Наша зеленая планета

Теплолюбивые и засухоустойчивые растения на южном горном склоне, сложенном ракушечником (Тюрингия)

Давно известно, что свет, доходящий до нас от некоторых планет нашей Солнечной системы, имеет разную окраску. Венера излучает своеобразный белый свет, а Марс, напротив, заметен благодаря своей красноватой окраске. Но лишь совсем недавно мы узнали, какого цвета наша собственная планета - Земля, если на нее смотреть из космоса; оказывается, она голубоватая. Такая окраска объясняется особенностями атмосферы, окружающей Землю.

Но Землю можно было бы назвать "голубой планетой" и по иной причине. Космические исследования позволили собрать разнообразные сведения и о других планетах Солнечной системы. Как было установлено, ни на одной из них нет свободной воды. Правда, в отношении Марса этот вопрос, возможно, решен не окончательно, но все же бесспорно, что по крайней мере в том количестве, о котором стоило бы упоминать, воды на этом небесном теле нет. Таким образом, лишь на Земле есть моря, реки и озера. Воспользовавшись любым справочником, можно узнать, что из примерно 510 млн. км², составляющих поверхность Земли, на долю морей приходится не менее 359 млн. км²; еще 2-3 млн. км² составляет общая поверхность пресных вод. Следовательно, в целом около 71% всей поверхности Земли покрыто водой. Но поскольку голубой цвет - это одновременно и цвет воды, то и с этой точки зрения Землю можно назвать "голубой планетой".

Что же дает нам право говорить о Земле как "о зеленой планете"?

Насколько известно, Земля - вне всякого сомнения, единственное небесное тело Солнечной системы, на котором развилась жизнь. Эта жизнь неразрывно связана с фотосинтезом зеленых растений. А это значит, что такие растения могут с помощью зеленого пигмента - хлорофилла - воспринимать световую энергию Солнца, поглощать ее и превращать в химическую энергию. Этот сложный биохимический процесс, в результате которого создается органическое вещество, продолжает играть важнейшую роль в обеспечении жизни на Земле. Правда, хлоропласты зеленых водорослей и высших растений в числе ассимилирующих пигментов содержат не только хлорофилл, но целый ряд других пигментов, и имеются группы водорослей (в частности, сине-зеленые, бурые и красные), у которых иные пигменты количественно преобладают. Но если рассматривать растительный мир в целом, хлорофилл имеет неизмеримо большее значение.

Почти все другие организмы (не считая немногих хемосинтезирующих), у которых нет ассимилирующих пигментов и которые поэтому не способны осуществлять фотосинтез, прямо или опосредованно зависят от веществ, вырабатываемых зелеными растениями. В этом отношении и человек не представляет собой исключения.

Даже воздух, которым мы дышим и который считаем чем-то само собой разумеющимся, тоже создан зелеными растениями. Известно, что атмосфера Земли изначально имела иной состав, чем в настоящее время, и, главное, она не содержала кислорода. А кислород, без которого жизнь во всем ее нынешнем многообразии была бы невозможна, образуется при фотосинтезе как его "побочный продукт". Согласно современным представлениям, фотосинтез начал осуществляться, вероятно, уже свыше 3,4 млрд. лет назад, притом в море. Но еще очень долгое время кислород в атмосферу не поступал: его "круговорот" практически был как бы замкнут внутри моря, ибо кислород, возникавший в процессе фотосинтеза, по-видимому, сразу оказывался связанным сульфитом и двухвалентным железом. Примерно 2,3 млрд. лет назад двухвалентное железо моря подверглось окислению, и с тех пор свободный кислород мог выделяться в атмосферу^*. Но еще почти 1,5 млрд. лет растения и животные жили только в воде. Когда менее чем 500 млн. лет назад зеленые растения смогли завоевать сушу, в атмосфере, очевидно, уже было достаточно кислорода, чтобы не препятствовать этому "выходу растений на сушу". Не вызывает сомнения, что это послужило одной, если не единственной, существенной предпосылкой того, что заселение суши растениями вообще могло произойти.

^* (Согласно гипотезе советского ученого О. Г. Сорохтина, значительную (если не основную) часть имеющегося сейчас в атмосфере Земли свободного кислорода составляет кислород, поступивший и продолжающий поступать в атмосферу из земных недр. Это связано с процессами формирования ядра и мантии земного шара. - Здесь и далее прим. перев.)

О расселении растений на суше, о разнообразных изменениях растительного мира и его развития, которое совершалось на протяжении геологических периодов, мы расскажем ниже (см. стр. 58).

Ныне большая часть поверхности материков Земли одета сплошным зеленым растительным покровом. Исключение составляют ледяные пустыни внутренних территорий Антарктического континента, Гренландии и еще некоторых высокоширотных арктических областей, а также самые высокие районы горных массивов и сухие пустыни. Эти пространства либо представляют собой голые поверхности горных пород, либо там господствуют ледники, или глетчеры. Здесь границы распространения растительного покрова определяются двумя весьма различными факторами-холодом и сухостью. Но даже во многих из таких "пустынь" все-таки можно встретить растительные организмы. На полярных глетчерах и во льдах высокогорий встречаются - иногда довольно обильно - разные водоросли, образующие в совокупности приспособившуюся к таким экстремальным условиям "криофлору". Только мощные ледники внутренних районов Антарктиды и Гренландии свободны от растительных организмов. Во всех же остальных случаях растения обнаруживают поразительную способность приспосабливаться к самым разнообразным условиям внешней среды. Так, например, в северном полушарии свыше 110 видов цветковых растений живут севернее 80-й параллели. Довольно невзрачное растение ясколка альпийская (Cerastium alpinism) было найдено даже на острове Локвуд^* - "рекорд" распространения на север цветкового растения! Мхи, лишайники и некоторые водоросли заходят на север так же далеко, а немногие из них и того дальше.

^* (Локвуд - небольшой остров у северного берега Гренландии (83°24' с. ш. и 39°30' з.д.).)

Цветущая пустыня в Калифорнии. После редко выпадающих дождей однолетние растения покрывают почву метущим ковром

Сходные условия встречаются и в высокогорьях, где высотные границы обычно оказываются и границами температурными. И здесь на очень больших высотах хорошо растут даже цветковые растения. В высокогорьях, расположенных севернее и южнее экватора, на высоте 5000 м встречается немало цветковых растений. Правда, выше 6000 м до сих пор обнаружены лишь немногие из них, в частности три вида эдельвейса на Джомолунгме на высоте почти 6100 м и там же - мелкое подушкообразное растение песчанка моховидная (Arenaria musciformis) даже на высоте 6218 м. Некоторые лишайники и водоросли, по-видимому, могут развиваться на еще больших высотах.

То, что обычно представляют себе, говоря о пустынях,-это так называемые сухие пустыни. Но они вовсе не настолько непригодны для жизни растений, как нередко полагают (см. т. 2). Как известно, здесь вода оказывается фактором, препятствующим образованию постоянного и сомкнутого покрова. Однако и в таких пустынях растут отдельные растения, способные существовать благодаря тому, что их корневые системы проникают на очень большие глубины, или благодаря другим приспособлениям. К их числу принадлежит вельвичия удивительная, растущая в пустыне Намиб (см. фото на стр. 16). С другой стороны, сразу после дождя здесь развивается недолговечный, но поразительно пышный растительный покров, который на время превращает пустыню в цветущий сад (см. фото слева).

Даже если мы не примем во внимание районы с экстремальными условиями существования и будем иметь в виду лишь области с сомкнутым растительным покровом, занимающие подавляющую часть поверхности суши, то увидим, что занимаемое растениями пространство - фитосфера - окружает Землю удивительно тонким слоем.

Как известно, наиболее бурно растения развиваются в тропических лесах. Здесь растительный слой достигает в высоту 50 м, а отдельные деревья даже поднимаются над ним на 20-30 м. Еще большую высоту, 80-90 м, имеют леса из знаменитых мамонтовых деревьев, растущих на западе Северной Америки; отдельные их экземпляры достигают 100 м и более. Самое высокое из точно измеренных гигантских мамонтовых деревьев оказалось 115-метровым, а высота одного экземпляра, как утверждают, составляет 142 м! Но последнее указание оспаривается, так же как и то, что якобы самое высокое дерево вообще - экземпляр одного из видов эвкалипта (Eucalyptus amygdalina), растущего в Австралии: по некоторым сообщениям, высота его достигает 150-155 м. Однако при рассмотрении мощности растительного слоя эти крайние величины, сколь бы внушительными они ни казались, серьезного значения не имеют. Они лишь помогают составить представление о верхней границе жизненного пространства растений. В большинстве же других областей Земли мощность растительного слоя значительно меньше. Среднеевропейские леса редко бывают более 40 м в высоту, обычно кроны деревьев здесь поднимаются до 25-35 м. По мере удаления к северу, а также в высоко расположенных горных районах растительный покров становится все более низкорослым и в конце концов достигает в высоту нескольких дециметров и даже сантиметров.

Соотношения размеров в фитосфере (Кенигштуль - меловой обрыв на северо-восточном берегу острова Рюген)

Правда, мелкие, часто микроскопически мелкие растения, а также пыльцевые зерна, обеспечивающие опыление, и споры, предназначенные для расселения растений, воздушными течениями могут быть занесены на высоту в несколько тысяч метров. Однако это пространство нельзя считать фитосферой в собственном смысле слова, поскольку оно используется растениями не для жизни, а только для перемещения.

Лишь немногим больше толщина слоя морской воды, в котором обитают автотрофные фотосинтезирующие организмы, то есть растения, использующие свет в качестве источника энергии для создания из простых неорганических веществ тех сложных органических соединений, из которых они построены. Как прикрепленные к субстрату водоросли, так и взвешенные в воде планктонные формы даже в прозрачных водах, например в Средиземном море, существуют до глубины чуть более 100 м, ибо быстро убывающая с глубиной освещенность неизбежно ограничивает возможность фотосинтеза. Лишь в крайне редких случаях автотрофные растения могут встречаться на еще больших глубинах (до 200 м). Основная масса растительного планктона в Мировом океане живет в верхнем 50-метровом слое воды и часто бывает сосредоточена на самом верху, в слое, достигающем примерно 20 м. На глубинах свыше 200 м ассимилирующих растений нет. Правда, водоросли, имеющие ассимиляционные пигменты, иногда обнаруживаются даже на глубинах 5000-6000 м. Но в большинстве случаев это, вероятно, затонувшие экземпляры или формы, которые могут питаться и гетеротрофно - иными словами, они довольствуются органическими веществами, "опускающимися" из освещенных верхних слоев воды. Гетеротрофные организмы были обнаружены даже на самых больших океанских глубинах, например, живые бактерии - на глубине 10 400 м.

Если сравнить толщину слоя фитосферы с радиусом Земли, то станет особенно ясно, какой невероятно тонкой зеленой оболочкой одевает нашу планету растительный покров. На суше ее толщина от силы превышает 0,00001 часть земного радиуса; в районах же, где условия для развития растений неблагоприятные, она уменьшается до 0,00000001 - 0,00000002 частей! Поясним это нагляднее: на глобусе диаметром 2 м фитосфера, покрывающая сушу, имела бы толщину не больше 15 нм (0,015 мм); в поперечном сечении ее можно было бы рассмотреть лишь с помощью оптического микроскопа. А для обнаружения на таком глобусе толщины растительного покрова безлесных территорий понадобился бы электронный микроскоп.

Трудно точно сказать, сколько видов растений входит в состав фитосферы. Это объясняется многими причинами. Прежде всего, до сих пор некоторые регионы Земли исследованы крайне слабо, и в наших знаниях о многих растениях имеются пробелы. Поэтому не удивительно, что ежегодно описывается примерно по 2000 новых для науки видов. Кроме того, точному установлению общего числа видов мешает некоторая неопределенность и расхождения в толковании самого понятия "вид". В результате появляются противоречащие друг другу сведения о числе видов, входящих в состав некоторых групп растений, например грибов: среди последних одни исследователи насчитывают 35 000 видов, а другие 40 000-50 000 и даже более 100 000 видов. Поэтому достоверность приведенных ниже сведений о числе видов в каждой группе растений весьма относительна.

В целом же принято считать, что сейчас на Земле существует примерно 400 000 видов растений. Это число значительно уступает тому, которым характеризуется видовое разнообразие животного мира - ведь одних насекомых насчитывается, вероятно, около миллиона видов! В основных же группах растений содержится примерно следующее число видов.

Соотношение чисел видов основных групп растений в составе мировой флоры (слева). Соотношение чисел видов морских, пресноводных и наземных растений (справа)

Приблизительно 34 000-35 000 видов водорослей, за немногими исключениями, обитают в воде, причем живущие в морской воде составляют примерно 55-60%, а среди этих последних большую часть - вероятно, 11 000-14 000 видов - составляют диатомовые водоросли. Однако следует подчеркнуть, что приводимые сведения представляют собой весьма грубую оценку числа видов. Насколько нам известно, точных данных пока нет. Остальные группы растений представлены в первую очередь обитателями суши; число видов, относящихся к этим группам и живущих в пресных водах, очень невелико, а обитающих в соленой (морской) воде - вообще ничтожно мало. Так, среди покрытосеменных растений, число видов которых исключительно велико, лишь около 1000 видов живут в пресной воде и только 40 - в морской. Согласно приведенной таблице и помещенным ниже диаграммам, видовое многообразие современной фитосферы и особенно растительного покрова суши, бесспорно, определяется покрытосеменными растениями: мы живем в эпоху господства цветковых растений. Поэтому в последующих разделах книги речь главным образом будет идти о семенных растениях.