2009-05-22

地球環境の主役 植物の世界を理解する⑯ 植物進化ベクトルの大転換?!高さ競争への適応から、乾燥地への適応へ

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竹は木にも見えるが、茎の構造は草に近く物凄いスピードで成長し、数ヶ月で10メートル近く伸びきる。

前回、「草」の生態について見てききました。草は乾燥地に適応するように進化した植物で、降雨のある短い期間で種子を作りあげ、本体が枯れても乾燥期を種子の状態で生き延びるという形で適応していました。(樹木は超乾燥期を乗り越えられない。)
そして、それは【被子植物】になって初めて可能な戦略であることが分りました。被子植物の前の【裸子植物(銀杏の仲間など)】では受精から種子が成熟するまでに【半年か1年】かかってしまいます。当然、、超乾燥期を種子で乗り越えるということは出来ませんから、裸子植物には「草」という存在はありません。

そう、現在の「草」のほとんどは「木」から進化してきたということになります。
(∵「草」は被子植物であり、かつ、裸子植物には「草」は存在しない。)

(シダ植物の)草⇒木⇒(被子植物の)、 というのが歴史的な進化の事実なのです。なんと、草は草で、草から進化した、というわけではないのですね。

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しかし、単純な感覚としては、簡単なものから複雑なものへと進化するという思い込みがあるせいか、草⇒木⇒草という進化の逆戻りのような道筋は非常に不思議な感じがするのは私だけでしょうか。しかし、調べてみると、これは、ある意味必然の構造があることが分りました。まずは、「木」とは何か、前回の「草」とは何かに続いて追求します。

①木とは何?:高さ競争における実現体としての形成層の獲得こちらのHPを参考にさせていただきました)
ずばり「木」とは光を巡る高さ競争を推し進める中で生まれた生存形態であると考えられます。高いところに葉を広げようとどんどん背を高くすれば、それを支えられるように幹も成長に応じて太くし支えられるようにしなければなりません。この仕組みを形成層といいます。

【1.維管束獲得で大発展→高さ競争】
植物が本格的に陸上生活できるようになったのは、水分の蒸発を防ぐ表皮の発達と地中の水分を茎や葉に通道する「維管束」の発達による。シダ植物は維管束の発達により大型になり陸上に繁殖するようになったが、それにより植物同士の光を巡る競争が始まる。いかに他の植物より上に葉を広げ光を受けるかである。

【2.巨大化したシダは簡単に倒れてしまう(折れてしまう)】
ところが、ひたすら高く背を伸ばすと、かつての植物(シダ)は一旦出来上がった部位はそれ以上太くすることが出来なかったので、簡単に折れてしまいました。(ボキボキ折れまくって化石に成ったのが石炭ですね。)。もっとも、当時の地球は高温、多湿、炭酸ガス濃度も高かったので、またすぐにどんどん成長することが出来ました。

【3.形成層の獲得:高くなるにつれ幹を太くしていく画期的なシステムの実現】
これを上手くクリアするのが形成層です。頂端分裂組織から作られた茎の組織の中に未分化の細胞を残しておき、一次成長が終ったあとも、茎を太らせていく。これにより、茎の先端はどんどん上に伸び枝葉を広げて行き、下の方ではそれに見合うように茎が太くなって植物体を支えます。これが「木」という構造です。最初の木とは、最初に形成層を作った植物ということに成ります。

【4.内側だけでなく外側にも向かって幹を太くする「2面性」の獲得】
石炭紀までの森林の樹木は、形成層から木の内側に向かって「木部」を作るだけだでしたが、その後外側に向かって「師部」も作りようになり、幹の中心側と幹の表面側へ向かって太くすることでより一層強い構造→高く、枝葉を大きく広げることができるように成ります。
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★このように、背を高くして日光に当るために、実に見事な構造体を作り上げているのですね。これが「木」の本質構造といえそうです。高さ競争への収束⇒植物体を支える形成層を高度化ですね。

②木が、再び草へと進化する必然構造
上記のように、上陸後、植物はシダ以降ひたすら高さ競争(日光の獲得競争)に収束してきました。ところが、その「木」から再び「草」が生まれてくることになる。これはなぜか?

(コケ、シダを除く)全ての「草」は被子植物である所がポイントのような気がします。種子植物(裸子⇒被子)は、三畳紀の高温期に広がった乾燥地帯へ適応して生まれてきました。そのような「乾燥適応」のベクトルを持っている以上(高さや形成層は少なくとも、最早「主たる」武器ではないのですから)、いっそう、高さを支える構造体を放棄して、スピーディーに茎を伸ばし葉を茂らす可能性収束する(=過酷な環境に進出する)ものがでてくるのは、おかしくないどころか必然とも言えます。

種子植物が開いた乾燥適応の道を推し進めたのが「草」という形態であるといえると思います。この新しい外圧への対応は、これまでの日光獲得競争とは大きく違う進化ベクトルをもたらしたと言えそうです。そのように考えれば、草⇒木⇒草はすんなり理解できるように思います。

③補足:もう一度「草」から「木」へ
このように高さ競争の「木」から乾燥地適応の「種子植物→草」へと進化のベクトルが変化しましたが、早々に草になったもの(単子葉植物)、遅れて草になったもの(双子葉植物)、はたまた、一旦草になったのにもう一度木になったものもいます。

冒頭に写真を掲載した竹は「早々に木から草に成った」が、しかし、その後再び木に向かったという(←こういうのは結構いるらしい)種です。早期に木を一度辞めていますから、形成層の復活が上手くいかず、竹は高くなるにつれ太くなることはありません。複雑な歴史があったのですね。

List    投稿者 fwz2 | 2009-05-22 | Posted in D.地球のメカニズムNo Comments » 

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