17. Jak życie wychodziło z wody na ląd

Istnieje pogląd, że pierwsze na ląd wyszły rośliny, ale są też podstawy, żeby za pierwszych kolonizatorów skalistego lądu uznać grzyby. Początek obu tych królestw organizmów eukariotycznych miał miejsce w wodach oceanicznych, w drugiej kolejności po królestwie prokariotycznych bakterii.  W oceanach pierwszeństwo należy przyznać autotroficznym (asymilującym CO2) roślinom – jednokomórkowym glonom (algom). Pierwsze grzyby (również jednokomórkowe), będąc organizmami heterotroficznymi (cudzożywnymi) mogły wyeluować dopiero korzystając z roślinnej, a później również zwierzęcej martwej materii organicznej. Należy jednak zapytać, czy grzyby nie mogły wyeluować w oparciu o materię obumarłych glonów i bakterii?

Zarówno jednokomórkowe rośliny, jak i jednokomórkowe grzyby dały początek późniejszego różnicowania się bardziej złożonych i morfologicznie zróżnicowanych form tkankowych dostosowanych do życia na lądzie. Rola roślin w rozwoju pozostałych królestw ziemskich organizmów jest oczywista. Roślinna fotosynteza zagwarantowała rozwój bujnego życia innym organizmom, najpierw w oceanach, a później na lądach. Ale wydaje się, że rola grzybów w tym aspekcie jest powszechnie niedoceniana.

Sprawa pierwszeństwa roślin czy grzybów w kolonizacji skalistej skorupy ziemskiej pozostaje otwarta. Za roślinami może przemawiać przykład endemicznego wiecznie zielonego drzewa Metrosideros polymorpha (nazwy potoczne – ohia lub lehua). Drzewo ma piękne kolorowe kwiaty (od żółtych do mocno czerwonych). Ta cecha u roślin pojawiła się dopiero miliardy lat później, ale fakt, że istnieją dzisiaj rośliny rosnące na pozbawionym gleby skalistym (bazaltowym) podłożu sugeruje, że tak mogło być również, kiedy życie zaczęło wychodzić z wody na ląd.

Rośliny mogły tego dokonać wykorzystując mineralne zasoby wulkanicznego popiołu. Do dzisiaj gleby powstałe na bazie wulkanicznego popiołu należą do najżyźniejszych; przykładem są urodzajne gleby na Sycylii. Korozji skał sprzyjały też kwaśne deszcze zawierające kwas siarkowy, który powstaje w reakcji dwutlenku siarki z wodą. SO2 jest drugim, obok CO2, gazem wulkanicznym, który wydostaje się, kiedy masa gotującej się magmy podejdzie bliżej skalistej powierzchni. W zależności od zawartości krzemionki, gęstość pierwotnych skał bazaltowych jest różna, postęp w zasiedlaniu lądu przez rośliny mógł być zatem rożny w różnych lokalizacjach. 

A co przemawia za grzybami? Przez pewien czas w opracowaniach geologicznych dominowały doniesienia o najstarszych skamieniałościach grzybów z okresu Dewonu lub Syluru, sprzed „zaledwie” ponad 400 mln lat, znalezionych na terenie Szkocji. Opisano je jako rodzaj Prototaxites.  Ale te pragrzyby  były olbrzymami w kształcie kolumn o wysokości ponad 8-10 metrów i średnicy do 1 metra. Trudno zatem uznać je za pionierów kolonizacji skorupy lądowej. Jednak późniejsze znaleziska z terenów północnej Kanady wydają się przechylać pierwszeństwo wyjścia z wody na lad w stronę grzybów.  Skamieniałości organizmów, zaliczonych do grzybów znaleziono w warstwach błota sprzed miliarda lat na granicy wód morskich i słodkich.

Za grzybami jako pierwszymi kolonizatorami lądów przemawia niespotykana u roślin zdolność rozkładu skalistej skorupy ziemskiej dzięki wytwarzaniu kwasów organicznych. Dzięki nim grzyby skutecznie rozpuszczają kamieniste podłoże.  Czynią to nadal naskalne porosty, które są mieszanymi organizmami dwóch lub trzech królestw.  Teoretycznie, pionierami mogły być przodkowie dzisiejszych porostów –  grzyby zasiedlone przez fotosyntetyzujące cyjanobakterie (sinice) lub jednokomórkowe rośliny (glony). Jeżeli tak, to na podbój lądowej skorupy ziemskiej mogły wyruszyć takie właśnie symbiotyczne układy wytworzone w strefie brzegowej, na granicy wody i lądu. Takie bardzo pionierskie zespoły organizmów należących do różnych królestw funkcjonują nadal, co można oglądać np. na kamieniach.

Grzybom należy przypisać zasadniczą rolę w dalszym ułatwianiu roślinom życia z dala od środowiska wodnego. W procesie mikoryzy grzyby roślinom dostarczają z gleby wodę i związki mineralne, natomiast rośliny odwdzięczają się grzybom zsyntetyzowanymi przez siebie  związkami organicznymi. Bez udziału grzybów rośliny nie odniosłyby tak szybkiego i wielkiego sukcesu w opanowaniu Ziemi. Więcej, nie byłoby tak bujnego rozwoju innych form życia, łącznie z całym królestwem zwierząt lądowych. Współzależność roślin i grzybów okazała się najtrwalszym układem symbiotycznym na Ziemi. Powstały oczywiście także inne układy, jak pasożytnictwo czy utylizacja martwej materii roślinnej.

Przyjmijmy, że to jednak roślinom zawdzięczamy dalszy rozwój wszystkich organizmów żyjących na Ziemi. Tylko one potrafią na tak olbrzymią skalę wytwarzać materią organiczną w procesie fotosyntezy. I to one dostarczają materię i energię do rozwoju innych organizmów. No, może tylko z wyjątkiem niektórych ekstremofilnych bakterii bytujących na dnie oceanów, w strefach wulkanicznych czy w otoczeniu powierzchniowych gejzerów.

Do pierwszych roślin, które pojawiły się na lądzie zaliczane są ryniofity; niewielkie roślinki pozbawione liści i korzeni. Miały kłącza i rozgałęziające się łodyżki. Rozmanażały się przez zarodniki. Najstarszą wykrytą (bagienną lub przybrzeżną), była kilkucentymetrowa kuksonia. Ślady jej występowania wykryto w skałach osadowych ery paleozoicznej mających ponad 400 mln lat (okres Syluru). Charakteryzowała się przemiennym występowaniem pokoleń – haploidalnych gametofitów oraz diploidalnych sporofitów, co wzbogacało mechanizm rozmnażania się organizmów roślinnych. Ryniofity dały początek wszystkim dawnym i obecnym roślinom.

Ryniofity wyginęły, ale dzisiaj możemy obserwować inne pradawne rośliny – mszaki. Szczególnie interesującym przykładem może być tu mech torfowiec. Mchy są to niezwykle prymitywnymi roślinami nienaczyniowymi, pozbawionymi tkanki przewodzącej i innych struktur wewnętrznych. Od doskonalszych form roślinnych odbiegają też morfologią – zamiast typowych korzeni, łodyg i liści wytwarzają chwytniki, krótkie łodyżki i niewielkie listki. Wodę i rozpuszczone w nie składniki wchłaniają przez całą swoją powierzchnię. Rosną w zwartych kępkach, co umożliwia im przekazywanie sobie wody przez dotyk. Dobrze uwodnione aktywnie żyją i rozmnażają się przez zarodnikowanie. Wysychając przechodzą w stan głębokiego uśpienia i tak trwają do następnej okazji wchłonięcia wody.

Przewodnią, jakże cenną cechą mchów jest ich życiowy minimalizm i elastyczność zachowania się w zmieniających się warunkach. Takie właściwości niewielkich prymitywnych roślinek sprzyjały ich przeżyciu przez miliony lat nawet wbrew wielokrotnym niszczycielskim epizodom eliminującym bardziej doskonałe organizmy. Na uwagę zasługuje występowanie współczesnych mchów na bardzo ubogich siedliskach, nawet na kamieniach i skałach. Nie można zatem wykluczyć, że również mchy mogły należeć do pierwszych roślinnych kolonizatorów skalistego lądu w erze paleozoicznej. Dowodów kopalnych na to nie ma, ponieważ mchy nie mają struktur pozwalających na wytworzenie się skamieniałości.

Przez następne miliony lat rośliny doskonaliły swe przystosowanie do lądowego trybu życia. Ich gwałtowny i bujny rozwój nastąpił w ciepłym i wilgotnym klimacie okresu geologicznego nazywanego Karbonem. Ziemię porastały wówczas puszcze złożone z drzewiastych roślin zarodnikowych (paproci, skrzypów i widłaków) oraz pierwszych roślin nagonasiennych. Z ich obumarłych szczątków powstawały pokłady torfu, który następnie zamieniał się w węgiel kamienny.

Paprocie, skrzypy i widłaki występują w ziemskiej florze również obecnie, ale jakże w innej postaci. Widłaki w okresie Karbonu osiągały wysokość do 30 metrów i średnicę do 2 m, a ich pnie były puste w środku. Współczesne widłaki są niewielkimi płożącymi się po ziemi roślinkami zielnymi.  Również karbońskie kilkumetrowe skrzypy drastycznie zmalały do wysokości kilkudziesięciu centymetrów. Ich morfologia i budowa wewnętrzna pozostała jednak niezmieniona. Są podzielonymi na krótkie segmenty pustymi w środku rurkami. Nadal rozmnażają się rozsiewając zarodniki, podobnie jak współczesne widłaki i paprocie. Te ostatnie zachowały się zarówno w postaci drzewiastej, jak też zmalały do postaci wyrastających niewiele ponad metr. Rosnące w okresie Permu i Karbonu drzewiaste paprocie nasienne nie pozostawiły jednak po sobie żyjących reliktów.

Rozwój świata roślinnego prowadził na naszej planecie do kolejnych zmian, w tym do obniżania się poziomu dwutlenku węgla i wzrostu stężenia tlenu w atmosferze. Zmiana gazowa atmosfery doprowadziła w okresie karbonu do sytuacji, kiedy w strefie okołorównikowej występowała wilgotna tropikalna dżungla, a od biegunów postępowało zamarzanie Ziemi. Wymiana gazowa przez powierzchnię pni i łodyg okazała się niewystarczająca, co zmusiło rośliny do szukania nowych rozwiązań. I znalazły je w formie liści zawierających wielkie ilości aparatów szparkowych. Zmiany klimatyczne powodowały dalsze wielkie zmiany w rozwoju życia na lądach.

Pod koniec Paleozoiku, w okresie Permu zaczęła się ekspansja roślin nagonasiennych (nagozalążkowych), które zaczęły się pojawiać już w okresie Karbonu. Należą tu m.in. dzisiejsze drzewa iglaste, które pojawiły się ponad 250 mln lat temu. Kolejnym etapem zmian w królestwie roślin, ale dopiero w erze mezozoicznej, około 150-100 mln lat temu, było pojawienie się kwitnących rośliny okrytozalążkowych (okrytonasiennych). Ożywiona przyroda, powoli bo powoli, ale zawsze szuka optymalnych rozwiązań, aby przystosować się do zmieniających się warunków środowiskowych. Organizmy, które nie zdołają się przystosować, nie przetrwają. Ślady swojego istnienia pozostawiają w skamieniałościach.

Istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo, że za wychodzenie z wody na ląd roślin, bakterii i grzybów (a następnie zwierząt) pośrednio odpowiedzialny był księżyc poprzez generowanie dużych pływów oceanicznych. Organizmy zasiedlające płytkie wody przybrzeżne narażone były na okresowe mniejsze i większe odpływy wody z tej strefy. Największe pływy występują kiedy Ziemia, księżyc i Słońce znajdują się na jednej linii. Ta zmienność warunków sprzyjała wielokierunkowym ewolucyjnym zmianom pozwalającym wyselekcjonowanym organizmom na trwałe zasiedlanie okresowo uwalnianej przez wodę strefy przybrzeżnej. Stąd już był tylko „jeden krok” do zasiedlania reszty lądu. Trudno uwierzyć, że całe życie lądowe, w tym także nasze ludzkie, zawdzięczamy wielkiemu kosmicznemu kataklizmowi, jakim było zderzenie planety Thei z Ziemią i uformowaniu się ziemskiego księżyca.