Растения начали использовать семена для размножения в конце девонского периода (419-359 миллионов лет назад). Ученые все еще изучают точное эволюционное происхождение семян, но самые ранние подтвержденные окаменелости семенных растений относятся к фаменскому периоду, который начался около 372 миллионов лет назад.
Например, фаменские окаменелости растения Elkinsia polymorpha, обнаруженные в Западной Вирджинии, показывают семяносные побеги, согласно данным Палеонтологического музея Калифорнийского университета в Беркли. Исследователи также нашли другие примеры древних семян в Европе и Китае.
Герхард Лойбнер, профессор биохимии растений, чья группа занимается исследованиями в области семеноводства в Королевском университете Холлоуэя (Лондон), говорит, что растения, скорее всего, обзавелись семенами вскоре после того, как начали расти на суше.
«Они появились из моря около 450 миллионов лет назад», — сказал Лейбнер в интервью Live Science. «Чуть позже наступила фаза, когда папоротники доминировали в мире, и у них появились споры, а из них, как считается, развились семена растений».
Некоторые растения, включая мхи, водоросли и папоротники, продолжают использовать для размножения споры, а не семена, говорится в статье Марджори Лундгрен, старшего научного сотрудника по экологической физиологии растений Ланкастерского университета (Великобритания), опубликованной в 2019 году в журнале The Conversation.
Спора состоит из одной клетки с ДНК одного родительского растения, в то время как семя — это более сложный многоклеточный организм, которому обычно требуются два родителя. Спора, состоящая из одного родителя, должна сначала развиться в некую предрастительную стадию, называемую гаметофитом, и становится растением только тогда, когда два таких гаметофита соединяются для оплодотворения. Семена, напротив, пропускают эту стадию, поскольку после оплодотворения женское растение производит семена из пыльцы мужского растения.
Лёбнер объяснил, что семена имеют много преимуществ перед спорами. Они могут быть гораздо крупнее и имеют твердую защитную оболочку, что делает их более жизнеспособными. Они также могут накапливать пищу, чтобы сразу обеспечить новое растение источником энергии.
Споры также обычно нуждаются в большом количестве влаги, чтобы не высыхать, в то время как семена способны приспосабливаться к самым разным условиям, что, вероятно, и послужило толчком к их эволюции, отметил Лёбнер. «Не то чтобы споры не были приспособлены, но семена стали более сложными», — сказал Лёбнер.
И споры, и семена могут впадать в состояние, называемое спячкой, что означает задержку их прорастания — развития в растение — до тех пор, пока условия не станут оптимальными. Лёбнер отметил, что способность семян выживать в различных средах обитания в сочетании со спячкой позволяет им быть гибкими и диверсифицированными.
По словам Чарльза Найта, биолога-эволюциониста из Калифорнийского политехнического государственного университета, спящий режим был огромным преимуществом для растений и делал семена способными к своего рода «многомерным путешествиям».
Семена «многомерны в том смысле, что они могут путешествовать на большие расстояния благодаря своим приспособлениям к тому, чтобы цепляться за мех или переноситься ветром», — сказал Найт в интервью Live Science. «Но они также могут перемещаться во времени. Они могут путешествовать сквозь поколения, потому что могут оставаться в спящем состоянии в почве, а затем прорастать через сотни, а то и тысячи лет».
Таким образом, семена не только обеспечивают растениям возможность выживания в разнообразных условиях, но и становятся важным механизмом для их распространения. В процессе эволюции семена приобрели множество адаптаций – от легких оболочек, которые позволяют им перемещаться по воздуху, до прочных структур, защищающих их от повреждений. Эти качества сделали семена жизнеспособными под разными климатическими и экологическими условиями, что, в свою очередь, способствовало их успешному распространению по всему миру.
Семена также играют ключевую роль в экосистемах. Они служат источником питания для множества животных, что создает взаимосвязи в пищевых цепях. Птицы и млекопитающие, поедая семена, часто способствуют их распространению, помогая растениям колонизировать новые территории. Этот взаимный процесс не только поддерживает биологическое разнообразие, но и укрепляет взаимодействие между различными видами, создавая сложные экосистемные сети.
Таким образом, эволюция семян стала ключевым моментом в истории жизни на Земле, обеспечив растениям новые стратегии размножения и выживания, которые продолжают влиять на наш мир и по сей день.
