Bennettitales (также известные как цикадовые ) — вымерший отряд семенных растений , которые впервые появились в пермском периоде и вымерли в большинстве областей к концу мелового периода . Bennettitales были одними из самых распространенных семенных растений мезозоя и имели морфологию, включающую кустарниковые и саговниковые формы. Листва беннеттитовых внешне почти неотличима от листвы саговников, но они отличаются от саговников более сложными цветкоподобными репродуктивными органами, по крайней мере некоторые из которых, вероятно, опылялись насекомыми . [1]
Хотя, безусловно, голосеменные в широком смысле (семенные растения с шишками), отношения беннеттитовых с другими семенными растениями являются предметом споров. Их общее сходство с саговниками противоречит многочисленным более тонким особенностям их репродуктивных систем и структуры листьев. Некоторые авторы связывают беннеттитовые с покрытосеменными (цветковыми растениями) и гнетофитами (редкой и необычной группой современных голосеменных), образуя более широкую группу, известную как Anthophyta . Молекулярные данные противоречат этому, и обнаружено, что гнетофиты гораздо более генетически похожи на хвойные . Точное положение беннеттитовых остается неопределенным.
Bennettitales делятся на два семейства, Cycadeoidaceae и Williamsoniaceae , которые имеют различные привычки роста . Cycadeoidaceae имели крепкие, похожие на саговники стволы с биспорангиатными (содержащими как мегаспоры , так и микроспоры ) стробилами (шишками), служившими их репродуктивными структурами. Williamsoniaceae имели либо биспорангиатные, либо моноспорангиатные шишки, и отчетливо тонкие и ветвящиеся деревянистые стволы. [1] Williamsoniaceae росли как древесные кустарники с разветвленным габитусом ветвления, похожим на таковой у Banksia . [2] Было высказано предположение, что Williamsoniaceae являются парафилетическим (не содержащим всех потомков общего предка) объединением всех Bennettitales, которые не принадлежат к Cycadeoidaceae. [2]
В целом, листья беннеттиталовых прикреплены к стеблю спиралевидным (штопорным) расположением. Некоторые листья (большинство видов Nilssoniopteris и т. д.) представляют собой узкие одиночные лопасти с гладким краем («цельным»). [3] Большинство морфотипов листьев ( Pterophyllum , Ptilophyllum , Zamites , Otozamites и т. д.) являются перистыми (в форме пера), со множеством небольших листовых сегментов, прикрепленных к центральному стержню. Другие ( Anomozamites , несколько видов Nilssoniopteris ) являются не полностью перистыми (пилообразными) и являются переходными между этими двумя конечными членами. Одна необычная форма листьев, Eoginkgoites , даже приближается к пальчатому виду, похожему на ранние виды Ginkgo . [4]
Листва беннеттитовых настолько похожа на листву саговниковых, что листву этих двух групп невозможно надежно различить на основе только общей морфологии. Однако ископаемая листва, которая сохраняет кутикулу, может быть с уверенностью отнесена к любой из групп. Устьица беннеттитовых описываются как синдетохейлические. Это означает, что основные парные замыкающие клетки развиваются из тех же материнских клеток, что и окружающие их вспомогательные клетки. Это контрастирует с гаплохейлическими устьицами саговниковых и хвойных. В гаплохейлических устьицах кольцо вспомогательных клеток не происходит из тех же исходных структур, что и замыкающие клетки. Это фундаментальное различие является основным способом дифференциации листвы беннеттитовых и саговниковых. [5]
Как и у других голосеменных, репродуктивные соцветия беннетитовых имеют форму шишек , которые производят пыльцу и семяпочки (неоплодотворенные семена). Шишки имеют толстое центральное вместилище, окруженное простыми, спирально расположенными плодородными и бесплодными структурами. Ткань у основания шишки образует слои чешуевидных или лепестковидных прицветников для защиты радиальных внутренних структур. Некоторые авторы называют шишки беннетитовых «цветами», хотя они не эквивалентны настоящим цветкам покрытосеменных . Пыльца часто заключена в парные синангии (пыльцевые мешочки). Синангии лежат на адаксиальном (внутреннем) крае несущих пыльцу листовидных структур, известных как микроспорофиллы . Это контрастирует с саговниками, все из которых лишены дискретных синангиев и несут пыльцу на абаксиальной (внешней) поверхности своих микроспорофиллов. [6]
Многие беннетитовые являются биспорангиатными, где пыльца и семяпочки размещаются на одной и той же (двуполой или гермафродитной) шишке. Полости, заполненные изогнутыми микроспорофиллами, несущими синангии, заключены в тонкие радиальные структуры, включая толстые бесплодные межсеменные чешуйки и фертильные спорофиллы с семяпочками на кончиках. Наличие семяпочек на кончиках спорофиллов, а не на кончиках стеблей, является основным отличием между шишками беннетитовых и гнетофитов. По мере того, как шишка оплодотворяется и созревает, микроспорофиллы отмирают, а семяпочки превращаются в семена. [6]
Большинство беннетитовых в семействе Williamsoniaceae вместо этого являются моноспорангиатными, с отдельными шишками, производящими пыльцу и семяпочки (однополыми), на одном и том же растении. Шишки, производящие семяпочки (женские) ( Williamsonia и т. д . ) похожи на зрелые биспорангиатные шишки, с межсеменными чешуйками и спорофиллами с семяпочками, заключенными в прицветники. С другой стороны, шишки, производящие пыльцу (мужские) ( Weltrichia и т. д . ), имеют открытую корону сужающихся микроспорофиллов с адаксиальными рядами синангиев. Микроспорофиллы могут содержать один линейный ряд парных синангиев или вместо этого синангии, расположенные в перистом (перьевидном) узоре. [6]
Семена двудольные (имеют два зародышевых листа ), с центральным зародышем, окруженным тремя слоями: тонким мегагаметофитом, немного более толстым нуцеллусом и защитным интегументом . Верхний кончик семени сужающийся и открывается через тонкое и часто расширенное микропиле . Длинное, узкое микропиле, выступающее из семени, внешне похоже на состояние у современных гнетофитов . После оплодотворения семени микропиле запечатывается пробкообразным расширением нуцеллуса. В отличие от современных голосеменных, на кончике нуцеллуса отсутствует пыльцевая камера (вместилище для хранящейся пыльцы). Интегумент плотный и толстый, со многими слоями дифференцированных клеток. Это контрастирует с тонким, двурядным (двухслойным) интегументом гнетофитов. У беннеттитовых также отсутствует еще одна черта, характерная для гнетофитов: оболочка из сросшихся прицветничков, охватывающая семя. Большинство клеток интегумента не являются необычными по размеру или форме. Однако около микропиле самый внутренний слой клеток интегумента становится радиально ориентированным и удлиненным, частично закрывая микропиле. Нуцеллус и интегумент не срослись над халазой ( основанием семени), в отличие от саговников или гнетофитов, у которых слои срослись на большей части их высоты. [6]
Предполагается, что Cycadeoidaceans были самоопыляющимися, их стебли и шишки были зарыты под землю, [1] [7] хотя альтернативно предполагалось, что они опылялись жуками. [8] Цветкоподобная мужская репродуктивная структура williamsoniacean Weltrichia связана с женской репродуктивной структурой Williamsonia , хотя неясно, были ли родительские растения однодомными (мужские и женские репродуктивные структуры присутствовали на одном и том же растении) или двудомными (где каждое растение имело только один пол репродуктивного органа). Weltrichia , вероятно, в основном опылялась ветром , а некоторые виды, возможно, опылялись жуками. [9]
Несколько групп насекомых юрского и раннего мелового периодов обладали длинным хоботком , и было высказано предположение, что они питались нектаром, вырабатываемым репродуктивными структурами беннеттитовых, такими как двуполая репродуктивная структура вильямсониевых Williamsoniella, у которой было длинное, узкое центральное вместилище, которое, вероятно, было бы иным образом недоступно. [10] Пыльца беннеттитовых раннего мелового периода была обнаружена непосредственно связанной с мухой, несущей хоботок, принадлежащей к вымершему семейству Zhangsolvidae , что свидетельствует о том, что это семейство выступало в качестве опылителей для группы. [11] Межсеменные чешуйки овулирующих конусов Bennettitales могли стать мясистыми по мере созревания, что потенциально могло сделать их привлекательными для диких животных, которые служили распространителями семян. [12]
Cycadeoideaceae (первоначально «Cycadeoideae») были названы английским геологом Уильямом Баклендом в 1828 году по ископаемым стволам, найденным в юрских слоях на острове Портленд , Англия, которым Бакленд дал родовое название Cycadeoidea . Бакленд предоставил описание семейства и двух видов, но не смог дать описание рода, что привело к тому, что описание семейства Баклендом было признано недействительным по современным таксономическим стандартам. [13] В публикациях 1870 года шотландский ботаник Уильям Каррутерс и английский палеоботаник Уильям Кроуфорд Уильямсон описали первые известные репродуктивные органы Bennettitales из юрских слоев Йоркшира и юрско-меловых слоев острова Уайт и острова Портленд. [14] [15] [16] Карутерс был первым, кто осознал, что Bennettitales имеют явные отличия от Cycadales, и выделил трибы «Williamsonieae» и «Bennettiteae», [16] причем последняя была названа в честь рода Bennettites, названного Карутерсом в той же публикации , а название было дано в честь британского ботаника Джона Джозефа Беннета . [14] [17] Порядок Bennettitales был создан немецким ботаником Адольфом Энглером в 1892 году, который признал эту группу отдельной от Cycadales. [18]
Гипотеза антофита , выдвинутая Арбером и Паркингом в 1907 году [19], утверждала, что покрытосеменные произошли от беннеттитовых, на что указывают древовидные структуры и рудиментарные цветки . [1] Однако на основании морфологических данных беннеттитовые были классифицированы как монофилетическая группа в паре с гнетовыми. [20] Исследование, проведенное в 2006 году, показало, что беннеттитовые, покрытосеменные и гигантоптериевые образуют кладу, основанную на наличии олеанана . [21] Молекулярные доказательства последовательно противоречат гипотезе антофита, обнаруживая, что покрытосеменные являются сестринской группой для всех современных голосеменных, включая гнетовые. [22] Некоторые авторы предположили, что из-за сходства между их семенными оболочками, Bennettitales образуют кладу с порядками голосеменных Gnetales и Erdtmanithecales , названную «группой BEG». [23] Однако это предложение было оспорено другими авторами, которые утверждают, что эти сходства являются лишь поверхностными и не указывают на близкое родство. [24] Филогенетика 2017 года, основанная на молекулярных сигнатурах окаменелых кутикул, показала, что Bennettitales были более тесно связаны с кладой Ginkgo + Cycads, чем хвойные, и были тесно связаны с Nilssonia и Ptilozamites. [25]
Древнейшие подтвержденные окаменелости беннеттитовых — листья Nilssoniopteris shanxiensis , вида из верхней части формации Верхний Шихоцзе в провинции Шаньси , Китай . [5] Этот слой датируется ранним кунгурским ярусом ранней перми ( цисуральский ярус ), около 281 миллиона лет назад. [26] Предполагаемые каменноугольно-пермские записи Pterophyllum не имеют убедительного родства с беннеттитовыми или были переосмыслены как листва цикадовых в форме рода Pseudoctenis . [27] Истинные пермские записи листьев беннеттитовых редки; за пределами формации Шихоцзе они обнаружены только в формации Умм-Ирна позднепермского (вероятно, чансинского ) возраста в Иордании . [5] Эта формация примечательна ранним появлением другой флоры мезозойского типа, включая самые ранние записи о користоспермалевой листве ( Dicroidium ). [28] Отряд Fredlindiales (содержащий род Fredlindia ) из позднего триаса Гондваны, по-видимому, тесно связан с Bennettitales, но отличается от него некоторыми аспектами репродуктивных органов. [16]
Ископаемые останки беннеттитовых вновь появились в среднем триасе , а к концу периода вильямсонии стали распространяться по всему миру. [29] [5] Древнейшие репродуктивные структуры беннеттитовых — это небольшие «цветки» вильямсонии из среднетриасовой формации Эск в Австралии . [16] В то время как вильямсониевые имели глобальное распространение, цикадовые, по-видимому, были в основном ограничены западными частями Лавразии и известны в основном из мелового периода. [16] Беннеттитовые были широко распространены и многочисленны в юрском и раннем меловом периодах, однако численность беннеттитовых резко сократилась в позднем меловом периоде, что совпало с появлением цветковых растений , и к концу периода они в основном вымерли, а последние известные останки из Северного полушария были найдены в полярной широте формации Каканаут на Чукотке , Россия, датируемой маастрихтом , и отнесены к Pterophyllum. [30] Возможные поздние находки были зарегистрированы в раннем олигоцене восточной Австралии и Тасмании , и их можно отнести к роду Ptilophyllum , но кутикула не сохранилась, что делает отнесение неубедительным. [31]
Bennettitales обычно считается единственным порядком в классе Bennettitopsida Engler (1897) или Cycadeoideopsida Scott (1923) . Большинство палеоботаников предпочитают два семейства, как они используются здесь, хотя некоторые авторы, такие как Anderson & Anderson (2007), классифицируют порядок через большее количество семейств. [33] Anderson & Anderson также классифицировали порядки Fredlindiales Anderson & Anderson (2003) [34] и Pentoxylales Pilger & Melchior (1954) внутри Bennettitopsida. [33]