Саговники напоминают пальмы, но в действительности гораздо ближе хвойным вроде ели. Первые из них возникли раньше динозавров, пережили два великих вымирания и до сих пор местами растут на Земле.
Новое исследование опубликованное в Nature Ecology and Evolution посвящено тому, как и когда эти древние растения вступили в симбиоз с бактериями-фиксаторами азота и как те помогли саговникам выжить.
Саговниковидные (или просто саговники) относятся к числу так называемых живых ископаемых. Эти растения возникли очень давно, пережили не одно вымирание, но не исчезли полностью и сохранили свой древний облик.
Саговники иногда также называют саговыми пальмами — они действительно напоминают эти цветковые растения своим довольно высоким стволом, который обычно не ветвится и увенчан пучком крупных листьев. Однако в действительности саговники относят к голосеменным растениям, которые не цветут и не образуют настоящих плодов. Современные голосеменные — это прежде всего хвойные вроде ели или сосны, хотя прежде на Земле обитало множество причудливых групп. Сейчас от них остались лишь редкие диковинки — вроде гингко или саговников.
Самые древние саговниковидные появились еще в палеозойскую эру — в начале пермского периода 480 миллионов лет назад, или даже раньше, в каменноугольном периоде. Затем произошло самое грандиозное вымирание в истории Земли — пермское. Но саговники не только не вымерли в наступившей мезозойской эре, но оказались намного многочисленнее и распространились по всему земному шару.
Они стали свидетелями появления, расцвета и гибели всех динозавров (за исключением птиц). Погубившее «ужасных ящеров» вымирание на границе мезозоя и кайнозоя саговники тоже как-то сумели пережить, хотя и стали встречаться гораздо реже.
Ныне живущие саговниковидные — это всего-то один порядок и два семейства. Как и для некоторых других растений, для них характерен симбиоз с бактериями-азотфиксаторами, прежде всего цианобактериями, которые живут в особых коралловидных корнях саговников. Микробы захватывают и расщепляют молекулярный азот и включают его в состав органики. Авторы новой работы решили узнать, когда и как саговники обзавелись полезным союзом.
Для этого они изучили 178 окаменевших остатков таких растений со всего света — от Антарктиды до Гренландии и от острова Тасмания до Австрии. Время жизни саговников варьирует от самого начала мезозоя (триаса) до середины кайнозоя (эоцена).
Палеонтологи установили изотопный состав окаменевших листьев — прежде всего соотношение в них азота-15 и азота-14. Так они узнали, откуда саговники получали этот элемент при жизни. Если из почвы в виде минеральных соединений, число будет меньше, если с помощью симбиотических бактерий, фиксирующих газообразный азот атмосферы, — больше. Отдельно изучали изотопы азота в других растениях, которые росли по соседству с древними саговниками.
Оказалось, что в союз с бактериями саговники вступили много позже своего появления. Это произошло по меньшей мере два независимых раза, в том числе у семейства замиевые (Zamiaceae). Именно такие растения смогли пережить великое вымирание, которое убило динозавров, тогда как большинство не способных к симбиозу саговников погибли.
Авторы делают вывод, что тогда недавнее эволюционное приобретение в виде симбиоза с бактериями спасло саговники от полного вымирания. Они также приобрели экологическую специализацию — стали расти главным образом на почвах, которые бедны азотом, тогда как раньше встречались повсеместно в самых разных экосистемах.
Автор: Михаил Орлов