Długi marsz drzew

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Po raz pierwszy drzewa pojawiły się na Ziemi ok. 300 mln lat temu. Wraz z upływem czasu stały się życiodajnym azylem dla trudnej do określenia liczby gatunków zwierząt i owadów, dostarczając im pokarmu czy schronienia. Z opieki i dobrodziejstw drzew korzystali też nasi przodkowie. I choć opuściliśmy ich korony miliony lat temu, łącząca nas więź trwa do dziś. Produkują tlen, oczyszczają powietrze i stanowią surowiec w wielu gałęziach przemysłu. Tysiące lat temu nasi przodkowie szanowali i czcili będące przedmiotem kultu drzewa. Współcześnie sprawy przybrały nieco inny obrót – niepokojący masowy wyrąb negatywnie oddziałuje i na środowisko, i nas samych. Według statystyk liczba drzew od czasów, kiedy zaczęliśmy parać się rolnictwem (jakieś 12 tys. lat temu), zmalała o 46%. Historia tych roślin jest podobnie jak nasza nieoczywista i pełna zwrotów akcji, a ewolucja umożliwiła im ogólnoświatową ekspansję (znamy mniej więcej 60 tys. gatunków) i dała niespotykaną wśród wielu organizmów długowieczność.

Od mchu po las

Choć Ziemia powstała mniej więcej 4,5 mld lat temu, pierwsze rośliny pojawiły się w środowisku wodnym znacznie później, bo ok. 500 mln lat temu. Kluczowym wydarzeniem w ewolucji roślin stało się ich wyjście z wody na ląd, co nastąpiło w ordowiku przed 485– 444 mln lat. Pionierami tej wędrówki były głównie mchy oraz wątrobowce (współcześnie żyjącym przedstawicielem tej grupy jest np. porostnica), czyli organizmy o prostej budowie i bez rozbudowanego systemu korzeniowego. Rośliny z „prawdziwego zdarzenia” pojawiły się dopiero 420 mln lat temu. Z uwagi na wykształcenie tkanki umożliwiającej transport wody określa się je jako tzw. rośliny naczyniowe i klasyfikuje w ramach odrębnego kladu. W jego skład wchodzą paprotniki i rośliny nasienne znane ze zróżnicowania i bogactwa form. Niewielkie rośliny naczyniowe, by stać się majestatycznymi drzewami, musiały przejść długą, trwającą wiele milionów lat drogę, w czasie której wykształciły silne pnie, efektywny system transportu wody i substancji odżywczych oraz potężny system korzeniowy, zakotwiczający je bezpiecznie w glebie. Gra warta była świeczki – wyższe rośliny miały lepszy dostęp do życiodajnych promieni słonecznych umożliwiających im przetrwanie.

Mimo wszystko przez kolejne miliony lat rośliny nie wyrastały ponad 1 m, a drzewa nie istniały przez pierwsze 90% historii Ziemi. W okresie od późnego syluru do późnego dewonu (419–359 mln lat temu) powierzchnię planety porastały olbrzymie organizmy o wymiarach do 8 m wysokości i 1 m szerokości. Przez spore rozmiary, kolumnowy pokrój i krótkie rozgałęzienia przypominały nawet drzewa. Jednak przeprowadzone analizy materiału kopalnego wykazały, że w rzeczywistości były one gigantycznymi grzybami, które dziś świat nauki określa jako Prototaxites. Pierwsi przodkowie współczesnych drzew pojawili się dopiero 400 mln lat temu. Były to tzw. prapaprotniki (inaczej: paprotniki pierwotne), do których zalicza się paprocie drzewiaste, skrzypy i widłaki. Wciąż nie dysponowały one jednak idealnymi przystosowaniami do życia na lądzie – rozmnażały się przez zarodniki, a proces ten wymagał obecności wody, więc musiały rosnąć w jej pobliżu. Słabo rozwinięty system korzeniowy utrudniał też jej pobieranie z głębszych warstw gleby oraz nie zapewniał roślinie odpowiedniej stabilności.

Pierwsze lasy wyrosły, jeszcze zanim powierzchnię Ziemi zaczęły przemierzać dinozaury. Nie było też innych zwierząt, gadów, płazów czy ssaków. Pojawienie się drzew poskutkowało zmianami klimatycznymi i metamorfozą ekosystemu. Nowe środowisko stworzyło warunki do życia dla wielu gatunków zwierząt lądowych i owadów. To dzięki nim planeta bardzo upodobniła się do swojego obecnego stanu. Powstanie lasów doprowadziło do usunięcia dużych ilości dwutlenku węgla z atmosfery i obniżenia temperatury, nadając kierunek procesowi ewolucji. Od chwili ich pojawienia się nic nie było już takie jak dawniej. Kilkadziesiąt milionów lat wcześniej poziomy atmosferycznego CO₂ były 10–15 razy wyższe niż dzisiaj. Niektóre badania sugerują, że usunięcie tak dużej jego ilości przyczyniło się do trwałego wzrostu poziomu tlenu (300 mln lat temu jego poziom wynosił 35%, dziś jest to ok. 20%). Taka zmiana miała pomóc w ewolucji zamieszkujących prastare lasy gigantycznych owadów, których rozpiętość skrzydeł wynosiła nawet 70 cm.

Prastary las

Przełomem w badaniach nad ewolucją drzew okazało się przypadkowe odkrycie, dokonane w Stanach Zjednoczonych w pobliżu miasteczka Gilboa w stanie Nowy Jork blisko 100 lat temu. Nagła powódź terenów przeznaczonych pod budowę zapory i zbiornika retencyjnego odsłoniła pnie dewońskich drzew, których wiek oszacowano na 380 mln lat. Od tamtego czasu rejon ten cieszy się szczególnym zainteresowaniem paleobotaników. Jednak w 2009 r. dokonano jeszcze innego odkrycia, które odebrało tytuł najstarszego lasowi w Gilboa. Całkiem niedaleko (ok. 40 km), w pobliżu miasteczka Cairo, w opuszczonym kamieniołomie znaleziono skamieliny datowane na przeszło 385 mln lat. Odsłonięte stanowisko ujawniło poziomy przekrój gleby tuż pod powierzchnią pradawnego lasu, umożliwiający obserwację korzeni drzew, które niegdyś porastały to miejsce.

I choć pierwotnym lasom daleko było do współczesnej dżungli, mnogość odkrytych w nich form zaskoczyła naukowców. Na stanowisku w Gilboa opisano skamielinę rośliny, którą dziś uznaje się za najstarsze znane drzewo na Ziemi. Był to Eospermatopteris (inaczej Wattieza), potomek paprotników pierwotnych, który z uwagi na zmiany w budowie zaklasyfikowano do nowej odrębnej grupy, określanej jako paprotniki właściwe. Pradrzewo osiągało 9 m wysokości, a wyglądem przypominało nieco palmę. Rozmnażało się za pośrednictwem zarodników, czyli podobnie jak grzyby i paprotniki. Opis znaleziska zamieszczono na łamach prestiżowego czasopisma „Nature”, co podkreśliło jego niebagatelną wartość. Na stanowisku w Cairo oprócz rodzaju Wattieza zidentyfikowano drzewa o nieco bardziej zaawansowanej budowie. Systemy korzeniowe przedstawicieli rodzaju Archaeopteris osiągały 7–11 m długości, co znacznie ułatwiało pobieranie wody na terenach, gdzie panował jej deficyt. Nieco bardziej przypominały współczesne rośliny drzewiaste, ale wciąż rozmnażały się nie poprzez nasiona, lecz zarodniki. Archaeopteris wyglądał nieco jak sosna, z tym że zamiast igieł posiadał liście podobne do tych u paproci. Osiągał wysokość 10 m. Trzecim rodzajem opisanych drzew okazały się widłaki, co podważyło teorię, wedle której te pojawiły się na Ziemi kilkadziesiąt milionów lat później. Spośród gigantycznych skrzypów, widłaków i paproci drzewiastych, osiągających po 30–40 m, do dziś przetrwały jedynie te ostatnie. Jeden z gatunków – Cyathea medullaris – występuje m.in. w Nowej Zelandii i może mieć nawet 20 m wysokości. Nieco mniejszą diksonię antarktyczną uprawia się w Europie jako ozdobną roślinę doniczkową. Najczęściej dorasta ona do 5 m, choć zdarzają się olbrzymie okazy, liczące nawet 15 m. Widłaki i skrzypy występują do dziś, ale jedynie w karłowatych formach. Wraz z końcem karbonu (299 mln lat temu) pojawiły się pierwsze drzewa iglaste, tzw. walchie, przypominające nieco cyprysy. Pozostałości ich pni można dziś podziwiać w okolicach cieśniny Northumberland (Kanada).

Nasiona kluczem do sukcesu

W permie (299–252 mln lat temu) na skutek zmian klimatycznych wymarły gigantyczne skrzypy, paprocie i widłaki. Ich pozostałości utworzyły pokłady węgla kamiennego, który stał się motorem napędowym rewolucji przemysłowej w Europie i Ameryce Północnej i z którego korzystamy do dziś. Zaczęły rozwijać się drzewa iglaste i liściaste – do rozmnażania wykorzystywały już nie zarodniki, lecz nasiona. W zależności od tego, czy nasiona są chronione we wnętrzu owocu, rośliny nasienne dzieli się na dwie główne grupy: nagonasienne i okrytonasienne. Samo nasiono można przyrównać do ptasiego jaja – w jego wnętrzu znajduje się zarodek oraz materiał zapasowy (odpowiednik żółtka) bogaty w substancje odżywcze, z którego zarodek będzie korzystać w trakcie rozwoju. Całość otoczona jest ochronnym płaszczem stanowiącym odpowiednik skorupy jaja.

Nowy system rozmnażania miał szereg zalet – męskie komórki rozrodcze (pyłek) przenoszone były do zalążka (żeński organ rozmnażania) przez wiatr, a powstałe nasiona do kiełkowania potrzebowały mniej wody. Rozwijający się zarodek posiadał też materiał zapasowy, który zwiększał jego szansę na przetrwanie. Wszystko to umożliwiło roślinom nasiennym ekspansję i zajmowanie nowych środowisk. Za jedną z nich uznaje się runcarię, która charakteryzowała się krótkimi rozgałęzionymi łodygami. Pod koniec permu pojawiły się pierwsze nagozalążkowe drzewa liściaste. Wśród nich przodkowie miłorzębowych (w tym znanego obecnie miłorzębu dwuklapowego) i sagowców (odgrywały ogromną rolę w kształtowaniu ekosystemu i stanowiły podstawę diety dla wielu dinozaurów).

W jurze, ok. 135 mln lat temu, pojawiły się natomiast pierwsze okrytozalążkowe drzewa liściaste. Niedługo potem, 66 mln lat temu, na skutek zderzenia Ziemi z olbrzymią planetoidą zginęły nie tylko dinozaury, ale i wiele gatunków roślin. Na zgliszczach rozpoczął się proces odnawiania fauny i flory planety. Trwało to przez paleogen i neogen (66–2,6 mln lat temu). W okresie tym gwałtownie rozwinęły się rośliny okrytonasienne, a lasy przybrały postać podobną do obecnej. Pojawili się przodkowie współczesnych gatunków takich jak buk, dąb, klon i magnolia. Czwartorzęd (od 2,6 mln lat temu do dziś) to szczególnie istotny okres dla drzew, bo właśnie wtedy w historii życia na Ziemi pojawia się przodek człowieka. Flora Europy zmagała się do tego z drastycznymi skutkami epoki lodowcowej, co skończyło się zubożeniem gatunkowym lasów.

Przyszłość

Życie na naszej planecie uzależnione jest od istnienia drzew, mimo to lasy są systematycznie usuwane z jej powierzchni. Szacuje się, że co trzy lata znika połać lasów tropikalnych równa powierzchni Polski. Na każdego człowieka na Ziemi przypada ok. 420 drzew. I choć co roku przybywa ich jakieś 5 mld, trzy razy tyle jest niszczonych i wycinanych. Polska znajduje się w niechlubnej czołówce krajów europejskich o najwyższej intensywności tego procederu. Wyroby drewniane cieszą się szczególną popularnością, dlatego popyt na ten materiał gwałtownie wzrasta. Sektor drzewny generuje ok. 2% polskiego PKB rocznie. Choć organizowane są nasadzenia, może dojść do sytuacji, w której popyt przewyższy podaż. Nie wolno nam zapomnieć, że jeden hektar lasu w ciągu doby produkuje ok. 700 kg tlenu, co zaspokaja dobowe zapotrzebowanie 2500 osób. Drzewa regulują też skład powietrza, ochładzając je i oczyszczając z pyłów oraz neutralizując substancje toksyczne. Pamiętajmy, że troszcząc się o drzewa, troszczymy się o siebie samych.