В палеонтологии , колос папоротника — это возникновение необычно высокого обилия спор папоротников в палеонтологической летописи , обычно сразу (в геологическом смысле) после события вымирания . Считается, что колосы представляют собой большое временное увеличение числа папоротников по сравнению с другими наземными растениями после вымирания или истончения последних. Колючки папоротника тесно связаны с событием вымирания мел-палеогена , [1] [2] хотя они были обнаружены в других точках времени и пространства, например, на границе триаса и юры . [3] [4] За пределами палеонтологической летописи, было замечено, что колоски папоротника возникают в ответ на локальные события вымирания, такие как извержение вулкана Сент-Хеленс в 1980 году . [5]
Исторически вымирания были вызваны массовыми экологическими нарушениями , такими как падения метеоритов. Извержения вулканов также могут уничтожить местные экосистемы посредством пирокластических потоков и оползней , оставляя землю голой для новой колонизации . [6] Чтобы популяция могла восстановиться и процветать после такого события, она должна быть способна переносить условия нарушенной среды. Папоротники обладают множеством характеристик, которые предрасполагают их к росту в таких условиях.
Растения обычно размножаются спорами или семенами, то есть именно они прорастут после катастрофы. Но споры имеют преимущества перед семенами в условиях окружающей среды, вызванных катастрофой. Они, как правило, производятся в большем количестве, чем семена, и меньше по размеру, что способствует распространению ветром . [6] Хотя многие разносимые ветром пыльцы семенных растений меньше и распространяются дальше, чем споры, [7] пыльца не может прорасти в растение и должна приземлиться в восприимчивом цветке. Некоторые семенные растения также требуют, чтобы животные распространяли их семена, которых может не быть после катастрофы. Эти характеристики позволяют папоротникам быстро заселять территорию своими спорами.
Споры папоротника требуют света для прорастания. [8] После крупных нарушений, которые очищают или сокращают жизнь растений, земля будет получать достаточно солнечного света, который может способствовать прорастанию спор. Споры некоторых видов содержат хлорофилл , который ускоряет прорастание и может способствовать быстрой колонизации чистой почвы. [9]
После извержения вулкана Эль-Чичон было замечено , что папоротник Pityrogramma calomelanos регенерировался из корневищ, погребенных под пеплом, хотя листья растений были уничтожены. [6] Корневища выдерживали воздействие тепла и серы из вулканического вещества. Их выживание предполагает устойчивость папоротников к суровым условиям окружающей среды, вызванным определенными видами катастроф, и регенерация корневищ могла быть фактором восстановления папоротника после других экологических событий.
Папоротниковые колоски следуют схеме экологической сукцессии . В прошлом и в настоящее время папоротники, как было замечено, действуют как пионерные виды . [5] В конце концов, их обилие на участке уменьшается, поскольку другие растения, такие как голосеменные, начинают расти. [2]
Папоротниковые шипы не могут возникнуть без папоротников, уже существующих в этой области, поэтому шипы возникают в первую очередь в регионах, где папоротники уже являются заметной частью экосистемы. Во время мел-палеогенового вымирания, папоротниковый шип произошел в районе Новой Зеландии, где папоротники составляли 25% растительного изобилия до вымирания. После этого события изобилие папоротников увеличилось до 90%. [2]
Доисторические папоротниковые шипы можно обнаружить, отбирая пробы осадка. Источниками являются осадки, которые накапливались в озере с момента интересующего события, и осадочные породы, такие как песчаник. [5] Поскольку осадок накапливается с течением времени и, таким образом, демонстрирует суперпозицию , слои можно отнести к определенным временам. Концентрацию спор в слое можно сравнить с концентрацией в разное время и концентрацией других частиц, таких как пыльцевые зерна. Папоротниковый шип характеризуется внезапно более высоким обилием спор папоротника после катастрофы, как правило, сопровождающимся уменьшением других видов растений, на что указывает их пыльца. В конечном итоге обилие папоротника уменьшится, отсюда и термин «шип», описывающий эту картину.
Современные колосья папоротника можно просто наблюдать напрямую, что позволяет выявить факторы, способствующие образованию колосьев, которые невозможно обнаружить иным способом, например, корневища, сохраняющиеся в золе. [6]
Поскольку шипы папоротника обычно совпадают с определенными катастрофами, такими как падения метеоритов и извержения вулканов, их присутствие в летописи окаменелостей может указывать на эти события. Считается, что шип папоротника подтверждает удар метеорита как причину триасово-юрского вымирания , похожего на то, что позже вызвало вымирание в конце мелового периода. [3]
Папоротниковый колос последовал за грибным колосом после пермско-триасового вымирания (252 млн лет назад). Это наблюдалось в Австралии. [10]
После триасово-юрского вымирания (201,3 млн лет назад) численность папоротников резко возросла, а семенных растений стало мало. Скачок был обнаружен в восточной части Северной Америки и Европе. [3] [11]
Очень широко распространенный всплеск папоротников произошел после мел-палеогенового вымирания (66 млн лет назад). [2] Всплеск наблюдался преимущественно в Северной Америке, и только один раз наблюдался за пределами континента в Японии. [1]
Папоротниковые шипы сегодня часто наблюдаются после вулканических извержений. Районы, пострадавшие от извержений вулкана Сент-Хеленс ( 18 мая 1980 г. ) и Эль-Чичон (март-апрель 1982 г.), продемонстрировали такую картину. [5] [6]