Выйдите во двор и посмотрите под ноги. Зелёный ковёр, по которому вы ходите каждый день, — что это? Большинство скажет: трава. Некоторые добавят: газон. Единицы вспомнят слово «мятлик». Почти никто не назовёт конкретный вид.
Между тем под ногами — не просто растение. Это одна из самых успешных форм жизни на планете. Группа организмов, которая пережила падение астероида, уничтожившего динозавров, шестьдесят миллионов лет ждала своего часа, а потом за несколько миллионов лет захватила треть суши. Группа, которая изменила зубы лошадей, ноги антилоп и, возможно, повлияла на эволюцию наших предков.
Слово, которого нет
В ботанике не существует термина «трава». Это не таксономическая категория, не семейство, не род. «Трава» — бытовое слово, означающее примерно «невысокое зелёное растение с мягким стеблем». Под это описание попадают тысячи видов из десятков семейств, не имеющих между собой близкого родства.
То, что мы называем газонной травой, обычно относится к семейству мятликовых — Poaceae. Это злаки: родственники пшеницы, риса, кукурузы, бамбука. Рядом с ними часто растёт клевер из семейства бобовых. Спорыш из семейства гречишных. На влажных участках — осоки из семейства осоковых, которые легко спутать со злаками, но отличаются трёхгранными стеблями.
Каждое из этих семейств имеет собственную эволюционную историю длиной в десятки миллионов лет. Мы объединяем их одним словом только потому, что все они низкие и зелёные.
Динозавры, которые ели траву
До 2005 года считалось, что злаки появились после вымирания динозавров. Учебники утверждали: травы — продукт кайнозоя, новой эры, начавшейся 66 миллионов лет назад. Динозавры бродили по планете папоротников и хвойных лесов, травы они не знали.
Потом палеонтологи изучили копролиты — окаменевший помёт — титанозавров из Индии. И нашли в нём фитолиты: микроскопические частицы кремнезёма, которые злаки откладывают в своих тканях. Форма фитолитов специфична для разных групп растений, как отпечатки пальцев. Анализ показал: в помёте присутствовали остатки минимум пяти разных видов злаков. Среди них — предки современного риса и бамбука.
Травы не просто существовали в меловом периоде. Они уже были разнообразны. Гигантские динозавры их ели. Это отодвинуло происхождение злаков как минимум на 70–100 миллионов лет назад.
Но если травы существовали так давно, почему они не доминировали? Почему мир динозавров был миром папоротников и голосеменных, а не саванн и степей?
Шестьдесят миллионов лет ожидания
Злаки появились в мире, где господствовали леса. Высокие деревья перехватывали солнечный свет. Низкорослым растениям доставались крохи — в прогалинах, на опушках, по берегам рек. Травы выживали, но не процветали.
Так продолжалось десятки миллионов лет. Астероид уничтожил динозавров — злаки пережили катастрофу. Климат менялся, континенты расходились — злаки адаптировались. Но доминировать они не могли. Им мешали деревья.
Всё изменилось в позднем миоцене, 8–4 миллиона лет назад. За этот геологически короткий период злаки захватили огромные пространства, создав саванны Африки, прерии Северной Америки, степи Евразии, пампасы Южной Америки. Травяные экосистемы, которые сегодня покрывают около 40% суши, появились практически одновременно на разных континентах.
Что произошло?
Когда воздух стал бедным
Ответ связан с углекислым газом. Точнее — с его нехваткой.
На протяжении большей части истории Земли концентрация CO₂ в атмосфере была намного выше, чем сегодня. Растения, использующие стандартный C3-фотосинтез, чувствовали себя прекрасно. Но в олигоцене, около 30 миллионов лет назад, уровень углекислого газа резко упал.
При низком CO₂ обычный фотосинтез становится неэффективным. Фермент рубиско, захватывающий углекислый газ, начинает ошибаться и хватать кислород вместо CO₂. Это фотодыхание — процесс, при котором растение тратит энергию впустую.
Некоторые злаки нашли обходной путь. Они развили C4-фотосинтез — биохимический механизм, концентрирующий углекислый газ вокруг рубиско. При низком атмосферном CO₂, в жарких и сухих условиях C4-растения получают колоссальное преимущество над C3-конкурентами.
Но само по себе появление C4-фотосинтеза не объясняет экспансию. Травы с этим механизмом существовали миллионы лет до того, как степи начали вытеснять леса. Чего-то не хватало.
Современные исследования указывают на два фактора: сезонность и огонь.
Союз с огнём
Когда климат стал более сезонным — с чётким чередованием влажных и сухих периодов — леса оказались уязвимы. Засуха убивала деревья. На их месте росла трава. А трава, высыхая в сухой сезон, становилась топливом.
Молния поджигала степь. Огонь уничтожал молодые деревья, пытавшиеся вернуться. Но злаки, в отличие от деревьев, переживали пожар: их точки роста спрятаны под землёй или у самой поверхности. После огня трава отрастала за недели. Деревьям нужны годы.
Возник самоподдерживающийся цикл: больше травы — больше топлива — больше пожаров — меньше деревьев — больше травы. C4-злаки, более продуктивные в жарких условиях, давали больше биомассы, а значит — больше топлива. Огонь стал союзником травы против леса.
За несколько миллионов лет эта система преобразила планету. Саванны и степи расширялись. А вместе с ними менялась фауна.
Стеклянная броня и новые зубы
У злаков есть особенность, которая отличает их от большинства других растений. Они накапливают кремнезём — до 2–6% сухой массы листьев, в десять-двадцать раз больше, чем двудольные растения. Кремнезём откладывается в клетках в виде фитолитов — тех самых структур, которые нашли в помёте динозавров.
Долгое время считалось, что фитолиты — оружие против травоядных. Частицы кремнезёма жёсткие, как стекло. Они должны стирать зубы млекопитающих. Классическая теория гласила: распространение злаков создало эволюционное давление, в ответ на которое лошади, коровы и антилопы развили высококоронковые зубы — гипсодонтные, — способные выдержать абразивный износ.
Красивая история. Но в 2007 году её поставили под сомнение.
Исследование показало: фитолиты злаков мягче зубной эмали. По шкале Виккерса твёрдость фитолитов составляет 51–211 единиц, тогда как эмаль — 257–397. Фитолиты не могут стачивать зубы. Если лошадиные зубы и стираются, то скорее из-за пыли и песка, которые прилипают к траве у земли, чем из-за кремнезёма в самих листьях.
Зачем тогда злакам кремнезём?
Новейшие исследования указывают на другой механизм. Фитолиты не стачивают зубы — они защищают клетки от разрушения при жевании. Кремнезёмные частицы не дают челюстям раздавить ткань листа, снижая усвояемость. Кроме того, фитолиты эффективно стачивают мандибулы насекомых, у которых ротовой аппарат менее прочный, чем зубы млекопитающих.
Стеклянная броня работает — просто не совсем так, как думали раньше.
Саванна и человек
Экспансия злаковых экосистем совпала по времени с ключевыми событиями в эволюции приматов. Саванны Восточной Африки, возникшие 4–8 миллионов лет назад, стали ареной, на которой разворачивалась ранняя история гоминид.
Многие антропологи связывают переход к прямохождению с жизнью в открытых травянистых ландшафтах. В саванне выгодно стоять на двух ногах: видно дальше, руки свободны. Изменение диеты — включение большего количества мяса, клубней, семян злаков — тоже связывают с саванной.
Это не значит, что трава «создала» человека. Эволюция сложнее. Но без злаковых экосистем история наших предков была бы другой.
Знакомая незнакомка
Злаки сегодня — одно из трёх крупнейших семейств цветковых растений. Более 11 000 видов. Пшеница, рис, кукуруза, сахарный тростник — четыре из пяти главных сельскохозяйственных культур мира. Бамбук, из которого строят дома. Газонная трава, на которую американцы тратят 40 миллиардов долларов в год. C4-злаки фиксируют около 20% всего углерода на планете.
И всё это — из группы растений, которые 60 миллионов лет прозябали в тени деревьев.
Выйдите во двор и посмотрите под ноги. Зелёный ковёр, который вы видите каждый день, — результат эволюционной драмы длиной в сотню миллионов лет. Драмы с астероидами и пожарами, с падением CO₂ и вымиранием динозавров, с гонкой вооружений между растениями и травоядными.
Там растёт, скорее всего, мятлик. Poa pratensis, если луговой. Или Poa annua, если однолетний. Или Festuca, или Lolium, или один из сотен других видов.
Теперь вы знаете, как они называются. И какую историю прячут в своих стеклянных клетках.
📌 Друзья, помогите нам собрать средства на работу в декабре. Мы не размещаем рекламу в своих статьях и существуем только благодаря вашей поддержке. Каждый донат — это новая статья о замечательных растениях с каждого уголка планеты!