Корни первых наземных растений росли вверх

Исследователи из Китая провели раскопки в юго-восточной части своей страны и обнаружили там следы корней плауновидных растений до 15 метров в длину. Учёные полагают, что такой рекордной длины они могли достигнуть лишь если росли вверх, а не вниз. Именно их необычная ориентация позволила первым наземным растениям радикально изменить структуру палеопочв и подготовить появление настоящих почв, резко изменивших все наземные ландшафты планеты. Соответствующая статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ещё 450 миллионов лет назад суша была свободна от животных и растений. Животным для существования нужна была кормовая база в виде растений, а те не могли жить на твёрдой земле, где было мало воды и отсутствовали нормальные почвы. Твёрдые участки планеты были покрыты обломочными породами, лишенными гумуса и способности надолго удерживать воду после дождей. Речные и дождевые потоки в таких условиях затрагивали лишь поверхностные слои и не обеспечивали полноценную водную эрозию поверхности. Из-за этого они уносили в океан меньше растворенных минералов, что ограничивало биопродуктивность и морских экосистем.
Выход первых сосудистых растений на сушу (420-410 миллионов лет назад) резко изменил ситуацию. По сути вся планета прошла через терраформирование. Корни и накопление растительных останков сделали протопочвы богаче азотом и более пригодными для удержания воды. Растения способствовали эффективному разрушению скальных пород, ускорению водной эрозии и смыву большего количества минералов с континентов в моря. Наконец, ими стали питаться прибрежные, а затем и наземные виды животных.

Всё это резко изменило земную жизнь, но детали этой масштабнейшей колонизации суши пока неясны. Одним из самых сложных вопросов является то, как первые примитивные сосудистые растения могли существенно изменить структуру почв – ведь их корни были неглубоки. На большую глубину расти в обломочных породах непросто, да и питательных веществ на глубине тогда не было. То есть без глубоких корней появление протопочв и колонизация суши были малореальны. Но и глубокие корни без нормальных почв у растений появиться не могут. Ситуация в то время напоминал что-то вроде порочного замкнутого круга.
Новые находки на юго-востоке Китая помогли решить этот парадокс. На осадочных породах древностью 410 миллионов лет ученые обнаружили следы корней большой длины – до 15 метров. Принадлежали они примитивному плауновидному растению рода Drepanophycus (давно вымершему). Палеоботаникам до некоторой степени известно строение этих растений. Хотя точное строение корневой системы у них неясно, но длина её никогда не превосходила считанных сантиметров, при том, что сами они имели до метра в высоту. Почему же именно в этом районе сантиметры превратились в метры и зачем вообще глубокие корни в эпоху до появления настоящих почв?
Исследователи отмечают, что судя по геологическим следам масштабных наводнений, этот район систематически затоплялся, был типичной речной поймой. Вода приносила с собой взвесь из осадочных пород и с каждым разливом покрывала ими местную почву. По мере наноса нового грунта далекие от поверхности части корней отмирали. Корни Drepanophycus были вынуждены расти вверх, иначе они лишились бы возможности получать соединения азота и воду из приповерхностных слоев. Наводнение за наводнением, корни росли вверх. При этом далёкие от почвы части отмирали, когда вода отходила, и постепенно заносились грунтом, в котором очень медленно разлагались. А ближе к стволу растения корни вновь отрастали. Омертвевшие фрагменты в грунте постоянно удлинялись, достигая общей длины до 15 метров. При этом в каждый конкретный момент времени длина живой части, близкой к стволу, не превосходила нескольких сантиметров.
Все эти процессы резко изменили почву в данном районе. Уходившие все ниже омертвевшие фрагменты корней разлагались и снабжали нижние слои грунта органикой, а также позволяли воде глубже проникать вниз, что ускоряло эрозию, и добавило почвенным водам растворенных минералов. В то же время обширная сеть корней механически связывала между собой частицы обломочных пород и делали протопочву чуть более стабильной перед ветровой эрозией. Вместе эти фаткоры способствовали формированию новых почв, более благоприятных для роста растений.