, или аскомицеты, дающие нередко твердые плодовые тела, представлены в ископаемом состоянии значительно богаче, но только из меловых и третичных отложений. Очень хороши остатки плесеней с перегородчатыми нитями грибницы и характерными цепочками конидиальных спор, найденные в янтарях (Penicillites curtipes Berk el.).

Базидиальные грибы, у которых материнские клетки спор дают споры не внутри клетки, как у сумчатых грибов, а снаружи, на особых ножках стеригмах, достигают часто высших форм развития. Высшие, или шляпные грибы, напр, трутовики, известны начиная с карбона, но многие из них при более тщательном исследовании оказались состоящими из железистого песка и являются так называемыми конкрециями. Вполне достоверны только позднейшие находки, начиная с верхнего мела. Из того же верхнего мела известны и остатки паразитных ржавчинных грибов.

В вопросе о происхождении грибов существуют две точки зрения. Одна за то, что все грибы происходят от низших амебообразных организмов с жгутиками и представляют собою самостоятельно развивавшуюся ветвь растительного мира. Между амебоидными организмами и грибами существует целый ряд средних форм, объединяемых микологами в особый отдел первичных грибов, или архимицетов. Принадлежащий к этой группе грибок урофликтис (Urophlyctis Oliverianus Magnus) жил некогда в листьях семенного папоротника Alethopteris в верхнем карбоне. И сейчас наиболее примитивные представители этой группы живут или в воде, или в сырой почве, и лишь немногие в тканях сухопутных растений.

Другая точка зрения, сейчас более распространенная, — это та, что грибы происходят от водорослей, через приспособление к паразитическому или сапрофитическому существованию и явившуюся результатом этого потерю хлорофилла. Одни из них происходят от сифонных зеленых водорослей (фикомицеты), другие от красных водорослей. Иногда даже точно указывается, какой род грибов происходит от какого рода водорослей (напр., ржавчинник Puccinia от водоросли багрянки Polysiphonia). С этой точки зрения грибы — не единая группа, а только придаток к различным группам водорослей. Однако есть одно возражение против такого уничтожения грибов как класса: это их химическая характеристика.

Дело в том, что грибы отличаются от бесхлорофильных водорослей и бактерий целым рядом химических особенностей. Так, если приготовить в высоком цилиндре питательный настой (напр., отвар капустных листьев) и подкрасить его нейтральным лакмусом в слабо-фиолетовый цвет, то при заражении настоя смесью грибов и бактерий мы быстро увидим, что жидкость разделится на слои, окрашенные различно. Наверху мы увидим ярко-синий слой с развивающимися в нем грибными организмами (плесенями), а внизу ярко-красный, с кишащими в нем бактериями. Клеточный обмен бактерий требует мало кислорода из воздуха и сопровождается выделением кислот, а клеточный обмен грибов сопровождается обычно довольно сильным поглощением кислорода и выделением щелочей. Таким образом легко отличить неокрашенный, лишенный хлорофилла и его спутников, организм водорослевого ряда от организма грибного ряда, даже в том случае, если они морфологически сходны.

Возможно, что два основных ряда низших или споровых растений развивались параллельно, и некоторые особенности в развитии тех и других проявлялись по мере их эволюции сходню в обоих рядах, независимо от происхождения отдельных групп.

Последняя группа грибных организмов — это лишайники. Их рассматривают, начиная с Шимпера, как грибы, выработавшие особый симбиотический тип питания за счет заключенных в их тканях водорослей. Большинство лишайниковых грибов принадлежит к сумчатым грибам, или аскомицетам, ничтожное меньшинство тропических их представителей — к базидиомицетам, сходным с трутовиками. В ископаемом состоянии лишайники крайне редки. Достоверные их остатки известны только с верхнего мела (род Opegrapha), но особенно многочисленны они в янтарях олигоцена, а также в пластах бурых углей того же периода.

Грибы являются законченной в своем развитии группой и не дают переходов к каким-либо вышестоящим организмам. Их развитие вылилось в приспособление к разнообразнейшим жизненным условиям применительно к строению и химическому составу питающих их организмов. Среди грибов много так называемых облигатных паразитов, которые чрезвычайно тонко реагируют на определенные протеиновые соединения. Попытки заразить спорами облигатного паразита какое-либо цветковое растение, кроме того, на котором он обычно живет, всегда оканчиваются неудачей. Благодаря паразитным грибам иной раз удается точно установить систематическое положение цветкового растения, не поддававшегося морфологическому анализу.

Высшие, или шляпные грибы часто вступают в симбиоз с корнями определенных деревьев (напр., подосиновик на корнях осины), образуя вместе с ними так называемую микоризу. Все это, вызывая массу частных приспособлений, удерживает грибные организмы на определенной ступени развития, мешая им развить высшие формы.

4. ВЫХОД РАСТЕНИЙ НА СУШУ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ НАЗЕМНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

В истории развития растительного мира одним из важнейших моментов является возникновение сухопутной флоры. В то время как бактерии и водоросли живут или в водоемах, или, если они обитают в почве, на сырых склонах или на голой земле, в очень тонком слое воды, достаточном для свободного их передвижения, так как сами они очень малы, высшие растения — мхи, папоротникообразные, голосеменные и цветковые, образующие ныне главную массу земной растительности — приводят в соприкосновение с водой только свои корни, корневые волоски и ризоиды, все же остальные их органы находятся в сухой атмосфере и испаряют воду всей поверхностью.

Если предположить, что родоначальниками растений суши были водоросли, то трудно понять, каким образом эти легко гибнущие на воздухе организмы могли приспособиться к резкой потере воды и ее возмещению.

Познакомимся вкратце с теорией Бауера, взявшегося выяснить этот трудный вопрос. Основой всякого размножения является деление клеточного ядра, влекущее за собой и деление клетки. Если организм одноклеточный, то после деления клетки получается два организма. Если организм сложный, то в результате деления получается рост ткани, а рост ткани влечет за собой и рост органа, в состав которого входит данная ткань. Само собой разумеется, что каждая клетка при делении дает себе подобную.

Рис. 22. Гаметофит, или заросток (гаплоид) водоросли ламинария. Сильно увеличено

Обратим теперь внимание на строение ядра из нитей особого ядерного вещества, или хроматина. В период деления хроматин ядра распределяется между определенным числом отрезков, называемых хромосомами. Согласно данным науки о наследственности, каждая хромосома имеет особое значение как носитель определенных наследственных свойств организма. При передаче этих свойств от одного поколения другому, передача совершается именно через хромосомы ядра. Если одна из хромосом погибнет, то и свойства, носителем которых она является, не передадутся по наследству. Так вот по отношению к хромосомам ядра одного и того же организма неодинаковы. Как правило можно принять, что число хромосом у каждого обособленного организма свое, постоянное. Так, капуста имеет в своих клетках 18 хромосом, рапс 20, у табака и махорки их 24, у липы 41, у осины 8, у одних сортов хлопка 26, у других 52, у кукурузы 20, у пшеницы 42, у ржи 14 и так далее. При делении ядра, в стадии экваториальной пластинки, хромосомы делятся каждая продольно на две, после чего начинают расходиться к полюсам старого ядра, образуя дочерние ядра. Поэтому-то в каждом дочернем ядре будет то же число хромосом, что было в материнском ядре, а самое деление называется уравнительным или эквационным. Однако после неопределенно большого числа эквационных делений клетки начинают делиться иначе. Именно, перед образованием ядерного веретена хромосомы попарно сливаются, и число их уменьшается вдвое. В стадии ядерной пластинки они снова делятся продольно и расходятся, образуя два дочерних ядра, но так как слияние уменьшило их число вдвое, то и дочерние ядра будут обладать лишь половинным числом хромосом. Полное число хромосом называется диплоидным, или двойным, а половинное — гаплоидным, или простым. Из гаплоидной клетки не может развиться такой же организм, как из диплоидной, а будет развиваться организм более слабый, в котором число хромосом все время будет поддерживаться эквационным делением все в том же гаплоидном числе. Только слияние двух ядер в процессе оплодотворения удваивает число хромосом, и возникающий в результате молодой организм снова становится диплоидным. Диплоидный организм размножается обычно почкованием. Если почки одноклеточные, то они называются спорами, если состоят из однородной ткани, то таллидиями, если из органов, каковы стебель и листья, то просто почками. Гаплоид может размножаться подобно диплоиду, оставаясь при этом подобным себе самому, но может и дать так называемые гаметы, т. е. клетки, не способные к самостоятельному развитию, но способные к слиянию друг с другом, после чего число хромосом удваивается и получается так называемая зигота, т. е. двойная клетка, первая клетка следующего поколения. У многих растений, как, например, у мхов и папоротников, у многих водорослей поколение диплоидных клеток неизбежно сменяется поколением гаплоидных. У мхов сам мох гаплоидный, диплоидным же является развивающийся на нем спорогон, состоящий из пяты, ножки, апофиза и коробочки; у папоротников сам папоротник, приносящий во множестве споры, является диплоидным, а вырастающие из спор маленькие заростки гаплоидны.

Рис. 23. Спорофит (диплоид) водоросли ламинария. Сильно уменьшено

Как правило можно вывести из этих и многих других примеров, что диплоид приносит после наступления в некоторых его клетках редукционного деления споры, а из спор вырастают гаплоидные организмы, заканчивающие свою жизнь развитием гамет. Гаметы сливаются, удваивая это число хромосом и образуя зиготу, из которой вырастает диплоидный организм. Два типа размножения: почкование и слияние гамет соответствуют как бы двум различным по своей внешности и своим свойствам организмам, следующим в обязательном порядке один за другим. Это явление носит в науке наименование смены поколений, или смены спорофита гаметофитом.

Поразительна смена гаметофита спорофитом у морской водоросли ламинарии.

Несмотря на широкое географическое распространение, крупные размеры и большое промысловое значение этой водоросли, вплоть до работ Соважо (1915) и Килина (1916), ботаники считали ламинарию, или морскую капусту, за организм, не имеющий полового размножения, так как известны были только ее подвижные споры, гаметы же никогда не наблюдались. Оказалось, однако, и притом совершенно неожиданно, что споры ламинарии прикрепляются к камням и разрастаются в маленькие растеньица, которые после продолжительного периода развития дают: одни — яйцевые клеточки, другие — подвижные сперматозоиды. Оплодотворенная яйцеклетка разрастается в крупное растение с дифференцированными тканями, приносящее затем периодически массу спор.

Для спорофита-диплоида ламинарии характерны быстрый рост, мощность развития и физиологическое расчленение тканей тела на покровные, ассимиляционные, проводящие, механические и выделительные; для гаметофита гаплоида (20 хромосом) — малый рост, медленное развитие, простота строения.

За исключением мхов у всех растений, у которых ясно выражена смена поколений, мы находим то же взаимоотношение, т. е. слабый и просто организованный, медленно растущий гаметофит, хорошо развивающийся только в воде или при ее изобилии, и быстро растущий, сложно построенный и способный сопротивляться высыханию спорофит. Ясно, что обладание двойным числом хромосом, короче, двойным ядром, чрезвычайно выгодно для организма. Ясно также, что естественный отбор должен давать в борьбе за существование преобладание тем растениям, диплоидный аппарат (которых развит сильнее. Если в водной среде гаплоидные организмы и могут сравнительно счастливо заканчивать свой жизненный цикл, то на суше солнце и ветер быстро сокращают их жизнь. Но в воде существование гаплоидных организмов поддерживается только напряженностью их размножения, при полной нестойкости особи. Диплоид не таков-надо видеть, как рвет и треплет океанский прибой гибкое тело ламинарии, растущей близ берега на подводных скалах, чтобы оценить всю силу ее сопротивляемости.

Выше мы видели, что первый расцвет растительной жизни на суше был приурочен к приморским местностям, особенно к берегам лагунных озер и болот, лежащих между песчаными береговыми валами и подгорной террасой. Здесь впервые выработался тип растения, нижней своей частью находящегося в воде, а верхушкой в воздушной среде под прямыми лучами солнца. Споры, развивавшиеся в мелкой нагретой воде лагун, при понижении уровня воды, вследствие испарения, образовывали заростки в виде плоских зеленых лопастных пластинок. Отдельные участки их, выдвигаясь из воды и испаряя воду, вызывали возникновение токов воды, возмещавших испаряемую, и этим способствовали росту своих тканей. Образовывалось подобие первичного стебля. Если на таком стебле возникали споры или гаметы, то они падали в воду и там прорастали, образуя новые заростки, или же, сливаясь в воде, облегчавшей их движения, давали зиготы, полагавшие начало диплоидному поколению — спорофиту.

Позднее, проникновением на незатопляемую сушу, первобытные растения развили корень (часть спорофита) и получили способность использовать грунтовые воды, что дает возможность переживать промежутки между дождями. Осталось только выработать такой способ образования гамет и их слияния, который за неимением у корней данного растения свободной воды позволял бы гаметам двигаться во внутренней среде самого растения. Теперь почти все клетки сложного растительного организма становятся диплоидными, почему оно приобретает и быстроту развития, и способность к расчленению клеток на ткани, способность к выработке защитных приспособлений, каких не знали его жившие у воды предки. Гаплоидными остаются только споры и вырастающие из них микроскопические заростки, защищенные тканями тела растения матери. Таким образом, выход растений на сушу сопровождался полным подчинением гаметофита спорофиту и сильным разрастанием последнего.

5. ПРОИСХОЖДЕНИЕ МХОВ

Мхи, несомненно, происходят от водорослей. Их молодая стадия, так называемые предростки, очень сходна с некоторыми зелеными водорослями. В последнее время, на основании исследования органов размножения мхов, стали доказывать, что они произошли от более простых представителей бурых водорослей, применившихся к жизни на сырых скалах или вообще на земле.

Древнейшие из несомненных остатков мхов относятся к верхним каменноугольным слоям и принадлежат каким-то листостебельным мхам. Более обильные их остатки найдены в миоценовых слоях третичной группы. Мхи очень нежны, плохо минерализуются, и вероятность их сохранения очень мала. Однако сравнение ныне живущих мхов между собою заставляет думать, что мхи вообще и, в частности, та их группа, которую мы называем печеночниками, существовали задолго до каменноугольного времени. Общие соображения заставляют приурочивать появление мхов к тому моменту в истории Земли, когда впервые стало возможным для водорослей поселиться на влажных частях суши. Здесь-то и должны были выработаться под влиянием жизни на суше те более сложные отношения между всасыванием воды нижней частью растения и испарением ее верхушкой, которые привели к более сложному, чем у водорослей, строению мха.

Напомним жизненную историю мхов: из споры, в воде, развивается небольшой предросток, напоминающий по своему строению или зеленую нитчатку, более или менее ветвистую, или зеленую лопастную пластиночку. Это предросток мхов. По мере усыхания воды путем образования почек и их разрастания на предростке образуется взрослый мох, как и предросток, весь гаплоидный, хотя бы он и состоял из стебля и листьев. В странах с очень влажным климатом, лишенным вовсе сухих периодов, особенно в горных лесах, полосы туманов и облаков, мхи могут достигать пышного развития и сложного морфологического расчленения при длине до 30 см. Чем суше климат, тем мельче мхи и тем их меньше.

Развитие мха заканчивается обычно образованием органов, в которых развиваются гаметы, именно архегониев и антеридиев. Последние помещаются в пазухах листьев или на верхушке стебля между листьями. Если дождь или роса зальют эти органы водой, то освобождение сперматозоидов и (передвижение их к яйцевым клеточкам становится возможным, происходит оплодотворение (опять-таки в воде) и получается диплоидная зигота, совмещающая в себе сумму хромосом обеих гамет. Зигота дает спорогон, паразитирующий на мхе; спорогон состоит из диплоидных клеток, он врастает в ткань стебля гаплоидного мха особым сосущим органом — пятой, имеет ножку, заканчивающуюся зеленым расширением — апофизом и сложнопостроенной коробочкой. В тканях коробочки возникает редукционное деление, как результат вызываемой усиленным испарением дисгармонии, и образуются споры.

Предросток мха соответствует жизни в воде, сам мох — амфибия, то мокнущая, то сохнущая, а спорогон — растение засухоустойчивое. Можно сказать, что и самое строение мхов соответствует переходному моменту выхода растений на сушу. Превращение водорослевидного предростка в засухоустойчивый спорогон как бы является эмблемой того процесса, который из водорослей выработал растения суши.

* * *

В новейших работах фитопалеонтологов указания на ископаемые мхи очень редки. В общем, можно оказать, что в четвертичных отложениях встречаются мхи, не отличающиеся от современных, в верхнеплиоценовых отложениях близ Франкфурта найдены остатки мхов, которые хотя легко определяются только до рода (роды: Neckera, Leskea, Heterocladium, Eurhynchium, Thamnium и Anomodon), но роды эти легко распознаются. Для миоценовых мхов такой возможности нет, и они описаны как особый род Muscites, причем уже самое название обозначает только принадлежность к мхам, не претендуя на большую точность. В олигоцене остатки, включенные в куски янтаря, опять-таки только Muscites. В верхнем эоцене Техаса Беллу[65] удалось выяснить мох Jungermannites bryopteroides до степени рода и вида, но Харрису[66] для триасовых отложений Гренландии не осталось ничего другого, как назвать исследованные им остатки мхов неопределенными обозначениями Thallites и Hepaticites, обозначая этим возможную их принадлежность к печеночным мхам. Наиболее древней находкой мха остаются мусцитес, Muscites polytrichoides Ren. et Zeill. из верхнего карбона.

Ю. Пиа говорит, как и многие другие, что сосудистые растения произошли в девонский период от бурых водорослей, но ведь мхи не имеют сосудов, построены гораздо примитивнее сосудистых растений и должны предшествовать им в своем появлении на Земле. Пиа не решает этого вопроса, ограничиваясь утверждением, что мхи нельзя противопоставлять сосудистым растениям, как равнозначную группу. Кемпбель[67] говорит, что мхи примитивнее папоротникообразных и что среди них мы и можем проследить развитие спорофита и приспособление его к условиям суши, тем более, что мхи легко сопоставить в ряд, начиная от рода рикчия (Riccia) и кончая родом антоцерас (Anthoceras): ряд этот и приводит к позднейшему образованию папоротникообразных. В советской литературе также есть замечательное исследование проф. К. И. Мейера[68], в котором автор приходит к той же мысли; только он считает простейшим и наиболее близким к водорослям организмом печеночный полуводный мох сферокарп (Sphaerocarpus). Он не имеет листьев и весь состоит из ветвящихся узких пластиночек, клетки которых равномерно наполнены хлорофилльными зернами. К почве он прикрепляется бесцветными нитевидными клетками — ризоидами. Спорогон его также очень примитивен и защищен от испарения особым покровом. Легко представить себе, говорит К. И. Мейер, еще более простой организм, который можно назвать условно первичным сферокарпом (Protosphaerocarpus), а его уже очень легко вывести из водоросли, покинувшей родную стихию для жизни на отмелом берегу. Влияние ветра и солнца заставило все более уменьшать развитие тканей спорофита и переход его к полупаразитическому питанию, усиливая в то же время выработку защитных оболочек на спорах.

У мха антоцерас есть еще особенность, унаследованная, несомненно, от водорослей; когда он затоплен, то содержимое отдельных его клеток выходит через лопающуюся оболочку наружу в виде зеленого комочка и, увлекаемое водой, попадает на берег, после чего вырастает в новое растение. Такие, как их называют, «апланоспоры» довольно обыкновенны у водорослей и повторяются у одного только этого мха антоцерас.

Если сравнивать мхи с папоротниками, то можно сказать, что у мхов сильное развитие гаплоида (он же гаметофит или заросток) преобладает над слабым развитием диплоида (он же спорофит или спорогон). У папоротников, наоборот, развитие диплоида преобладает над развитием гаплоида. Листья мха, состоящие из гаплоидных клеток, соответствуют не листьям папоротника, а лишь лопастям по краям его заростка. Листья папоротника, состоящие из диплоидных клеток, соответствуют не листьям мха, а апофизу на ножке его спорогона. Все это с морфологической точки зрения, с точки зрения истории развития. Физиологически, поскольку лист есть орган фотосинтеза и транспирации (газовый обмен), лист всегда соответствует листу, независимо от происхождения последнего. Впрочем, апофиз мохового спорогона часто также выполняет функции листа.

Современная ботаника делит всю совокупность мхов на два класса: печеночники (Hepaticae) и листостебельные мхи (Musci frondosi), причем спорогон первых примитивнее, чем спорогон вторых, а у гаметофита слабее развиты жилки, проводящие воду от всасывающих ее клеток ризоидов к испаряющим частям растения. Печеночники делятся затем на три порядка, причем в одном из них имеется семейство юнгерманиевых с архегониями, находящимися на концах веточек, и густо сидящими листьями. Листья эти, однако, лишены жилок, чем и отличаются от листьев большинства листостебельных мхов. Среди последних различают три подкласса: Sphagnales, Andraeales и Bryales. Первые, сфагны или торфяные мхи, стоят ближе остальных к печеночникам; при очень незначительном морфологическом разнообразии сфагны сыграли в четвертичном периоде выдающуюся роль торфообразователей, так как, будучи малочисленны в тропическом поясе, они получают массовое развитие в северных странах, покрывают значительные площади и накопляют массу органического вещества. Благодаря присутствию в их клеточных оболочках антисептических соединений массы мертвого сфагна не гниют, а накопляются из года в год, создавая для торфяников значительный ежегодный прирост.

Наиболее значительной, вероятно, позднее развившейся группой мхов является подкласс Bryales, обнимающий громадное число форм, развившихся главным образом благодаря применяемости мохового организма к разнообразнейшим условиям жизни. Громадное число родов и видов настоящих листостебельных мхов различается между собой строением коробочек, особенно зубчатого внутреннего их края, регулирующего рассеяние созревших спор; крайне разнообразно и строение их листьев. Масса мхов живет на ветвях или на коре деревьев в сырых лесах, на скалах, на тундрах севера, на песках, среди дерновых злаков на лугах и степях. Будучи, за исключением сфагнов, слабее других растений суши, занимают в природе подчиненное место, довольствуясь клочками почвы, не занятыми более мощными конкурентами. Зато они мало зависят от плодородия почвы, довольствуясь минимальными количествами минеральных солей, растворенных в дождевой воде, и потому хорошо уживаются на самых истощенных почвах.

Несомненно, происходя от водорослей, с которыми их связывают многие особенности строения и развития, мхи не дают никаких переходов к вышестоящим сосудистым растениям. Они образуют замкнутую ветвь растительной эволюции. Можно сказать, что построить жизнь на суше, развивая органы борьбы за существование из гаплоида-гаметофита, не способного к полной дифференцировке тканей, — роковая ошибка. Задачу эту могут решить только растения, строящие свою жизнь на развитии спорофита-диплоида, с его почти неограниченными возможностями отвечать на воздействия окружающей среды изменением тканей и органов и, прежде всего, способность построить корневую систему, что обнаруживается уже у папоротникообразных.

6. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПАПОРОТНИКООБРАЗНЫХ РАСТЕНИИ

Папоротникообразные, по мысли американского ботаника Джеффрея, можно разделить на папоротникообразные с крупными, часто расчлененными на доли и дольки, листьями, имеющими развитые черешки, и такие, листья которых мелки, цельны и часто заканчиваются шиловидно или щетинисто. Вторые — с одной средней жилкою, первые — с перистым или сетчатым жилкованием.

Мелколистные папоротникообразные составляют более древнюю и, вместе с тем, основную группу. Они дожили до наших дней в виде плаунов и хвощей. Расцвет их относится к каменноугольной группе пластов, где их остатки наиболее обильны и свидетельствуют о времени, когда эти мелколиственные, или ликопсиды, по Джеффрею, составляли главную массу лесных деревьев.

Первой относящейся сюда группой являются псилофиты верхнего силура и девона. Самым древним из них является риния из древнего красного песчаника Шотландии. Она достигала всего до трети метра высоты и состояла из ползучего корневища и прямых вильчатоветвистых стеблей. Некоторые ветви заканчивались прямостоящим спорангием, имевшим сложноустроенные стенки и наполненным мелкими спорами. Корней и листьев не было. Растение это занимает как бы середину между мхами и плаунами, ближе, однако, стоит к последним. Более поздние представители псилофитов, именно астероксилоны, были крупнее, и стебли их несли многочисленные листочки, имевшие вид твердых острых чешуи. Они напоминали несколько листья некоторых современных плаунов. По-видимому, в начале периода псилофитов других папоротникообразных не было.

Псилофиты дали начало плаунам, которые с середины девона начинают быстро развиваться и достигают наиболее пышного расцвета к середине каменноугольных слоев. Особенно обильны здесь большие деревья лепидодендронов или чешуедревов, наряду с ними росли и мощные сигиллярии, или печатные деревья, названные так потому, что следы сброшенных уже листьев оставляли на коре их рубцы, напоминающие печати.

Корневые системы лепидодендронов и сигиллярий, правильно разветвленные, мощные, известны под названием стигмарий. Третьим типом плауновых деревьев был не менее мощный ботродендрон, т. е. «деревья с кистями», и, действительно, их ветви были украшены многочисленными кистями плодущих облиственных веточек со спорангиями. В каменноугольных пластах найдены и небольшие плауны, более напоминающие современные.

Другую группу мелколистных папоротникообразных составляли хвощи и клинолисты, также достигавшие максимального расцвета в каменноугольное время. Эти растения отличались тем, что листья и боковые ветви сидели у них на стеблях всегда кольцами, отчего растения имели членистый вид. Появились они в среднем девоне, но в начале мезозойской группы начали вымирать, и к третичному времени остался только один род хвоща, представители которого дожили и до нашего времени.

Крупнолистные папоротникообразные, или птеропсиды Джеффрея, начали развиваться с верхнего девона. Они занимали и в каменноугольном лесу сравнительно скромное место, хотя и достигали нередко древовидных форм. Вначале преобладали группы папоротников с солидными толстостенными спорангиями, потомки которых в виде группы мараттиевых папоротников и теперь встречаются в жарких странах. Позднее появились и стали вытеснять древние формы наши обыкновенные папоротники, достигающие в теплых влажных странах и теперь чрезвычайно пышного развития. Ледниковый период выморозил их в северных широтах, и в наших лесах мало папоротников. Они избегают также пустынь и степей и ютятся преимущественно в более влажных лесах юга.

Основные группы папоротникообразных растений — это папоротники, хвощи и плауны. Первые два имеют то общее, что их сперматозоиды имеют многоресничковый двигательный аппарат, плауны имеют сперматозоиды о двух ресничках. Число ресничек не зависит ни от каких современных условий; нельзя также сказать, что функция движения в том и другом случае различна — энергия и направленность движения сперматозоидов всех трех групп одинаковы. Таким образом, различие в числе ресничек является признаком, который сложился исторически. Такие признаки справедливо считаются надежными показателями родства и происхождения растительных групп. Гаметофиты папоротников и хвощей довольно сходны и к остальных своих признаках, в то время как гаметофиты плауновых растений совершенно с ними не сходны. Следовательно, происхождение плаунов надо рассматривать независимо от происхождения остальных папоротникообразных растений.

Современные плауны — растения суши, их вильчато-ветвящиеся стебли густо одеты небольшими цельными листьями, спорангии реже одиночные на верхней стороне листьев близ их основания, спороносные листья чаще собраны в колосья на концах ветвей. Выпадающие из спорангиев споры прорастают только зарытыми или полузарытыми в почву, и развивающийся из них гаметофит представляет собою клубенек или шнуровидное образование, причем зеленеет только часть его, выставляющаяся из земли на свет, или все оно бесцветное. Обычно в толще ткани заростка виден слой клеток, наполненных грибными нитями. Симбиоз грибов с подземными частями растений, как известно, способствует переводу запасных веществ в растворимое состояние и тем повышает всасывающую способность этих подземных частей. Растения с микоризой часто называются микотрофами или питающимися с помощью грибов.

На гаметофите развиваются половые железы, архегонии с яйцевыми клеточками и антеридии, дающие сперматозоиды. Из яйцевой клеточки после удвоения числа ее хромосом за счет ядра сперматозоида развивается спорофит, который быстро пробивает себе путь к свету, развивает в нижней своей части корни, а выше — листостебельный твердый побег с развитыми проводящими пучками. Корень и проводящие воду пучки из водоносных клеток и волокон вокруг них — необходимое орудие жизненной борьбы на суше.

Наиболее примитивным из плаунов является филлоглоссум из Тасмании и Новой Зеландии. Это — растеньице в 2–3 см вышиной с одним пучком игловидных листьев и одним спороносным колоском, сидящим на прямой ножке. Подземные его части имеют форму клубеньков, и когда наступает засуха, растение переживает ее, сохраняя только эти клубеньки.

Прямой противоположностью этому карлику были великаны палеозойского мира — лепидодендроны, или чешуедревы. Лепидодендроны образовали прямые крепкие стволы до 2 м в поперечнике и до 30 м вышины, их многочисленные вильчато-разветвлявшиеся ветви образовывали густую крону и были плотно одеты длинными узколанцетными листьями. С возрастом листья опадали, оставляя после себя ромбовидные рубцы, сплошь одевавшие поверхность старых ветвей и даже главного ствола.

Органы плодоношения состояли из похожих на шишки плотных колосков, на листьях которых сидели в нижней части колоса макроспорангии, а в верхней — микроспорангии. Из спорангиев сыпались макроспоры и микроспоры, в которых внизу на почве происходило развитие маленьких, почти не выдававшихся наружу, заростков-гаметофитов. В макроспорах на заростках развивались архегонии с яйцеклеточками, в микроспорах — антеридии с сперматозоидами. Если их заливала дождевая или болотная вода, то сперматозоиды начинали двигаться, проникали в архегонии и вызывали образование зигот, прораставших с течением времени и дававших снова спорофит — дерево лепидодендрона. Пока отдельные части лепидодендронов попадались изолированно, их считали за самостоятельные растения и давали им родовые назначения. Так, например, лишенные коры окаменелые стволы назывались кнорриями, ветви — галониями и лепидофлойос (Halonia и Lepidophloios), а колоски — лепидостробусами. В течение всего девонского и всего каменноугольного периодов лепидодендроны были украшением приморских лесов Земли на пространстве нескольких миллионов лет, а затем вымерли, не перейдя ни в какую высшую форму.

Контраст между простейшим по строению карликом филлоглоссум и великаном лепидодендроном нисколько не объясняет происхождения плауновых растений. Загадка может быть несколько расшифрована лишь сближением их с силурийскими псилофитами (класс Psilophytales, см. рис. 5), не имевшими-корней и имевшими лишь слабо развитые листья. Спорангии псилофитов сидели не на листьях, а на концах веточек. Их простейшие представители, напр, риния, очень напоминают некоторые бурые водоросли, а высшие, как, напр., астероксилон. сходны с плаунами. Относящаяся сюда же хорнеа (Hornea Lignieri Kidston et Lang) обладает лопастными клубнями, напоминающими не то заросток, не то клубень филлоглоссума. Псилофиты — первые достоверные растения суши, и возможность выделения типа плауновых из форм, принадлежавших к этой группе, весьма велика.

Высшие представители плауновых с их шишковидными колосьями примыкают к первичным формам голосеменных растений.

Замечательно, что в современном мире растений ближайшими к лепидодендронам растениями являются представители рода селагинелла (Selaginella), имеющего до 700 видов. Большинство их — небольшие травянистые растения, вечнозеленые, с макро- и микроспорангиями.

В лесах Малайского архипелага есть более крупные виды до 0,5 м вышины, а в Южной Америке даже и в несколько метров длины, но это не прямостоячие, а цепляющиеся растения. Наконец, близок к плауновым, но резко отличается от них ныне живущий псилотум (Psilotum), широко распространенный во влажных лесах тропического и в некоторых местностях субтропического пояса вплоть до Японии. Растет он обычно на коре деревьев и состоит из коралловидного корневища, ветви которого одеты всасывающими волосками, и прямостоячих зеленых вильчато-ветвистых стеблей. Листья очень маленькие в виде острых чешуи, спорангии округлые трехгнездные, довольно крупные. Корневище дает многочисленные почки, похожие на почки мхов, быстро разрастающиеся в новые растения. Образующиеся из спор заростки всего от 2 до 20 мм длины, цилиндрической формы и без хлорофилла.

Казалось бы, все это сближает псилотум с плаунами и может выяснить родство последних с псилофитами, так же, как и он, не имевшими корней, но беда в том, что сперматозоиды его оказались многоресничковыми, что резко отличает псилотум от настоящих плауновых.

Мы уделили так много внимания плауновым растениям потому, что они представляют собою основную ветвь папоротникообразных растений.

Несомненно происхождение их от водорослей через псилофитов или другую вымершую группу, и от них, скорее чем от какой-либо другой группы, возникли голосеменные, это высшее звено эволюционного ряда плаунообразных растений.

* * *

Кроме основного ряда, развитие растительного мира вылилось в образование боковых рядов, не переходящих в высшие формы, но застывших на определенном уровне. Таков в первую очередь ряд Articulatae или «членистые». Эти растения, стебель которых состоял и состоит теперь из резко отчлененных члеников, или междоузлий, заканчивающихся узлами, на которых сидят мелкие по отношению к размерам междоузлий листочки, образуя кольца или мутовки. Листья, несущие спорангии и называемые спорофиллами, у них резко отличаются от обычных и собраны в колоски на верхушке стебля или его ветвей.

Сюда относятся 4 подкласса и 8 порядков; три вымерших подкласса обнимают 5 порядков, а в единственном, имеющем живых представителей, 2 порядка из трех также вымерли. Сохранился только один: хвощи Equisetacea.

Наиболее примитивной группой среди членистых растений являются Calamophyton primaevum Krausel et Weyland из среднего девона Германии и гиения (Hyenia elegans тех же авторов). Несмотря на членистость стеблевых органов и строение колосков, в этих ископаемых есть что-то, напоминающее псилофиты. Это что-то, вероятно, относится к сравнительной близости между псилофитами и каламофитами, с одной стороны, и бурыми водорослями — с другой.

Второй подкласс — псевдоборнии из верхнего девона Медвежьего острова и третий — сфенофиллы, распространенный в осадочных пластах от верхнего девона до гондванских слоев нижнего триаса, были травянистыми растениями с тонкими сравнительно стеблями и сложно построенными колосками. Листья сфенофиллов, узкие у основания, расширялись кверху, почему их называют часто клинолистами. Образ жизни этих растений с их тонкими стеблями недостаточно известен. Немецкие палеонтологи считают их растениями водными, английские же видят в них растения наземные, может быть, вьющиеся или лазящие.

Четвертый подкласс — хейростробы (Cheirostrobineae) гораздо моложе трех первых, ибо окаменелые остатки его спороносных колосьев или шишек известны из верхнего карбона.

Наконец, пятый подкласс — хвощевые с вымершими порядками астерокаламитов и каламитов. Астерокаламиты жили в период от верхнего девона до нижнего карбона и отличались узкими вильчато разделенными в верхней части листьями. Каламиты пышно развились в каменноугольное время и дожили до триаса, их главное отличие — разноспоровость (деление спор на макроспоры и микроспоры). Они образовывали большие заросли в мелководьях и достигали крупных размеров. От современных хвощей они отличались еще тем, что в их спороносных колосьях часть листьев оставалась бесплодною и, загибаясь концами кверху, одевала шишку или колос своими окончаниями, придавая ей большую защищенность.

Современные хвощи — остаток типа, когда-то несравненно более богато и разнообразно представленного, построены значительно проще каламитов. В конце палеозоя хвощи (Equisetales) были представлены несколькими семействами и многими родами, из которых сохранился только один род Equisetum, так как все остальные исчезли уже до начала третичного периода.

В настоящее время сохранилось всего до 30 видов хвощей, распространенных почти по всему свету, кроме Австралии, где их нет вовсе.

* * *

Настоящие папоротники ведут свое начало от группы первичных папоротников Primofilices, живших в период времени от девона до перми. Это были относительно мелкие растения с лазящими корневищами или с прямыми короткими стеблями. Листья этих примитивных папоротников по большей части были лишены плоских пластинок, и их конечные разветвления имели цилиндрическую форму. У рода стауроптерис нет еще полного разделения на стебель и листья, так как листья почти не отличаются от ветвей. Спорангии со стенкой из одного слоя клеток и лишены какого-либо механизма для выбрасывания спор, которые освобождаются из спорангия через маленькое отверстие на его верхушке.

Все более возрастающая сложность в строении листовых пластинок, или приспособление их к специальным условиям жизни, а также усложнение в строении спорангиев и особенно в строении раскрывающего спорангий аппарата, у большинства папоротников выраженного в так называемом кольце, — таковы основные направления в истории настоящих папоротников.

Главнейшее деление папоротников на группы дает возможность различить между ними три основных подкласса.

Первый подкласс — это папоротники с массивными спорангиями Eusporangiatae, у которых стенка спорангия состоит из нескольких слоев клеток (в толщину), с выделением покровных тканей, наружной (эпидермис) и внутренней (гиподермис). В настоящее время они представлены двумя семействами: мараттиевых папоротников в лесах жарких стран и мелких ужовниковых в умеренном поясе и в странах севера. Первые развились уже в каменноугольную эпоху, были очень многочисленны в пермскую и достаточно богато представлены в более поздних отложениях. Роды псарониус (Psaronius) и пекоптерис (Pecopteris) с древовидными стволами и троякоперистыми крупными листьями напоминают современные нам древовидные папоротники Бразилии и других влажных тропических стран.

По свидетельству А. Н. Криштофовича, ни один из ныне существующих видов мараттиевых папоротников не найден с достоверностью в ископаемом состоянии, хотя из мезозоя и известны остатки, очень напоминающие современные роды ангиоптерис, данеа и мараттия, сложившиеся не ранее расцвета третичных флор.

Рис. 24. Современный папоротниковый лес в Бразилии 1 — циатея 2 — гемителия

Спорангии ужовниковых папоротников одиночные, тогда как спорангии мараттиевых представляют то усложнение, что они соединены группами в так называемые синангии, что лучше защищает развивающиеся споры.

Второй подкласс папоротников — Protoleptosporangiatae — состоит из одного семейства чистоустовых Osmundaceae. Стенка спорангия построена у них из одного слоя клеток, но раскрывающее спорангий колечко примитивное — в форме бобовидной пластинки сбоку от верхушки его. Сейчас это небольшая группа, обнимающая всего 3 рода и до 20 видов умеренного жаркого пояса. Замечателен род тодеа (Todea) с одним всего видом Т. barbara, растущим в горных ущельях южной Африки, юго-восточной Австралии и Новой Зеландии; многие видят в нем потомка гондванской флоры, расселившегося некогда на всем протяжении гондванского материка и уцелевшего на его обломках. Ближе к нам чистоуст Osmunda regalis, растущий в Южной Европе и достигающий крупных размеров в лесных болотах Черноморского побережья Абхазии. Ископаемые родственники этих папоротников известны из верхнепермских слоев Белебея, из юрских отложений Новой Зеландии, меловых Британской Колумбии и Западной Европы. Наиболее древними являются дископтерисы среднего карбона, наиболее молодыми осмундитес, жившая в период от нижней юры до миоцена. В общем к группе осмундовых, или чистоустовых папоротников относится не менее 15 ископаемых родов и до 40 видов. Можно думать, что эта группа в настоящее время угнетена общим изменением условий жизни на Земле.

Третий подкласс папоротников — это лептоспорангиаты (Leptosporangiatae), т. е. папоротники, спорангии которых имеют тонкую однослойную стенку и хорошо развитое колечко из клеток с сильно утолщенными оболочками, обеспечивающее рассеяние спор при раскрывании зрелого спорангия. Сейчас эта группа распространена широко по всей Земле, достигает редкого разнообразия форм и массового развития особей и лишь на севере, в областях, испытавших непосредственное действие последнего послетретичного великого оледенения, сведена к десятку-другому видов. В нее входят папоротники с разнообразнейшими формами листьев, с разнообразнейшим анатомическим их строением сообразно тене- или световыносливости данных видов, а также с весьма разнообразным строением споровых кучек и даже спорангиев. Разнообразие это таково, что мысленно легко представить себе, как выглядела бы Земля, если бы на ней не было других растений, кроме папоротников.

Папоротниковые леса, папоротниковые заросли в низинах и по склонам гор и холмов, папоротники скал, папоротники водоемов и болот дают достаточно полный растительный покров. Только степи, пустыни и тундры лишены папоротников.

Лептоспорангиатные папоротники обнимают 12 семейств, более 120 родов и около 300 видов. Их ископаемые остатки менее разнообразны, начинают встречаться только с каменноугольной эпохи, гораздо более обильны в юре и в мелу и еще лучше представлены в отложениях третичного периода. Знакомство с этими ископаемыми папоротниками приводит к мысли, что развитие их не давало переходов к вышестоящим типам, а шло путем дифференцирования основного типа и выработки приспособлений к внешней постоянно изменявшейся среде.

Из 12 семейств лептоспорангиатных папоротников в каменноугольных отложениях представлены только три (Schizeaceae, Gleicheniceae и Hymenophyllaceae), в юре уже 10, одно (Salviniacea) известно только с верхнего мела и одно (Parkeriacea) не известно в ископаемом состоянии вовсе. Несомненно, что наиболее богатые видами современные семейства диксониевых, циатовых (Cyatheaceae) и полиподиевых папоротников были даже в третичную эпоху менее богаты видами, чем теперь. Словом, их развитие продолжается и в наши дни.

В этом обзоре папоротникообразных совершенно не использованы данные по анатомии стеблей, а между тем метод тонких шлифов ископаемых образцов со времен французского ученого Марселя Рено дал такой богатый материал для познания строения и расположения сосудисто-волокнистых пучков папоротников, хвощей и плаунов, что постепенное совершенствование проводящей системы этих растений в настоящее время выяснено великолепно и весьма помогает установлению их родства и места в системе.

7. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ШИШКОНОСНЫХ И ДРУГИХ ГОЛОСЕМЕННЫХ РАСТЕНИЙ

У папоротникообразных семян не было. Они зарождаются а в виде спор, очень мелких и слабых носителей жизни, а развиваются на почве без какого бы то ни было участия материнского организма.

Семя — большой шаг вперед. Семя образуется и вызревает медленно, все время получая питание от материнского организма, пока в нем не образуется зародыш, состоящий из корешка, почечки и семядолей, т. е. зародышевых листьев. Кроме того, у большинства семенных растений вокруг или около зародыша развивается эндосперм (иначе внутрисеменник), орган, представляющий собою настоящий магазин питательных веществ, который помогает прорастающему зародышу в его питании и росте[69]. Семенные растения имеют перед споровыми большое преимущество в быстроте и силе развития и всюду, где их много, вытесняют споровые.

Уже в среднедевонских пластах, когда растительный мир только начал слагаться, появились крупные растения с листьями и стволами папоротников, но на листьях у них не было спор. Вместо спор на краях листовых долей помещались несомненные семена, в которых и происходило заложение и развитие зародыша. Растения, построенные таким образом, названы семенными папоротниками, или птеридоспермами. Продержались эти первые на Земле семенные растения вплоть до юрского периода, но наиболее многочисленными были они в каменноугольное время.

Несколько позднее семенных папоротников возникли кордаиты, имевшие уже анатомическое строение хвойных деревьев. Семена их были уже не на листьях, а на ножках и сидели в пазухах прицветных листьев по одному, образуя своеобразные «соцветия». Кордаиты имели общих предков с семенными папоротниками, время расцвета обеих этих групп совпадает, как и время их угасания.

Третья группа голосеменных растений — это саговники, небольшие деревья, не то папоротник, не то пальма, часто с перистыми жесткими длинными листьями. Семена их сидят или по краям коротких шерстистых перистых листьев, или на чешуях, собранных в шишки. Они не ветвятся или, вернее, ветвятся лишь в исключительных случаях, и листья их собраны короной у верхушки. Саговники происходят от семенных папоротников и особенно многочисленны и разнообразны были в юрское время. Теперь их осталось немного, и живут они в тропиках и вблизи тропиков, доходя на север до южной части Японии. К саговникам были близки так называемые беннеттиты, плодоношение которых напоминает цветок. Их остатки чаще всего находятся в нижних пластах меловой системы. Одно время видели в беннеттитах прародителей цветковых растений, но затем это предположение было оставлено.

Четвертая основная группа голосеменных растений — это группа гинкговых. Гинкго — название японское, так как это чудесное дерево было впервые описано по культурным японским экземплярам. Позднее его нашли и в Китае. В живых сохранился только один вид, но в ископаемом состоянии известно несколько родов и много видов. Возникли они от кордаитов еще в девонское время, когда появился род псигмофилл, несомненно принадлежащий к этому классу. Больше всего их было в юрское время, а в мелу наступил упадок, вызвавший сильное сокращение числа видов. В третичное время жил только современный вид гинкго.

Современные нам хвойные деревья возникли уже позднее каменноугольного времени. Первое достоверное хвойное дерево «вальхия» впервые появляется в красноцветных толщах пермского времени. Многие исследователи считают, что первые хвойные произошли от древовидных девонских или каменноугольных плауновых деревьев. Первый расцвет хвойных относится к юрскому времени, когда уже существовали араукарии; настоящие сосны появляются только в верхнем мелу; ель старше сосны и появилась уже с нижнего мела.

Рис 25. Семенной папоротник Lyginodendrum oldhamium и его семя, сидящее в чаше, края и поверхность которой несут железки (по Скотту)

В настоящее время наиболее важный для нас класс голосеменных — это шишконосные Coniferae, распадается на 5 семейств: тиссовые, араукариевые, еловые, таксодиевые и кипарисовые. Попробуем определить время и порядок возникновения каждого из них.

В настоящее время семейство араукариевых представлено двумя родами, именно даммарой в Новой Зеландии и араукарией в Бразилии, Чили, на островах Полинезии, в восточной части Австралии и Новой Гвинее — словом, исключительно в Южном полушарии. Семейство это является древнейшим из шишконосных, причем род араукария имел несомненных представителей в юре в Англии, Китае, Франции и др., в мелу в Северной Америке, на Сахалине и в Чехии. Креузель приводит один вид (Araucaria Delafondi Zeller) даже из перми, сохранившийся в виде односеменных чешуи из разрушенных шишек. В эоценовое время араукарии были широко распространены в лесах Северного полушария. В Южном полушарии они ранее были распространены также шире, чем в наше время, и ближе подходили к полюсу. Так, одна из них, Araucaria imponens Dusen, найдена в третичных отложениях ныне оледенелого острова Сеймур под 64° ю. ш., a A. Nathorsti — в олигоцене близ Пунта Аренас, на самом юге Южной Америки в безлесной ныне местности. Даммара также известна в ископаемом состоянии из эоценовых отложений Волыни и из более поздних отложений с Новосибирских островов.

Ясно, что в семействе араукариевых мы имеем не развивающуюся, а скорее угасающую группу, о чем нельзя не пожалеть, так как прекрасная древесина и крупные съедобные семена араукарий, древесина и ценная смола даммары далеко не лишние и в наше время.

Если теперь начать поиски возникновения этой группы, то по анатомическим особенностям ископаемых древесин распространенный в пермских и каменноугольных отложениях род

дадоксилон приводит нас к классу кордаитов. тогда как последние упираются в некоторые роды плауновых.

Семейство тиссовых отличается от всех остальных шишконосных тем, что его семяпочки сидят по одной на концах веток, а тычинки имеют щитовидную форму. В настоящее время тиссы распространены в горных лесах Европы, Азии (Гималаи, Китай, Дальний Восток, Япония) и Северной Америки, другой род, торрея, — в лесах Флориды, Калифорнии, Японии и Китая, третий, аустротаксус, — во влажных лесах острова Новая Каледония. Все это — отдельными изолированными один от другого участками, указывающими на более сплошное и более широкое распространение в прошлом.

Ископаемые остатки тиссовых были найдены в юрских отложениях Швеции и Англии, в мелу Гренландии, Северной Америки и Франции, в третичных отложениях Аляски, Италии, Германии. В четвертичных отложениях семена и древесина тисса встречаются и в таких местностях, где теперь его нет и в помине. Словом, тиссовые — исчезающая группа. Никаких указаний на происхождение их из папоротникообразных в нашем распоряжении не имеется. Возможно, что придется искать родственных отношений между тиссовыми и гинкговыми.

Семейство подокарповых, или многоплодниковых, состоит из семи родов и 101 вида, распространенных, главным образом, в Южном полушарии. Лишь некоторые виды рода подокарпус растут на островах Малайского архипелага и даже в южной Японии. В ископаемом состоянии многоплодниковые попадаются в юрских отложениях Франции и Швеции, в меловых и третичных отложениях (эоцен) Северной Америки, Гренландии, Огненной Земли и средней Европы. Возникновение этого семейства, очень обособленного по своей морфологии, вероятно, то же, что и семейства тиссовых.

Семейство цефалотиссовых (Cephalotaxaceae) свойственно исключительно Гималаям, горам Китая и Японии. В ископаемом состоянии они известны для меловых отложений Северной Америки, для миоцена Шпицбергена и Западной Европы, для плиоцена Германии. Вопрос о происхождении и этой группы однороден с вопросом о происхождении тиссовых.

Семейство таксодиевых — Taxodiaceae, куда относятся зонтичная сосна Китая, мамонтово дерево Калифорнии и болотный кипарис Северной Америки, хорошо представлено было уже в юрскую эпоху, когда зонтичная сосна (Sciadopitys) росла в Швеции и Норвегии, мамонтово дерево (Sequoia) во Франции и продолжало развиваться в меловую и третичную эпохи, достигнув в эоцене своего наиболее полного процветания. По своей морфологии это семейство может быть сближено с семейством еловых и имеет, вероятно, общее с ним происхождение.

Семейство еловых, или сосновых (Pinaceae), обнимает 9 родов и более 210 видов, распространенных частью в равнинах севера, где некоторые из них образуют особую зону хвойных деревьев, главным же образом в горных лесах умеренного пояса, заходя в тропики лишь немногими представителями рода Pinus — сосна. В ископаемом состоянии пихты достоверны только для плиоцена Европы, ели для нижнего мела Бельгии и позднейших отложений, лиственницы достоверны для плиоцена Франции, настоящие кедры попадаются уже в нижнем мелу и, конечно, позднее: сосны, которых сейчас насчитывается около ста видов, начали развиваться с начала мелового периода, причем в прошлом известны и для таких стран, как Гренландия. Сосны и сейчас богаты разновидностями и формами недавнего происхождения, что приводит к заключению, что они продолжают развиваться, вырабатывая новые приспособления к среде и новые виды.

Семейство кипарисовых обнимает 16 родов и более 130 видов, рассеянных почти по всему свету. Самым крупным и наиболее жизненным является род Juniperus, или можжевельник, продолжающий и теперь свое развитие. Начало развития всего семейства кипарисовых относится к началу меловой эпохи. Древесина можжевельника указана для миоцена Европы, пыльниковые шишки его же — для янтарей Прибалтики.

Таким образом, развитие голосеменных шло далеко не преемственно. В палеозое господствовали замечательные семенные папоротники и кордаиты. Первые дали начало саговникам и беннеттитам мезозоя, вторые гинкговым и, может быть, араукариям. Мезозойские напластования, нередко дающие повод к установлению особой эры голосеменных параллельно эре пресмыкающихся, особенно динозавров, действительно отличаются обилием остатков гинкговых и саговниковых с примесью араукарий. Кайнозойские группы, возникшие с началом мела, конечно, не возникли из ничего, надо полагать, что в это время разнообразие голосеменных было уже так велико, что дальнейший процесс развития базировался уже не на папоротникообразных, а на гинкговых и араукариевых. Во всяком случае наиболее вероятной является следующая филогения голосеменных растений:

Первичные папоротники

Кордаиты

Семенные —--»---

Гинкговые и араукарии

Цикадовые или саговники

Тиссовые. Еловые

Беннеттиты

Кипарисовые

Лепидодендроновые

Остается еще один, седьмой класс голосеменных — это гнетовые (Gnetales). Он выделен на основании того, что у всех его представителей внутренний покров семян вытянут в трубку, представляющую отдаленное сходство со столбиком цветковых растений. Но столбик есть вытянутая часть завязи и развивается за счет плодущих листьев, составляющих завязь, трубка же гнетовых — часть семени. Функция и того и другого органа сходная — регулировка прорастания пылинок цветени и роста пыльцевой трубки. Кроме того, гнетовые отличаются еще тем, что имеют настоящие сосуды во вторичной древесине, т. е. в древесине, развивающейся за счет камбиального кольца, лежащего на границе между корой и заболонью, чего нет у других голосеменных, вторичная древесина которых состоит только из замкнутых водоносных клеток, называемых трахеидами. Этот признак приближает гнетовые к цветковым и дал повод некоторым авторам утверждать, будто гнетовые происходят от цветковых путем упрощения морфологического и анатомического строения, с чем согласиться никак нельзя.

Три рода гнетовых: тропические деревья и лианы рода гнетум, безлистные кустарники рода хвойник, или эфедра, и совершенно ни на какое другое растение не похожая африканская вельвитчия достоверных ископаемых остатков не оставили, морфология их совершенно своеобразна, и только белковая преципитиновая реакция сближает их с настоящими шишконосными. Высказывавшаяся в литературе мысль о происхождении цветковых растений из гнетовых не подтвердилась позднейшими исследованиями. В лице гнетовых мы имеем глухую ветвь развития или даже три ветви, объединенные общностью фазы развития.

8. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ

Цветковые растения называются также покрытосеменными. Это значит, что их семена скрыты внутри плодов. Их зародыши, кроме той защиты, которую им дают покровы семени, защищены еще и стенкой плода, что еще более обеспечивает их вызревание. Кроме того, они наиболее совершенны и в анатомическом отношении, что обеспечивает им наилучшее использование солнечного света, газов воздуха и воды с почвенным раствором. Они гораздо совершеннее и быстрее приспособляются к их среде, чем голосеменные или папоротникообразные, почему и составляют в настоящее время главную массу растений суши.

Цветок, привлекая своим ароматом и нектаром насекомых или выставляя навстречу ветру свои пылинки, много способствует скрещиванию растений и образованию путем скрещивания новых форм, которые потом благодаря действию естественного отбора становятся основным населением какой-либо соответствующей по своим климатическим и почвенным свойствам территории.

Иначе говоря, цветок усиливает шансы на скрещивание между различными особями какого-либо вида, вызывает так называемую амфимиксию, что усиливает пластичность потомства, являющегося наследственно неоднородным. Неоднородность потомства обусловливает действие естественного отбора, а при этом местные условия, как фактор отбора, вызывают соответствующие отклонения, которые и позволяют потомству данных растений выживать при изменившихся условиях. Расселяясь по всему лику Земли и приспособляясь к местным условиям, цветковые растения достигли своего нынешнего разнообразия, выражающегося цифрою до 500000 видов.

Само собой разумеется, что такого разнообразия в первый период после появления на Земле цветковых растений быть не могло. А. Энглер, величайший знаток систематики цветковых, начавший свою деятельность с исторического исследования о растительности наших дней, как наследнице третичного периода[70], к концу жизни пришел к убеждению, что появлению цветковых на Земле предшествовало развитие группы первичных покрытосеменных растений Protoangiospermae, возникших в мезозойскую эпоху ранее верхней юры и отличавшихся более простым цветком.

Цветковые растения появляются на Земле в значительном разнообразии видов только с нижнего мела. Происхождение их от какой-либо группы голосеменных растений несомненно, но от какой именно группы, пока наверно сказать нельзя.

Какие из цветковых растений старше других, какие моложе? Одни авторы признают за древнейшие цветковые растения так называемые сережчатые (береза, ива, тополь, орех и пр.), с мелкими почти лишенными околоцветника цветами, опыляемыми ветром; другие — пышные цветы магнолий с массою плодников и тычинок, находя, что они ближе всего походят на шишки голосеменных деревьев. За первых долго высказывалась и палеонтология, так как остатки тополя, найденные в Гренландии в слоях нижнего мела, одно время считались даже древнейшими остатками цветкового растения, какие только известны. Остатки магнолий найдены лишь в среднемеловых отложениях. На очереди самые тщательные поиски на рубеже юрских и меловых отложений, так как окончательно решить поставленный вопрос вряд ли можно иным способом.

К новейшим по происхождению цветковым растениям принадлежат растения, цветки которых собраны в плотные обильные соцветия. Особенно выделяется в этом отношении семейство сложноцветных, к которому принадлежат василек, одуванчик и подсолнечник. Их остатки появляются только с середины третичной эпохи, а пышное развитие принадлежит уже настоящему времени.

9. ПРОИСХОЖДЕНИЕ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ

Спутники человека, культурные растения, возникли, разумеется, лишь после того, как появился и окреп в своей хозяйственной жизни сам человек. Первой стадией этой жизни был охотничий быт — человек убивал животных и питался их мясом. Однако потребность в растительной пище сказывалась и в этом периоде. Мужчины охотились, женщины собирали и хранили ягоды и другие плоды, мясистые корни, клубни, луковицы и другие части растений, богатые крахмалом или другими питательными веществами. Первые путешественники, посетившие Камчатку, Стеллер и Крашенинников, застали еще в этой отдаленной стране подобный быт, причем единственными орудиями, известными людям, оказались орудия из камня и рыбьих костей; железа они вовсе не знали.

Позднее начинаются робкие попытки земледелия. Расчищали лес, делали заостренным шестом ямки и в них бросали зерна. Начало земледелия установить теперь так же трудно, как и появление на земле определенных групп растений или животных. Какие именно растения были впервые выбраны человеком из дикой природы и послужили предметом культуры, сказать трудно. Так же трудно в настоящее время точно установить, какое дикорастущее растение стало родоначальником того или другого культурного.

Достоверно, однако, что земледельческая культура возникла самостоятельно в нескольких отдаленных одна от другой странах, которые и стали первичными центрами земледелия.

Так, юго-восточная Азия, Индокитай и Малайский архипелаг дали человечеству культуру риса и, вероятно, сахарного тростника и банана. Средняя Америка стала родиной культуры кукурузы и шоколадного дерева. Южная Америка разработала культуру картофеля; в северной Мексике возникла культура подсолнечника, на островах Вест-Индии — культура табака.

В Европе мы находим свой важнейший центр земледелия. Это побережье Средиземного моря, где возникла самостоятельно культура твердых пшениц, льна, оливки, свеклы, капусты и многие другие. В Иране, Туркестане и Афганистане развилась первоначальная культура мягких пшениц, ячменя, тыквенных растений п пр. Отсюда же вышли и северные культуры ржи и овса.

Пытаясь узнать, откуда произошли культурные растения, мы легко находим их родину, но редко когда нам удается найти их дикого родоначальника. Мы уже нашли дикую свекловицу, дикую морковь, дикую капусту и дикую коноплю, но найти дикий картофель не удалось. Еще труднее обстоит дело с хлебными злаками. Исследуя породы этих необходимейших спутников человека, мы убеждаемся почти для каждого из них, что в его возникновении участвовало не одно дикое растение, а два или несколько. Так как помеси от скрещивания двух разных видов растений обыкновенно отличаются крупным ростом и пышностью развития, то естественно, что уже первобытные земледельцы каменного века обратили внимание именно на них и размножили помеси хлебных злаков. Подвергая имевшийся у них посевной материал отбору, люди постепенно выработали нужные им хлебные растения, никогда не существовавшие в природе, но созданные ими самими.

Таким образом создалась новейшая растительность Земли — культурная. Наше поколение является свидетелем того, как исчезают леса и степи, как всюду раскидывается золотой покров зреющих полей, чередующихся с зеленью огородов и садов.

Растительность, созданная историей Земли и проявившаяся так пышно в развитии третичных лесов, все более и более оттесняется на задний план. Ее прибежище в наше время — главным образом горы, пустыни, скалистые острова и другие не удобные для земледелия места.

Правда, на Земле еще много незанятых земель, но быстрый рост человечества за последние десятилетия показывает, что в скором времени все пригодные для земледелия территории будут заселены и заняты полями и садами.

Остается еще вопрос о заповедниках. Почти во всех странах правительства выделяют более или менее крупные участки с сохранившейся еще природой и делают их частью предметом изучения, частью территорией для отдыха. Охраняют горные леса, так как безлесные склоны легко размываются дождевыми водами, а массы камней и мелкозема, снесенные в долину, уничтожают или портят пашни.

Недалек тот день, когда заповедники и заказники различного типа одни только сохранят разнообразную природную растительность наравне с неприступными для культуры местами, все же остальное будет занято растениями культурными, выращенными и созданными человеком.

Глава XII

КАК ПРОИЗОШЛИ ГЛАВНЕЙШИЕ ОРГАНЫ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

Многие из тех заключений, к которым мы пришли в предшествующих главах, все еще недостаточно доказаны. Неполнота палеонтологической летописи, которая в свое время так беспокоила Ч. Дарвина, все еще недостаточно пополнена и не позволяет довольствоваться ею одной, необходима поддержка со стороны других отделов ботаники.

Каждый орган растений прошел, пока не стал таким, каким мы его видим, длинную цепь изменений, и нам интересно проследить хотя бы главнейшие этапы его развития.

1. КАК ПРОИЗОШЕЛ КОРЕНЬ

Водоросли, как живущие в морях солоноводные, так и живущие в пресных водах озер, рек и пр., впитывают воду всей поверхностью. Каждая их клетка, граничащая с внешней средой, представляет собою осмотический аппарат, всасывающий растворы минеральных солей и газов и отдающий растворы органических соединений, напр., органических кислот и их солей. Даже те водоросли, которые живут на коре деревьев или на скалах, одевая их зелеными (плеурококки, празиола) или красными (трентеполия) пятнами, поглощают воды росы или дождя всей поверхностью. Если же росы и дождя нет, то они на время замирают, чтобы снова стать деятельными, лишь только дождь коснется их снова. Ясно, что у них и не может быть специальных органов всасывания воды.

Мхи начинают свою жизнь стадией предростка, построенного наподобие водоросли и погруженного в воду. В редких случаях, когда предросток мха развивается на обсыхающей почве, отдельные его ветви оказываются в земле, и на них развиваются длинные трубчатые клетки, называемые ризоидами, которые всасывают воду, в то время как верхняя, находящаяся на свету часть предростка ее испаряет.

В виде исключения имеется несколько водорослей, имеющих как бы два конца: всасывающий и испаряющий; иначе говоря, им свойственны явления полярности. Нижний полюс погружен в почву и поглощает воду, верхний обращен к солнцу и ее теряет.

Такова, например, маленькая водоросль ботридий (Botrydium granulatum), растущая на отмелях и на сырых пашнях. Вся она имеет грушевидную форму, а нижняя ее часть вытянута в узкую ветвистую у основания трубочку. Внутренних перегородок у ботридия нет, строение его сифонное, и вся протоплазма, если освещение слишком сильное, перекочевывает свободно вниз и так же свободно подымается наверх, если небо пасмурно. Воду ботридий поглощает нижней своей частью, разветвления которой называются ризоидами.

Полярность, т. е. противоположение испаряющей части растения и части, всасывающей воду, — вот первый импульс к образованию первых корнеподобных органов.

Гаметофиты мхов, даже наиболее крупных (исключение — сфагновые мхи и мхи подводные), поглощают воду также ризоидами, т. е. отдельными клетками, покрывающими нижнюю часть стебля. Никакого подобия настоящего корня у мхов нет, как вообще его нет ни у одного гаметофита гаплоида. Зародыш мха, развивающийся из оплодотворенной яйцеклетки и поэтому диплоидный, имеет палочкообразную или овальную форму, он или вовсе не дифференцирован, или же имеет слабо отличающуюся пяту, с помощью которой присасывается к тканям стебля растения матери и из них всасывает водные растворы.

У древнейшей группы наземных растений, у псилофитов, корней не было вовсе, воду они вбирали, так же как и мхи, с помощью ризоидов. Только у рода астероксилон, побеги которого слабо напоминают плауновые растения, есть вильчато разветвленные, отходящие от корневища отростки, напоминающие корни.

У плаунов, хвощей и у всех папоротников, как у растений диплоидных, корни уже вполне развиты. Они всегда невелики, отходят от корневища или от коры стебля и неглубоко погружаются в почву. Ввиду того, что все эти растения жили и живут во влажных местностях, они могут довольствоваться поверхностными корнями.

Чем крупнее растение, чем более развита его испаряющая крона, тем более повышается потребность в глубоко зарывающейся в почву мощной корневой системе.

У голосеменных растений впервые появляется стержневой корень, закладывающийся уже в период развития зародыша в семени. Такой корень дает возможность молодому растению быстро углубиться в почву и распределить боковые мочки в таком слое почвы, который наилучше обеспечивает водоснабжение растения.

Однако у корня есть и еще функция — это функция прикрепления к почве, функция механическая. Уже у крупных морских водорослей типа ламинарии от нижней части стебля отходят мощные ризоиды, впивающиеся в камни и удерживающие водоросль на определенной глубине, как бы ни били ее волны. Здесь функция всасывания не имеет значения, все дело в механическом сопротивлении среде.

Корни наших деревьев должны отвечать огромному сопротивлению, так как ветер очень сильно давит на обширную площадь кроны; дерево гнется, иногда ломается, а корни не поддаются, сохраняя связь менаду деревом и почвою. Зато при условиях, неблагоприятных развитию корневой системы, ветровал неизбежен.

У растений, живущих на очень сухих почвах, поражает длина корней, часто во много раз превышающая в вышину наземные части растения.

Напомним, что анатомически корень состоит из основного цилиндра, коры, конуса нарастания и защищающего этот конус чехлика. Кора на некотором расстоянии от конца корня несет зону корневых волосков, усиливающих всасывание. Осевой цилиндр содержит в себе проводящие воду сосуды, через которые она поступает в стебель. Клетки коры развивают колоссальное осмотическое давление, обеспечивающее движение воды в сосудах. Если корень находится в симбиозе с грибками, образуя микоризу, то корневые волоски, как правило, отсутствуют.

Наконец, не надо забывать, что корень постоянно растет и своими движениями при этом роет землю. Подвергаясь действию внешних факторов, как то: силе тяжести, свету, теплу, влажности, присутствию кислорода воздуха и химизму почвенного раствора, — корень растет неравномерно, искривляется и проникает в наиболее благоприятные для него слои почвы. Таков результат длительной, постоянно поддерживающейся борьбы за существование. Разумеется, и эта способность корня ориентироваться в почве далась не сразу, а выработалась постепенно.

2. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЛИСТА

У морских и пресноводных водорослей окрашено более или менее равномерно все растение. Изредка лишены хлорофилла ризоиды, да при большой толщине самой водоросли внутренние ткани могут быть очень бедны хромопластами. У мхов дело обстоит уже иначе, гаметофит мха может иметь зеленый стебель, часто плоский или крылатый, или же крыло стебля превращено в листья, морфологически вполне обособленные, а у листостебельных мхов даже и с водопроводящей жилкой.

Спорофит мха содержит мало хлорофилльных зерен, которые находятся у него частью в клетках тканей коробочки, частью в подпирающем коробочку апофизе. Настоящих листьев у него нет вовсе.

У мелколиственных папоротникообразных (Lycopsida), т. е. у хвощей и плаунов, листья принадлежат уже спорофиту и имеют нормальное строение, но они очень малы и работа их невелика. У хвощей ассимиляция углерода производится главным образом стеблями и веточками, листья в ней почти не участвуют, их значение иное, они охраняют от света растущую зону каждого междоузлия, чем задерживают в ней дифференцировку тканей, а отсутствие дифференцировки сохраняет неизменною зародышевую ткань, главная функция которой — деление клеток и рост всего органа.

Первые листья, которые вполне оправдывают такое их обозначение, — это листья некоторых псилофитов (род Asteroxylon), обладавшие, по-видимому, уже вполне развитым устьичным аппаратом. Листья ископаемых и современных плаунов следуют за ними. Эти листья все еще примитивные: у них нет завершенного разделения на черешок и пластинку, нет развитой сети жилок; анатомически оба основных аппарата листа, фотосинтетический — палисадная паренхима — и транспирационный — паренхима губчатая, выражены несовершенно, как несовершенно и различие между верхней и нижней сторонами листа. Правда, подобные листья встречаются и у растений, принадлежащих к высоко организованным семействам, но там это результат опрощения, вызываемого внешними условиями, здесь же — первичное строение.

У папоротникообразных, названных Джеффреем Pteropsida, листья крупные, с хорошей дифференцировкой на черешок и пластинку. Их примитивность сказывается главным образом в том, что они растут верхушкою, а не основанием, как листья цветковых. Такой способ роста позволяет им развивать нередко добавочный рост отдельных частей листа, курчавость краев и другие уродливости.

У цветковых мы имеем колоссальное разнообразие листовых форм и строений. Сеть жилок в своей более простой форме дает очень мало анастомозов. Главные жилки располагаются параллельно одна другой, и при перерезке любой из них примыкающий к верхней части перерезанной жилки участок ткани засыхает. Более прогрессивный тип жилкования — сетчатый. Если перерезать одну из главных жилок у листа этого типа, то ткань кругом остается жива, так как получит воду обходным путем, через боковую сеть.

Наиболее развитыми являются листья растений из семейства бобовых, появившегося сравнительно поздно. Лист бобовых состоит из листового основания, отходящих от него прилистников, общего черешка и перисто или дланевидно расположенных пластинок — листочков. Благодаря находящимся на черешочках сочленениям листовые пластинки бобовых могут перемещаться под влиянием большей или меньшей напряженности солнечных лучей и становиться под определенным углом к плоскости падения последних, регулируя таким образом интенсивность освещения. Для ассимиляции особенно благоприятны лучи определенной напряженности, при более сильном освещении хлорофилл разрушается быстрее, чем восстанавливается, при более слабом не хватает энергии.

Такие сложные листья, как листья гороха, акации и массы других бобовых, с свободным движением отдельных частей, с организованным отводом продуктов ассимиляции из тканей (мякоти) в ситовидные трубки и пр., являются наиболее совершенным выражением эволюции листа. От листа плауновых до листа гороха пройден сложный и долгий путь, приведший к выработке прекрасного пластичного, сообразно условиям среды, аппарата фотосинтеза; фотосинтез же, как известно, — это главный физиологический процесс зеленых растений.

3. ПРОИСХОЖДЕНИЕ СТЕБЛЯ

Стебель — существенная часть растений, их тело, так как он легко воспроизводит и корни, и листья. При размножении растений черенками мы практически используем это важное свойство стебля регенерировать недостающие органы. Главные функции стебля — механическая поддержка кроны и проводящая. По коре его идет ток питательных веществ из листьев в корни, чем обусловливается рост и корневой системы. По древесине, точнее по заболони, идет водный ток из корней в листья. Основная форма стебля — форма колонны — так проста, что в этом отношении никакой особой эволюции от крупной морской водоросли лессонии через стволы плауновых деревьев каменноугольной эпохи к стволам крупных хвойных и лиственных деревьев не замечается. Наоборот, анатомия стебля дает очень сложную картину постепенного усложнения и усовершенствования проводящего аппарата.

У бурых водорослей в центральной части их стебля мы находим наличие длинных трубчатых клеток, имеющих анастомозы в сообщающихся одна с другой помощью ситовидных пластинок. Последнее — не что иное, как поперечные перегородки, отделяющие одну клетку от другой. Протоплазмы же их проходят через поры сит, неся с собой питательные вещества. Ствол массивен, ассимиляция происходит в поверхностных слоях ткани, внутренние части, затененные наружными, будут голодать, если их не будет пронизывать система трубочек с движущимися растворами внутри.

Даже у грибов в их более массивных стеблевидных образованиях, каковы, например, шнуровидные ризоморфы опенка, разрастающиеся под корою старых пней, внутренние клетки принимают на себя роль проводящей ткани и функционируют соответственно, представляя собою пучок длинных нитей, окруженных мелкоклеточной плотной корой.

У мхов, в их тонких стеблях, мы всегда находим в центре проводящий цилиндр из узких тонких трубчатых клеток, образующих точно пригнанные вертикальные ряды. Поперечные разрезы шлифов стеблей псилофитов показывают сразу, что эти первые растения суши были построены сложнее мхов, хотя и сходны с ними. У ринии в центре стебля находился участок толстостенных клеток, проводивших воду от корневища к верхушкам побегов. Участок этот был окружен кольцом многочисленных тонкостенных трубчатых клеток, проводивших питательные вещества от зеленых верхних частей растения в корневище. У астероксилона на продольных шлифах видны водоносные клетки — трахеиды с характерными кольчатыми или сетчатыми утолщениями на стенках. Совокупность всех таких проводящих клеток, имеющая вид внутреннего шнура, пролегающего между более рыхлой мякотью коры стебля, получила наименование стеле, или столба.

Эволюция стеле папоротников, приведшая к большому разнообразию и строения, и расположения, в тех случаях, когда их много, привела в конце концов к выработке наиболее рационального построения древесины и коры у цветковых растений.

Если у папоротников древесина всегда состоит из водоносных клеток или трахеид, то у хвойных в их молодых тканях уже есть небольшие спиральные сосуды (в протоксилеме), у гнетовых их значительно больше и они принимают некоторое участие также и в строении вторичной древесины. У однодольных не развит еще камбий, т. е. специальная зародышевая или образовательная ткань проводящих лучков, что мешает им срастаться вместе и расти в толщину. Поэтому у них строение стволов менее плановое, менее совершенное, чем у двудольных растении, дающих благодаря камбию полное разделение ствола на кору и древесину.

Таким образом, процесс эволюции охватывает все детали строения стебля, делая его достаточно совершенным орудием как механической крепости растения, так и физиологической связи между двумя активными системами органов растительной жизни, именно между листовой и корневой системами.

4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖЕНСКОГО ГАМЕТОФИТА ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ

У простейших размножение состоит в делении клеток; бактерии и циановые водоросли в короткое время могут образовать значительные массы исключительно путем простого деления. Бактерии клёка за 12 часов нередко превращали на сахарных заводах содержимое чанов с 500 кг патоки в студенистые комья. Клетки их обычно все одинаковы; там, однако, где холод или засуха постепенно прекращают рост организмов, отдельные клетки превращаются в цисты, или покоящиеся споры. При этом оболочка клеток утолщается, происходит накопление в протоплазме запасных питательных веществ и клетка несколько разрастается; она переходит затем в покоящееся состояние и лишь при наступлении благоприятных условий снова начинает ассимилировать, поглощать растворы и делиться.

У жгутиковых организмов, причисляемых к растениям, в некоторых случаях образуются одинаковые между собой гаметы или изогаметы. Это клеточки, снабженные по большей части двумя ресничками, которые, двигаясь в воде, сталкиваются между собой и, теряя реснички, сливаются вместе попарно. Образовавшаяся двухъядерная клетка зигота также превращается в цисту и переживает период покоя, после которого в ней происходит редукционное деление и образуются молодые одноядерные клетки следующего поколения.

У водорослей мы имеем уже правильное наличие гамет в цикле развития. На низшей стадии эволюции стоят водоросли, у которых гаметы совершено одинаковы, как, например, у обыкновенной на севере зеленой нитчатки улотрикс, на средней же между гаметами есть уже некоторое различие в размерах — более крупная имеет ресницы и двигается, как это имеет место у простейших водорослей. Крайним случаем такой анизогамии и будет оогамия, так как яйцевая клеточка отличается от изогаметы крупными размерами, обилием запасных питательных веществ и полным отсутствием органов движения — ресниц. Дальнейшим усложнением является все растущая защищенность яйцеклетки водорослей нитчаток, прикрытой лишь оболочкой материнской клетки. У несколько более совершенных форм эта оболочка является в виде специального органа оогония. У многих бурых водорослей оогонии находятся в особых полузамкнутых ямках скафидиях, что значительно увеличивает их шансы на спокойное развитие.

Рис. 26. Развитие гаплоидных элементов от изогамет до зародышевого ядра цветковых растений

1 — изогамета водоросли «морокой салат» (Ulva latuca); 2 — гетерогамия: макро- и микрогаметы водоросли Codium; 3 — яйцеклетка водоросли диктиота в момент оплодотворения; справа — микрогаметы (сперматозоиды); 4 — оогоний водоросли (сперматозоиды); 5 — архегоний мха с яйцеклеткой в нижней, расширенной части сфероплеа с несколькими яйцеклетками и проникшими в него извне микрогаметами и сперматозоидами у входа в его шейку наверху; 6 — архегоний папоротника, несколько упрощенный по сравнению с архегонием мха; яйцеклетка частично погружена в ткань заростка. Из канала шейки выходит слизь, получившаяся при расплывании канальцевых клеток; 7 — еще более упрощенный архегоний папоротника сальвиния; 8 — архегоний сосны, находящиеся среди ткани заростка в зародышевом мешке, внутри семяпочки; 9 — зародышевый мешок лилии, вынутый из семяпочки; н — наружный покров семяпочки; п — канал пыльцевой камеры; в — внутренний покров семяпочки; э — ткань заростка, превращенная в эндосперм; аг — два архегония; ш — шейка архегония; к — канальцевая клетка; о — антиподы (ткань заростка); з — ядра зародышевого мешка, из которых после оплодотворения возникает эндосперм; с — спутник или синэргиды; я — яйцеклетка

Мы не знаем, как развивались псилофиты, по у современных мхов мы находим в пазухах листьев, часто собранными помногу на концах веточек, еще более сложные органы архегонии. Архегоний состоит из шейки и брюшка, стенка его многоклетная, полость брюшка заполнена крупной мощной яйцеклеткой или иначе макрогаметой; канал шейки выполнен несколькими легко расплывающимися клетками. Проникающий сквозь канал сперматозоид вызывает оплодотворение, связанное, как и всегда, с удвоением числа хромосом. Яйцеклетка превращается в зиготу, последняя делится и образует своим дальнейшим ростом палочкообразный зародыш, из которого позднее образуется спорогон мха.

У мхов, хвощей, настоящих папоротников и некоторых других высших споровых все споры одинаковы, и угадать, вырастет ли из нее гаметофит, способный дать и макро- и микрогаметангии, или же только макрогаметангии — архегонии, или же только микрогаметангии — антеридии, невозможно.

Между тем уже у крупных деревьев девонского и каменноугольного периодов, именно у лепидодендронов, было полное разделение на макро- и микроспоры. Из макроспор вырастали макрогаметофиты, т. е. заростки, дававшие архегонии и в них яйцеклетки. Английскому палеонтологу Макину (Maclean) удалось получить тонкие шлифы через макроспоры, на которых хорошо видно, как образовавшийся уже в макроспоре заросток своей верхней частью выдается из лопнувшей макроспоры, образуя тонкую, вероятно, зеленую волнистую пластинку, на которой сидят архегонии. Большая часть этого заростка, вероятно бесцветная, оставалась внутри споры и состояла из ткани, богатой запасными питательными веществами.

У современных нам плауновых, называемых селагинеллами, у маленькой группы шильников (Isoetaceae), у некоторых водяных папоротников (Salviniaceae и Marsiliaceae) деление на макро- и микроспоры выражено очень хорошо и позволяет во всех деталях проследить развитие мужских и женских заростков. Яйцеклетка у них находится в архегонии, который погружен в ткань заростка. Если бы заросток не выступал из макроспоры, а развивался бы целиком внутри ее, то защита первых стадий зародышевой жизни растения была бы еще более обеспечена, что мы и видим у цветковых растений.

У голосеменных растений редукция (упрощение) гаметофита идет значительно далее. Архегонии состоят из крупной яйцеклетки, на верхушке которой сидит несколько маленьких клеточек, сохранившихся как рудимент шейки архегония.

У голосеменных и цветковых растений, как возникших в процессе борьбы за овладение засушливыми территориями юрских материков, гаметофит и яйцевая клетка глубоко запрятаны под защитой тканей спорофита. Макроспоры возникают путем редукционного деления в глубине тканей семяпочки, в полости завязи, окруженной покровами цветка или соцветия. Из четырех макроспор зрелости достигает только одна, она сильно разрастается и превращается в так называемый зародышевый мешок, крупную клетку с двумя гаплоидными ядрами в центре. Прорастание этой макроспоры и развитие в ней заростка состоят в том, что у верхнего ее конца развиваются три крупных ядра — зародышевое и два его спутника (две синэргиды), а у нижнего три клетки, называемые антиподами. Последние можно рассматривать как вегетативную ткань заростка. Считая и центральные ядра, всего в зародышевом мешке развивается 8 ядер. В отдельных случаях число это значительно больше, так как антипод может быть много.

Заросток с одним архегонием или, как думают другие ученые, с тремя архегониями и тремя яйцеклетками готов. Он совершенно изолирован от влияния подсыхания, тесно связан физиологически с материнским растением, и развитие из яйцеклетки зародыша поставлено в особо благоприятные условия.

5. ПРОИСХОЖДЕНИЕ МУЖСКОГО ГАМЕТОФИТА ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ

Уже у многих водорослей имеются микрогаметангии, в клетках которых развиваются сперматозоиды. Таковы из зеленых свободно движущийся волчок (Volvox), из нитчаток эдогоний и сфероплея. из сифонных вошерия, из наиболее сложных все харовые водоросли. И здесь можно проследить эволюцию в постройке самого гаметангия от отдельной клепки до сложно построенного антеридия с массивной внешней стенкой.

У мхов антеридий состоит из массы клеточек, у папоротников число их сильно уменьшается. У тех папоротников, которые имеют макро- и микроспоры, последние при прорастании дают уже (семейство сальвиний) всего одну вегетативную клетку и два сильно опрощенных антеридия. Поэтому неудивительно, что у голосеменных микроспоры (называемые пылинками цветени) дают при прорастании от одной до нескольких вегетативных клеточек, заменяющих собою заросток и упрощенный антеридий из двух клеточек. Затем содержимое микроспоры растет и вытягивается в трубочку, которая носит название пыльцевой. Суть этого процесса в том. что он превращает самостоятельно живущий гаметофит, имеющийся у водорослей и мхов, в орган оплодотворения, совершенно подчиненный функциям спорофита. Растения, приобретшие в борьбе за существование пыльцевую трубку, часто называются сифоногамами. У водорослей и мхов сперматозоиды попадают по выходе из антеридиев в воду и, свободно двигаясь, направляются к отверстиям оогониев и архегониев, или к вышедшим из оогониев яйцеклеткам. У сосен, елей и других голосеменных ветер разносит пылинки цветени, причем некоторые из них попадают в пыльцевые камеры на семяпочках; здесь они попадают в капли нектара, где развивается пыльцевая трубка. В последней развиваются из ядра антеридия микрогаметы (сперматозоиды), которые вызывают растворение оболочек на участке, где стенка пыльцевой трубочки соприкасается со стенкой зародышевого мешка, и проникают к яйцевым клеточкам архегониев. Все это далеко нецелесообразно, так как если водоросли и мхи теряют большую часть сперматозоидов на путях к яйцеклеткам, то голосеменные, у которых сперматозоиды имеют определенное направление и защиту вплоть до момента проникания внутрь макроспоры и не теряются зря, теряют зато большую часть микроспор, которые пропадают, не достигнув пыльцевых камер и не дав развиться сперматозоидам. Цветковые растения в этом отношении построены целесообразнее. Их пыльца улавливается специально развитыми рыльцами цветков, их пыльцевая трубочка растет гораздо сильнее, число не функционирующих клеток еще не уменьшено. При переносе пыльцы насекомыми часто прорастает на рыльцах большая часть пыльцы.

Мужской гаметофит может быть развит у некоторых водорослей (например, у Ectocarpus из бурых) в целое вполне развитое растение. У двудомных мхов он также представляет собою все растение мха, отличающееся на глаз от женского только тем, что на нем не развиваются спорогоны. У папоротникообразных, при двудомных заростках, мужской заросток мельче женского, но все еще у многих из них ведет самостоятельное существование. У голосеменных и покрытосеменных или цветковых растений мужской заросток — уже остаточный орган, не имеющий никакой функции, в некоторых случаях исчезающий вовсе. На его место становится пыльцевая трубка, своеобразное мужское растеньице, также ведущее самостоятельное существование от момента прорастания микроспоры-пылинки до момента оплодотворения.

При водном или земноводном существовании уместен был гаметофит, дававший сперматозоиды. При чисто сухопутной жизни на ветру и на солнце, часто высоко над землей, у деревьев место его заняла несравненно более скромная, но равнозначная ему по функции пыльцевая трубочка.

6. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЦВЕТКА

Гаметофиты водорослей, грибов и мхов дают в некоторых случаях целые группы гаметангиев: оогониев, антеридиев или архегониев, окруженных иногда защитными клетками или веточками. Несмотря на это, к водорослям и грибам никто еще термина «цветок» не применял.

У мхов антеридии располагаются часто группами на концах стеблей в пазухах защищающих их листочков, причем последние принимают красную или желтую окраску (например, у кукушкина льна Polytrichum). Такие скопления антеридиев некоторые авторы пробовали называть цветком (большинство же считает термин «цветок» в применении к гаметофиту совершенно неприемлемым, приурочивая его исключительно к спорофиту).

Никаких половых органов спорофит не дает, он дает только споры. Половые органы дает гаметофит. У мхов споры развиваются внутри коробочки, которую цветком никто никогда не называл. У псилофитов, древнейшего растительного населения суши, спорангий занимал такое же положение на конце стебля, как и коробочка на верхушке спорогона мхов. У всех папоротникообразных спорангии расположены уже на листьях, причем там, где они рассеяны по всей поверхности обыкновенных зеленых листьев или питающих листьев трофофиллов, цветка нет. Но вот у нашего черного папоротника страусопера (Struthiopteris flicastrum All.) к концу лета развивается в центре его кроны пучок листьев, специализированных как носители спорангиев — спорофиллы. Спорофиллы эти окружены короною крупных зеленых листьев трофофилов, а все вместе можно, пожалуй, уподобить цветку.

Какое в самом деле различие между строением черного папоротника и строением пыльникового цветка конопли или хмеля, состоящего из пяти микроспорофиллов — тычинок и пяти зеленых листочков околоцветника? И вот А. Энглер[71], сводя различия между главнейшими классами высших растений, прямо говорит о папоротниках, что их спорофиллы не образуют цветков, за исключением Struthiopteris и Blechnum. Следовательно, последние их образуют. На стр. 1 той же книги А. Энглер прямо говорит, что хвощи, плауны, селагинеллы и все голосеменные образуют цветы. Иначе А. Энглер называет цветком всякое организованное скопление спорофиллов, т. е. листьев, приносящих споры. Спороносные колоски хвощей и плаунов, очень молодые шишки и пыльниковые шишечки хвойных — все это подходит под это новое понятие цветка. Если собрание микроспорофиллов — тычинок вяза или ясеня есть цветок, то и собрание спорофиллов хвоща тоже цветок.

Такие примитивные цветы возникли, по-видимому, очень рано. У плауновых и кордаитов, приспособившихся в девонскую эпоху к тому, чтобы раскидывать свою крону в сравнительно сухих слоях воздуха, спорофиллы уже собраны помногу в специальные органы спороношения. Ветер и солнце, вызывавшие превращение зачатков обыкновенных листьев в спорофиллы, обусловливали данное явление не у отдельных разбросанных по кроне листьев, а одновременно на целых веточках, которые и превращались в спороносные органы — колоски, шишки или цветы.

Цветок, как специфический орган цветковых или покрытосеменных растений (Angiospermae), отличается от спороносных колосков папоротникообразных растений тем, что он не просто орган, дающий споры, а орган перекрестного опыления. Дело в том, что естественный отбор всего ярче проявляет свое действие в тех случаях, когда налицо имеется потомство, полученное путем скрещивания близких форм. Получаются особи с различными комбинациями наследственных признаков, особи неодинаковые по существу, и эти особи либо сохраняются действием борьбы за существование и естественного отбора, либо истребляются. Этим путем из старых видов образуются новые, более приспособленные к среде, окружающей растения в данный исторический момент. Орудием этого-то чрезвычайно важного процесса и является цветок.

Большинство ботаников думает, что толчком к развитию сложного цветка было появление в юрскую эпоху большого числа сосущих мед насекомых. Посещая семяпочки хвойных, в пыльцевых каморах которых выделяется нектар, и принося при этом микроспоры — пылинки цветени, насекомые дали толчок к тому, что опылявшиеся ранее исключительно ветром плодущие колоски предков цветковых растений преобразовались постепенно, путем стерилизации наружных или нижних спорофиллов и превращения их в доли околоцветника, а также совмещения макро- и микроспорофиллов, тычинок и пестиков в одну систему, в настоящие цветы. У последних появились также специальные нектарники, выделяющие нектар, что еще усилило привычную связь их с насекомыми.

Наиболее совершенным является цветок с ярким околоцветником, выделяющим ароматические вещества и нектар, с тычинками и пестиками, скрытыми в трубке венчика и тем защищенными от непогоды; цветок, заметный издали и систематически. привлекающий насекомых к скрытым в нем пищевым веществам — углеводам и протеинам.

Такой цветок наилучшим образом обеспечивает скрещивание, образование здоровых семян и действие естественного отбора, поддерживающее растение на уровне требований, предъявляемых к нему внешней средой.

И вот такой-то цветок совершенно отсутствовал в юрскую эпоху и появился сразу у многих растений в начале меловой.

Впоследствии цветковым растениям пришлось во многих странах, где мало насекомых, например в степях, снова приспособляться к опылению ветром и упрощать строение цветка. Так, в семействе злаков цветок заменился колоском.

Громадное разнообразие форм, строений, окраски, запахов современных нам цветков объясняется тем, что процесс эволюции растительного мира все время приводит орган перекрестного опыления, цветок, к приспособлению, в соответствии с условиями опыления и внешней средой.

Там, где процесс скрещивания почему-либо выпадает, редуцируется и цветок. Так у видов рода манжетки (Alchimilla) зародыш образуется в семенах бесполым путем или апогамно. Скрещивание теряет всякое значение, и цветок манжетки — маленький, зеленый, с недоразвитыми органами — стал неузнаваем. Его родичи из семейства розоцветных блещут прекрасными цветами, а манжетка стала растением, на цветы которого никто и внимания не обратит.

Так объясняются и возникновение цветка и бесчисленные его видоизменения.

7. ПРОИСХОЖДЕНИЕ СЕМЯН

Впервые орган, похожий на семя, мог появиться у разноспоровых папоротникообразных растений. Семя состоит из интегументов, или покровов, под защитой которых развивается макроспора; в макроспоре мы должны найти заросток и архегонии. После оплодотворения яйцеклетка архегония разрастается в зародыш; зрелое семя есть хранилище молодого растения с корешком, почечкой и специальными зародышевыми листьями — семядолями. У многих растений, кроме того, развивается еще специальная питающая зародыш при прорастании ткань, эндосперм, иногда называемый белком, так как он по своей функции напоминает белок куриного яйца.

Семена голосеменных растений принципиально отличаются от семян покрытосеменных тем, что у более древних голосеменных эндосперм есть не что иное, как заросток, т. е. гаметофит. он формируется очень рано и к моменту оплодотворения уже совершенно готов. У более молодых покрытосеменных растений эндосперм до момента оплодотворения отсутствует вовсе, здесь он заменен антиподами. Мы уже упоминали выше, что число сперматозоидов в пыльцевой трубке у покрытосеменных два. Один из них оподотворяет яйцеклетку и тем вызывает образование зародыша, другой же сливается с центральным ядром зародышевого мешка и через последующие повторные деления образованной таким образом второй зиготы дает эндосперм. Таким образом эндосперм голосеменных и эндосперм покрытосеменных не эквивалентны между собой. Один соответствует заростку, а другой близнецу зародыша.

Листья папоротникообразных растений силурийской, девонской и каменноугольной эпох сначала представлялись все как листья настоящих папоротников. В 1904 г. Оливер и Скотт в Англии[72] выяснили принадлежность находимых в каменноугольных пластах семян к листьям древовидного папоротника Lyginodendron oldamium Will., который таким образом оказался не папоротником, а голосеменным растением и стал первым представителем особого класса семенных папоротников или Pteridospermae. В последнее время доказано[73], что большинство папоротниковых листьев, находимых в каменноугольных отложениях, принадлежит птеридоспермам, но все же семена редко сидят на листьях, чаще их находят отдельно. Известны, однако, и прямые находки листьев, по краям которых сидят семена. Таковы находки некоторых Pecopteris, Linopteris и пр. Даже оригинальный глоссоптерис, этот наиболее типичный представитель гондванской флоры, оказался семенным растением.

Семена папоротников птеридосперм несколько доходили на семена современных саговников с крупной пыльцевой камерой, часто они сидели в особой «чаше», т. е. были окружены небольшими листочками. Странную на наш взгляд картину представляли собой эти многочисленные в свое время папоротники, часто с кружевной листвой, по краям которой свешивались массивные семена.

В ряду плауновых известен род лепидокарпон (Lepidocarpon), у которого односеменные макроспорангии были окружены специальным покровом, или интегументом, и сверх того еще несколькими спорофиллами. Отсюда легко себе представить и возникновение семян у кордаитов и гинкговых.

Таким образом, возникновение семян старше возникновения цветка. Древнейшие семена одиночны, соответствуют отдельным макроспорам, которые были окружены защитными выростами и листочками. Значение их то, что заростки, развившиеся внутри макроспор, получили от материнского растения больше защиты и питания, чем у тех папоротникообразных, макроспоры которых падали с дерева в болото или на сырую почву и там уже развивали заростки, архегонии и зародыши, как это было, например, у лепидодендронов.

Семя, как совершенный орган зародышевой жизни, как возможность развивать и сохранять зародыши от разрушительных климатических влияний, дало растениям возможность проникнуть в глубь обширных материковых пространств, оторваться от морских побережий и, используя кратковременные влажные периоды, в связи с временами года, — развить обширные заросли. А там, где растений много, они сами увлажняют воздух, испаряя воду за счет грунтовых вод, и дают возможность ютиться в их тени также и представителям древних типов, самостоятельно живших лишь у воды.

Заканчивая наш обзор, мы видим, что многое еще не выяснено, не установлены точные факты прошлого, нет возможности проследить всю цепь изменений, предшествовавших явлениям современности. Но это еще придет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перед нами прошла в сжатом, очень кратком изложении история земной растительности. Мы видели, что сначала появились и стали развиваться простейшие обитатели водоемов, включая и море. Затем в течение долгого периода жизнь особенно пышно развивалась в море, тогда как суша оставалась сравнительно пустынной. Это был первый период мироздания, поскольку дело касается растений, это был период бактерий и водорослей.

Затем жизнь стала возможной и на суше. На каменной поверхности материков появились не только пленки водорослей, но и подушки растений, близких к современным мхам. Они не оставили после себя следов, и мы еще не имеем растительных остатков этого периода. Кембрийские слои, поскольку дело касается пресноводных отложений, по-прежнему немы для нас. Мы только догадываемся об этом втором периоде, когда, сохранив бактерий, жгутиковые организмы и водоросли, Земля обогатилась еще и мхами. Но все же мы предполагаем, что наступил и этот второй период мохообразных растений.

Верхние, т. е. самые молодые из силурийских отложений, дали нам доказательство, что развитие жизни на суше привело к образованию сплошного растительного ковра, низкого, но плотного, вырабатывавшего такую массу органических веществ, что это повело не только к развитию более пышной животной жизни, но и к образованию почв.

Эти растения, более совершенные, чем мхи, по еще менее сложные, чем плауны, дали третий период, или период мохообразных псилофитов.

Девонские осадочные слои дают к концу периода остатки древесной флоры папоротникообразных и хвойных — кордаитов. Растительность эта развилась много пышнее в следующий за девонским каменноугольный период. Как мы видели ранее, предполагают, что массовое развитие этой каменноугольной флоры, создав крупные запасы пищевых веществ, мощные слои почвы и нормальный процентный состав газов воздуха, было поворотной точкой в истории всего живого населения Земли. После этого развитие как растительного, так и животного мира пошло несравненно быстрее, и разнообразие земного населения чрезвычайно увеличилось. Так наступил четвертый период, или период папортникообразных.

Затем изменение климата, возникновение больших материковых массивов и крупных горных хребтов настолько изменили условия жизни растений суши, что победу в борьбе за существование могли одержать только растения с жесткими вечнозелеными листьями, хорошо выносящими и палящее солнце, и суховеи. Такими растениями являются голосеменные растения. И действительно, в осадочных пластах триаса и юры мы находим ясные доказательства тому, что наступил пятый период голосеменных растений.

К этому периоду относится пышное развитие таких растений, как саговники, араукарии, гинкговые деревья, тиссовые, родственники наших елей и сосен, и, наконец, родственники кипарисов и можжевельников.

В последующую эпоху, когда в морях отлагались толщи пишущего мела, на суше, наряду с развитием мира птиц, млекопитающих и насекомых, появились и начали множиться и в количестве п в разнообразии форм цветковые растения, деревья, кустарники и травы. Благодаря своей листве, быстрому росту и способности быстро распространяться, они понемногу захватили большую часть суши, оставив голосеменным и папоротникообразным сравнительно ничтожное место. Только в морях продолжали господствовать водоросли.

Таким образом, уже с меловой эпохи начинается господство цветковых растений, образующих шестой период, или период цветковых растений.

Период этот достиг своего расцвета в третичное время. Затем наступление более холодного ледникового периода уничтожило на севере большую часть живших там крупных растений, а когда за ледниковым временем последовало более теплое послеледниковое время, север снова заселился растениями, переселившимися с гор, расположенных южнее.

Так появились на земле предки растений, так постепенно выработалась п создалась вся цепь растительных организмов, благодаря тем последовательным изменениям на поверхности Земли, которые влияли на организм растений, вызывая в нем необходимость таких усложнений и усовершенствований, без которых растения погибли бы вовсе или ограничились бы одними лишь водорослями.

Наконец, в близком будущем мы предвидим решительное господство культурных растений, созданных уже не слепыми силами природы, а работою человека. Наступает седьмой период, период господства культурных растений. Волнующиеся поля пшеницы и других хлебных растений, стройные ряды хлопчатника, подсолнечника и пр., пышная зелень фруктовых садов, овощные культуры, наконец, культуры декоративных растений (парковые деревья и кустарники, цветочные культуры) — все это сменит непроходимые чащи первобытных лесов, обманчивую зелень болот и прочие исторически создавшиеся формы растительного покрова Земли. Заповедники сохранят резерв дикой растительности, из которого еще долгое время культиваторы будут черпать свежий материал для пополнения введенных в культуру растений, и только крутые гребни гор сохранят местами древние типы растительности, в поучение нашим потомкам. Несомненно, что организация земледелия на научных основах и связанная с этим полная победа человека над природой обещают человечеству возможность развить большое и прочное благосостояние.

Примечания

1

Углеводами называются в химии вещества, состоящие из углерода, водорода и кислорода, причем водород и кислород находятся здесь в том же количественном отношении один к другому, как и в воде. Сюда относятся: сахар, крахмал, клетчатка и другие подобные им по своему химическому составу соединения углерода, водорода и кислорода.

2

Воздух не химическое соединение, а смесь газов; анализы его, производившиеся в различных местностях, дают сходные результаты. Объемный анализ воздуха дает 20.95 % кислорода, 78,08 % азота и 0,93 % аргона. Воздух содержит еще от 0,03 до 0,04 углекислоты и менее 0,01 % инертных газов гелия, неона, криптона и ксенона, взятых вместе. Весовой анализ дает 23,1 % кислорода, 75,6 % азота и 1,29 % аргона. Сверх того воздух содержит значительное количество паров воды.

3

Впервые этот факт обратил на себя внимание М. В. Ломоносова. Однако Ломоносов не успел экспериментально подтвердить справедливость своих предположений. — Прим. ред.

4

Дальнейшую разработку этот вопрос, особенно с энергетической стороны, получил уже во второй половине XIX в. в работах К. А. Тимирязева.

К. А. Тимирязев показал, что процесс построения органического вещества из неорганических протекает в зеленом хлорофилловом зерне. Хлорофилл поглощает солнечные лучи, энергия которых и производит работу по расщеплению углекислоты и соединению углерода с. водой. При этом обнаружилось исключительное значение красных лучей солнечного спектра, наиболее активно поглощающихся хлорофиллом и вместе с тем наиболее богатых энергией.

К. А. Тимирязев показал также исключительную роль зеленого растения в жизни природы, подчеркнув, что оно является единственным аппаратом, непосредственно использующим и накапливающим солнечную энергию на Земле. Он говорил о космической роли растений, так как только с появлением зеленого растения в земной атмосфере возник свободный кислород, присутствие которого направило все дальнейшее развитие лика Земли и биосферы по определенному пути. — Прим. ред.

5

Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., Госполитиздат, 1952, стр. 191.

6

И. Вальтер. История Земли и жизни. 1911, стр. 45.

7

В 1944 г. акад. О. Ю. Шмидт предложил метеоритную теорию происхождения Земли, по которой Земля, как и другие планеты солнечной системы, образовалась из межзвездного вещества путем захвата его при прохождении Солнцем центральной плоскости Галактики. По этой теории, совершенно необязательно признавать начальное расплавленное состояние Земли. Вулканические извержения могут быть вполне объяснены неравномерным распределением радиоактивных веществ, вызывающих местные разогревания Земли. — Прим. ред.

8

Карбонаты — соли угольной кислоты, напр., углекислый кальций, образующий известняки; сульфиды — соли серной кислоты, напр., сернокислый кальций, или гипс; хлориды — соли хлористоводородной кислоты, напр., хлористый натрий, или поваренная соль.

9

Так, по предположению астрономов, планета Венера окружена плотным слоем облаков, причем в спектре этой планеты есть линии, указывающие на присутствие паров воды.

10

Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., Госполитиздат, 1952.

11

Там же, стр. 13.

12

Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., Госполитиздат, 1952, стр. 243.

13

Согласно электромагнитной теории света, солнечный свет состоит из электрических и магнитных волн различной длины. Самые длинные волны невидимы, таковы темные тепловые лучи, с длиной волны от 0,0006 см; видимые лучи более короткие, красные, желтые, зеленые, синие и фиолетовые. При длине волны в 0,00001 см лучи снова становятся невидимыми; так как они идут непосредственно за фиолетовыми, то и называются ультрафиолетовыми. Лучи эти убивают микроорганизмы.

14

Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., Госполитиздат, 1952. стр. 244.

15

F. Redi. Esperienze intorno alia genera z. d. insetti. 1668.

16

Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., Госполитиздат, 1662, стр. 240.

17

Развиваемые здесь В. Л. Комаровым взгляды о первичности хемосинтезирующих бактерий не являются в настоящее время общепризнанными. — Прим. ред.

18

Понятие об организме тесно связано с представлением об органах, посредством которых осуществляется работа жизни. Изучение основных процессов жизни — питания, дыхания и роста — приводит нас, однако, к представлению об определенных химических реакциях, происходящих в живом веществе, протоплазме. Отсюда логическая возможность мыслить о живом веществе, не имеющем никаких органов, о протоплазме, живущей самостоятельно. Такое живое вещество, без другой организации, кроме молекулярной, способное питаться и дышать, но подобное по внешности белку сырого куриного яйца, должно было развиваться раньше, чем могли зародиться на Земле организмы с определенными внешними формами и какими-либо органами.

19

Ф. Энгельс. Анти-Дюринг. М., Госполитиздат, 1951, стр. 322.

20

Безводная углекислота, или угольная кислота (вернее ангидрид угольной кислоты), содержит 72,71 % кислорода и 27,28 % углерода и представляет собою конечный окисел углерода; такого соединения углерода, которое содержало бы больше кислорода, чем его имеется в углекислоте, не существует.

21

I. Kant. Sammtliche Schriften. 1754.

22

A. Kerner. Die Abhangigkeit der Pflanzengestalt von Klima und Boden. Innsbruck, 1869.

23

В. И. Вернадский. Геохимия, 1927, стр. 217.

24

Ф. Энгельс. Диалектика природы. Госполитиздат, 1952, стр. 156.

25

Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., Госполитиздат, 1962, стр. 248.

26

И. Вальтер. История земли, 1911, стр. 142.

27

Тh. Arldt. Die Entwicklung der Kontinente und ihier Lebewelt. Leipzig, 1907, 553.

28

По новейшим данным, общий возраст земного вещества составляет около 5 млрд. лет, земной коры — около 3,5 млрд. лет. Продолжительность отдельных геологических эр установлена следующая: протерозой — 700 млн. лет, палеозой — 326 млн. лет, мезозой — 115 млн. лет, кайнозой — 70 млн. лет. — Прим. ред.

29

См. А. Борисяк. Курс исторической геологии. 1931, стр. 49.

30

По современным данным, продолжительность палеозойской эры — около 325 млн. лет. — Прим. ред.

31

Th. Arldt. Die Entwicklung der Kontinente, 1907, 565.

32

«Оболовым» он назван потому, что песчаник этот переполнен округлыми, темными раковинками моллюсками Obolus.

33

И. Вальтер. История Земли и жизни. 1911, стр. 1252.

34

М. Д. 3алесский. Естественная история одного угля. 1915, стр. 4,

35

Е. Kon. On genera Tingia and Tingiostachys from the lower Permian and the Permo-triassic beds in North Korea. Jap. Journ. ueol. Geogr., 1929, 6, 113–147.

36

По современным данным, продолжительность мезозойской эры около 115 млн. лет. — Прим. ред.

37

И. Вальтер. История Земли и жизни. 1911, стр. 285.

38

А. А. Борисяк. Курс исторической геологии. 1931, стр. 238.

39

A. Krysbtofovich. On the Cretaceous Flora of Russian Sakhalin. Tokyo, 1918.

40

Наиболее ранними находками остатков покрытосеменных растений в настоящее время являются пыльцевые зерна, найденные в юрских отложениях Шотландии. Они напоминают пыльцевые зерна магнолий и лотоса (Nelumbium). Кроме того, для юрских отложений известны остатки древесин простейших бессосудистых цветковых растений (из рода Homoxylon), найденные в Индии и у нас — в Тянь-Шане и на восточном Урале (Ярмоленко). — Прим. ред.

41

А. А. Борисяк. Курс исторической геологии. 1931, стр. 296.

42

И. Вальтер. История Земли и жизни. 1911, стр. 352.

43

А. Hollick. The Upper Cretaceous Floras of Alaska. U. S. Geol. Survey, 1930, 159. 1161.

44

Е. W. Berry. Revision of the Lower Eocene Wilcox Flora of the boutn-bastern States with descriptions of new species chiefly from Tennessee and Kentucy. U. S. Geol. Surv. Prof. Pap. 1930 156.

45

О. М. Ball. 1931.

46

J. Wallhera, J. Wеigеlt. Die eozane Lebewelt in der Braunkohle des Geiseltales, Halle, 1931.

47

Сh. В. Read. 1930.

48

Berry. Panamer. Geologist, 1927, 42.

49

А. Н. Криштофович. Изв. Ботан. сада, т. XXIX, 1930, 391.

50

В. С. Доктуровский. Болота и торфяники. М., 1922.

51

W. Silberdorf. Pollen analytische und successionsbiologische Untersuchungen. 1931.

52

P. B. Scars. Pollen analysis of mud lake Bog in Ohio. Ecology, 1931.

53

Труды Торфяного института в Москве, 1931.

54

K. Rudolph. Nacheiszeitliche Waldgeschichte Mitteleuropas. Beih. Bot.;Centr. 1930, 11 Abt, 47, 111, 176.

55

В схему внесены уточнения и поправки на основе новейших данных. — Прим. ред.

56

В настоящее время перед силурийским периодом выделяют ордовикский продолжительностью около 85 млн. лет. — Прим. ред.

57

Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., Госполитизиат. 1952, стр. 146.

58

А. А. Рихтер. Записки Сарат. гос. унив., IV, 1925, вып. 1.

59

См. Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., Госполитиздат, 1952, стр. 166.

60

М. Нinner. Handbuch der Palaobotanik, 1. 1927.

61

Gruss. Palaobiologica, 1928.

62

J. Рia. Palaontologisches Zeitschrift, 1931.

63

J. Pia. Palaontologisches Zeitschrift, 19S1.

64

Gruss. Palaobiologica, 1928.

65

О. М. Bell. 1931.

66

Т. М. Harris. The fossil flora of Scoresby Sund Fast Greenland, Medd. om Creenl., 1031, 85.

67

D. H. Campbell. The origin of land plants. Science, 1930, 72, 177.

68

К. И. Мейер. Происхождение наземной растительности, изд. 2. М, 1929.

69

У многих растений эндосперм составляет главную по объему часть семени, например, у пшеницы. У других растений, как у гороха, эндосперм не развивается, и место его в семени занимают семядоли с их запасом питательных веществ.

70

А. Еngler. Versuch einer Entwicklungsgeschichte der extratropischen Florengebiete der Nordlichen Hemisphare, I, 1879; II, 1882.

71

A. Engler. Die Naturliche Pflanzenfamilien, Band 14a. Angiospermae. 1926, 140.

72

F. W. Oliver and D. H. Scott. On the structure of the palaeozoic seeds Lagenostoma Lomaxi. Phil. Trans. Roy. Soc., vol. 197, B. 193, 1904.

73

E. Dix. Seeds associated with Linopteris Munsteri Eichn. Annals of Botany, vol. 42, 1019–1023, 1928.

Content

Владимир Леонтьевич Комаров
Происхождение растений

ПРЕДИСЛОВИЕ

Глава I МЕСТО ЗЕЛЕНЫХ РАСТЕНИЙ В КОСМОСЕ И ЗНАЧЕНИЕ ИХ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА

Глава II ЗЕМЛЯ ДО ВОЗНИКНОВЕНИЯ НА НЕЙ РАСТЕНИЙ

Глава III КАК ЗАРОДИЛАСЬ ЖИЗНЬ НА ЗЕМЛЕ

Глава IV КРУГОВОРОТ ЖИЗНИ И КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВА В ПРИРОДЕ

1. УГЛЕРОД

2. КИСЛОРОД

3. ВОДОРОД

4. АЗОТ

5. ЗОЛЬНЫЕ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ

Глава V ПОНЯТИЕ ОБ ЭВОЛЮЦИИ. ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКАЯ ЛЕТОПИСЬ

Глава VI АРХЕЙСКАЯ ГРУППА СЛОЕВ

Глава VII ПАЛЕОГЕОГРАФИЯ И УСЛОВИЯ ЖИЗНИ ПРОШЛЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПЕРИОДОВ

Глава VIII ПАЛЕОЗОЙСКАЯ ГРУППА СЛОЕВ

1. КЕМБРИЙСКАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

2. СИЛУРИЙСКАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

3. ДЕВОНСКАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

4. КАМЕННОУГОЛЬНАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

5. ПЕРМСКАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

Глава IX МЕЗОЗОЙСКАЯ ГРУППА СИСТЕМ ОСАДОЧНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

1. ТРИАСОВАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

2. ЮРСКАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

3. МЕЛОВАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

Глава X КАЙНОЗОЙСКАЯ ГРУППА СЛОЕВ

1. ТРЕТИЧНАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ

2. ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СИСТЕМА СЛОЕВ И ЛЕДНИКОВЫЙ ПЕРИОД

Геологические периоды и развитие растительного и животного мира

Глава XI КАК ПРОИЗОШЛИ ОТДЕЛЬНЫЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ БАКТЕРИЙ

2. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВОДОРОСЛЕЙ

3. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГРИБОВ

4. ВЫХОД РАСТЕНИЙ НА СУШУ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ НАЗЕМНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

5. ПРОИСХОЖДЕНИЕ МХОВ

6. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПАПОРОТНИКООБРАЗНЫХ РАСТЕНИИ

7. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ШИШКОНОСНЫХ И ДРУГИХ ГОЛОСЕМЕННЫХ РАСТЕНИЙ

8. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ

9. ПРОИСХОЖДЕНИЕ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ

Глава XII КАК ПРОИЗОШЛИ ГЛАВНЕЙШИЕ ОРГАНЫ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

1. КАК ПРОИЗОШЕЛ КОРЕНЬ

2. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЛИСТА

3. ПРОИСХОЖДЕНИЕ СТЕБЛЯ

4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖЕНСКОГО ГАМЕТОФИТА ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ

5. ПРОИСХОЖДЕНИЕ МУЖСКОГО ГАМЕТОФИТА ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ

6. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЦВЕТКА

7. ПРОИСХОЖДЕНИЕ СЕМЯН

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Примечания