?

Log in

No account? Create an account
Quizzing the Anonymous
Ignoramus et ignorabimus
О корнях 
4th-Jan-2014 05:47 pm
thinking
Спросил, почему у растений нет мотильных взрослых форм.
http://shkrobius.livejournal.com/447953.html

В то, что последнее невозможно я не верю; все же соображения о том, что это предопределено клеточной структурой полагаю справедливым.

Чтобы фотосинтез шел на воздухе, углекислый газ должен свободно заходить в ткани, но это неминуемо приводит к испарению воды, которое необходимо компенсировать. Это обстоятельство - главная слабина земных растений. Когда первые из них появились на суше, концентрация углекислого газа была 5000 ppm; в конце Девона она упала до 30 ppm.
http://www.ltrr.arizona.edu/~cbaisan/Class/Sperry_evo_xyl_IJPS%2003.pdf
В Силуре С3 растение теряло 22 молекулы воды на одну молекулу СО2, в Каменноугольном - 390 молекул. При таком темпе потерь, корни становятся необходимостью, иначе приходится искусственно ограничивать фотосинтез, чтобы удержать воду, что означает проигрыш конкурентам-растениям в основных нишах.

Почему в 15 раз упала концентрация атмосферного углекислого газа? Из-за тех же земных растений. Они начали фоссилизировать углерод в почве. Более существенно то, что они ускорили эрозию материковых силикатов. Чем более падала концентрация углекислого газа, тем более становилась важна васкуляризация и развитые корни. Чем более растения полагались на корни, тем быстрее шла эрозия и связывание углекислого газа минералами. Система пошла в разнос, который в конце Девона вызвал сильнейшее оледенение и два раунда массовых вымираний. Реки настолько были насыщены минералами из-за увеличившейся эрозии, что в океане началась аноксия из-за цветения водорослей. Это, кстати, имеет прямое отношение к предыдущему посту о "суперобитаемых планетах". Было у нас такое, да плохо кончилось. После всех этих перепетий для бескорневого существования остались лишь маргинальные ниши, тогда как раньше вполне могла возникнуть мотильная растительная жизнь.

Это в принципе - могла бы. В реальности - нет, т.к. отклонение от статуса кво дало бы укорененным преимущество, постепенно приводя всю систему в разнос из-за положительной связи. Правильно говорили, что корни удерживают территорию, выжимая из нее (например, мобильных) конкурентов. Да, хорошо было бы перебраться на лучшее место, но оно уже кем-то занято. Однако, сама необходимость обороны и удержания территории как ресурса искусственна; растениям не нужны были безумные расходы воды на испарение, пока массовое укоренение не нарушило атмосферную химию. Причиной корней являются сами корни: невинная попытка немного обойти конкурентов. Она приводила к нарастающему индивидуальному преимуществу, но имело (коллективно) катастрофические последствия, сделавшую сегодняшнюю ситуацию неизбежностью. Сессильность земных растений была предопределена в момент их выхода на сушу, хотя причины ее нетривиальны. Все остальное (деревья, стратификация, и т. д.) уже последствия, а не причина.

Причина в том, что природа не умеет создать биомембрану, позволяющую молекулам углекислого газа через нее проходить, но воде при этом не теряться. Если бы такое было возможно, суперрастения бы в короткие сроки уничтожили атмосферный углекислый газ, и массовым вымиранием дело бы не ограничилось: наземная жизнь бы самоликвидировалась.

Примерно в этом духе можно рассмотреть и остальные мечтания об "ах, если бы только у жизни было больше ресурсов". Было такое, неоднократно. Кончалось границей геологического периода и достижением нового гомеостаза, ограниченного ресурсами. Жизнь, с геохимической точки зрения, есть способ эффективного достижения и поддержания гомеостаза в системе. Организм поддерживает внутреннюю организацию за счет увеличения энтропии в среде, приводя к более эффективной диссипации в ней энтропийных градиентов; для этого и существует. Корни проблемы и впрямь ведут очень глубоко, и поэтому о "суперобитаемости" планет можно не беспокоиться. Суперобитаемость означает отсутствие жизни. Надеюсь, у нас до этого не дойдет.

Отчего у растений корни?
Comments 
5th-Jan-2014 12:11 am (UTC)
Что такое "мотильный"? (1й абзац) М.б. имелось ввиду "мобильный"?
5th-Jan-2014 12:33 am (UTC)
Мотильный – способный активно двигаться. Телефон нынче мобильный, но не мотильный.
(Deleted comment)
5th-Jan-2014 01:31 am (UTC)
Животные не умеют деградировать лигнин. При физиологических условиях энергия разрушения полимерных связей в лигнине примерно равна энергии от сжигания блоков, из которых он состоит. Выигрыш по энергии практически нулевой, те его бессмысленно потреблять при активном образе жизни. Только некоторые бактерии и грибы его деградируют, и то ооочень медленно, отсюда наша почва и уголь. Именно поэтому растения все лигнинируют, это главный элемент защиты от животных. Появление такого материала неизбежно, т.к. это самый лучший конструкционный материал. Но это вызывает постоянное убирание углерода из атмосферы. Кстати, и Вы состоите из коллагена по той же причине. Белок подобран так, что его пищевая ценность минимальна, а гидролитическое расщепление максимально затруднено. Вы на один ход вперед смотрите, а растения в эти игры играют сотни миллионов лет.
5th-Jan-2014 12:57 am (UTC)
снижение ЦО2 никак не фотосинтез, это лишь темрпоральное ограничение. Главное это перевод его в другие формы (например каменный уголь).


Плюс тут редкий случай но тут вас уели, а это сложно <3 На самом деле О2 сильно высоко и подняться не может. Начиная с определенного уровня О2 будет гореть всё включая сырую древесину.
так что пожары и вулканы вернут ЦО2 на родину :)
5th-Jan-2014 01:46 am (UTC)
Точно, уголь сам из атмосферы выпадает.

Вы бы хоть посмотрели, сколько в атмосфере углекислого газа и сколько кислорода.

Когда все покрыто льдом и пустынею, гореть все равно уже нечему, остается вулканизм. А он может быть слишком низким, и эта ситуация может затягиваться на миллионы лет. Плюс эмиссия СО2 зависит от предыдущей стадии, на которой образовывались карбонаты, которые попали в зону субдукции и теперь разлагаются. Если надолго нарушается углеродный цикл, то и вулканическая эмиссия начинает падать.

С4 фотосинтез вообще ни к селу ни к городу. Там те же проблемы по той же причине.
5th-Jan-2014 01:00 am (UTC)
вдогонку:
Чтобы фотосинтез шел на воздухе, углекислый газ должен свободно заходить в ткани, но это неминуемо приводит к испарению воды, которое необходимо компенсировать.

Природа однако думает умнее (ц) В жарких областях как раз растения юзают модифицироанный проапгрейженный цикл фотосинтеза. Точнее конечно газообмен он нужен, но что мешает это
делать ночью? :) А уже световая фаза днём, конечно.
5th-Jan-2014 02:10 am (UTC)
Спасибо, интересная тема!

Кажется, главная проблема, всё-таки, это сессильность водныхъ растенiй.

Если бы не это, наземныя могли бы рѣшать свои проблемы примѣрно такъ же, какъ наземныя животныя.

Скажемъ, потеря воды при дыханiи представляетъ для животныхъ проблему, (навскидку) сопоставимую съ потерей воды при фотосинтезѣ. Извѣстно, какъ она рѣшалась: дышимъ черезъ мембраны въ спецiально оборудованныхъ полостяхъ съ регулируемой влажностью (лёгкiя, трахеи); эффективность поглощенiя нужныхъ компонентовъ окружающей газовой смѣси повышаемъ съ помощью спецiальныхъ связывающихъ агентовъ ("углекислотный гемоглобинъ"); къ фотосинтезирующимъ органамъ подводимъ не газъ, а "кровь", съ содержанiемъ углекислоты на порядки выше, чѣмъ во внѣшней средѣ. Просто такъ, съ поверхности ("кожи"), стараемся вообще ничего не испарять.

Вотъ почему вотъ этого всего нѣтъ? (Ну кое-что есть: кутикула, устьица, пассивная транспортировка воздуха черезъ защищённыя отъ испаренiя межклѣточныя пространства... но мало.) Думаю, потому, что на сушу вышли уже не просто сессильными, а категорически не привыкшими вообще что бы то ни было дѣлать "активно" (качать "кровь" къ органамъ, прокачивать воздухъ черезъ "лёгкiя" и т. п.). Т. е. засада - гдѣ-то раньше.

5th-Jan-2014 02:57 am (UTC)
Этого нет, потому что нет "углекислотного гемоглобина", о котором Вы мечтаете. Белок, который связывает СО2 -один из самых неэффективных в природе,
en.wikipedia.org/wiki/RuBisCO
и поэтому он в ней наиболее, с огромным отрывом, распространен. В некоторых хлоропластах его столько, что он кристаллизуется. За миллиарды лет не удалось найти ничего лучше, чем этот чудовищно неэффективный метод. Засада - в биохимии углеродной фиксации. Растения делают абсолютно все возможное, что вообще можно сделать в такой ситуации, но они не могут обойти это фундаментальное ограничение, изначально заложенное в цианобактерии. Главная причина - они сами. Энзим отравляется кислородом. Когда цианобактерии начали оксигенацию, кислорода не было, углекислого газа было полно, и ограничение не было таким жестоким ограничением на прдуктивность фотосинтеза. После того, как фототрофы наполнили атмосферу кислородом и удалили СО2, эффективность связывания углекислого газа упала на порядки. Это пример того, как поддерживается гомеостаз и обитаемость Земли в долгой перспективе.

Мотильных же водных "растений" - водорослей - огромное количество, в основном одноклеточные, но есть и многоклеточные, т.е. это не аргумент.
5th-Jan-2014 04:30 am (UTC)
Однако при более активном вулканизме будет постоянный приток свежего CO2, а также прочих полезностей, фотосинтезируй на здоровье. К тому же на такой планете будет больше биомассы и больше кислорода, так что лесные пожары будут периодически возвращать углерод в атмосферу с большей эффективностью. Возможно, все это приведет к более плотной атмосфере, и растения научатся образовывать заполненные метаном газовые пузыри и летать. Что, впрочем, не убережет их от пожаров в случае образования плотных атмосферных скоплений. Так что гомеостаз вполне возможен, но жить будет интереснее.
5th-Jan-2014 05:12 am (UTC)
Так и было в Tr-J-K. Летать, правда не стали. С тогдашними зверушками действительно не соскучишься...
5th-Jan-2014 06:17 pm (UTC)
Получается, сейчас человек раскручивает атмосферную химию обратно. Причём добровольно и с песней.
5th-Jan-2014 06:24 pm (UTC)
А почему бы и нет? Оледенения становятся все хуже с каждым циклом. Мы в самом низу исторического диапазона концентрации. Хорошо еще континенты удачно расположились, иначе бы оно могло быть стать перманентным. Как знать, может быть мы и есть та самая положительная связь, над которой матушка-природа трудилась с эоцена.
6th-Jan-2014 06:03 pm (UTC)
Я подумал, как можно было бы пытаться возражать. Растения мотильны. движение путем роста, всякая росянка и вьюнки. То есть не надо абсолютного противопоставления - они подвижны, но мало по сравнению с животными. Теперь: берем животных и выбираем из них седентарные формы. и смотрим, как они приобретают вторичную подвижность. Кажется, с этим будет плохо Делаем предварительный вывод: активность - не такая простая штука, даже потеряв ее после того, как была, приличную активность с подвижностью набрать крайне трудно. Мне навскидку не вспоминаются доказанные случаи высокой подвижности у потомков седентарных форм. Ну, кроме штук типа неотении. И тогда вопрос будет - отчего растения когда-то стали седентарными, а из ловушки седентарности выйти нелегко.
6th-Jan-2014 07:04 pm (UTC)
Я примерно в этом духе и предлагаю ответ: что в конце Девона седентарность стала облигатной из-за коллективного влияния растений на климат, и они попали в такую ловушку. Выхода из нее не было, т.к. нашлись более легкие пути распространения в рамках уже существующих структур. В том числе и вегетативно, через те же корни.

Это, конечно, не очень хорошее объяснение, и мне на это справедливо указывали (шишки на ножках). Здесь мой аргумент такой: любая мотильная система была бы основана на белковых структурах. Мобильная же может быть основана на одних углеводах (фрукт, съеденный птицей; плотик; вертолетик). Для растений азот очень дорог, и предпочтение всегда будет отдано пассивной системе, если это возможно. Начиная с каменноугольного периода это всегда было возможно, и мотильности не потребовалось. Однако, все эти объяснения не годятся, чтобы объяснить облигатную седентарность между ордовиком и девоном. Тут я пас, но я не уверен на 100%, что это абсолютно исключено. В природе из каждого правила по десять исключений, и седентарность растений (на относительность которой Вы правильно указвваете) поэтому мне кажется загадочной. Мне кажется, что переход от седентизма к мотильности у животных легче, т.к. и та и другая форма построена из белковых структур; цена мускула и соединительной ткани сопоставима; перед растениями же открыт выбор.
6th-Jan-2014 09:56 pm (UTC)
Причина в том, что природа не умеет создать биомембрану, позволяющую молекулам углекислого газа через нее проходить, но воде при этом не теряться.

Эволюция могла бы создать одну отдельную систему только для CO2-газообмена (пусть и с какими-то неизбежными потерями воды в процессе) и другую отдельную систему специально для охлаждения. И мне кажется, что эволюция пошла бы именно таким путём - две системы - если бы нужда в биомембране (как альтернативе к двум системам) была, а создать её не позволяли законы химии\физики.
Однако двух систем не случилось, растения не потеют --> не было в том изначальной потребности. Потому и не возникли ни две системе, ни биомембрана.

Т.е. отсутствие биомембраны - оно от отсутствия потребности, а не от отсутствия возможности.
6th-Jan-2014 10:20 pm (UTC)
Как эту отдельную систему предлагается сделать? Из чего?
This page was loaded Sep 20th 2019, 8:57 pm GMT.