Są dwa sposoby na zdefiniowanie sukcesu ewolucyjnego. Pierwszy jest ściśle taksonomiczny: to grupa, która ma wiele gatunków. Drugi ekologiczny: to grupa, która opanowała duże obszary lądu. Trawy dominują na Ziemi według obu kryteriów” – mówi „Focusowi” dr Elizabeth Kellogg z amerykańskiego Donald Danforth Plant Science Center. Dowody? Rodzina traw liczy ok. 11 tys. gatunków, które porastają blisko 20 proc. powierzchni naszej planety. To te rośliny tworzą sawanny Afryki, prerie Ameryki Północnej, pampę Ameryki Południowej oraz stepy Europy Wschodniej i Azji Środkowej. A w tropikalnej części Azji panoszą się zarośla traw o zdrewniałych pędach, czyli bambusów.
Ekspansja człowieka jeszcze tylko dodaje nowe obszary do tego i tak już rozległego imperium. Duża część naszego menu to produkty wytwarzane z udomowionych traw, czyli zbóż. Także większość zwierząt hodowlanych jest trawożerna. Dlatego ludzie bez przerwy rozszerzają obszary pól uprawnych, łąk i pastwisk, a do tego jeszcze zakładają przed domami trawniki.
Co więcej, gdyby nie te rośliny, być może w ogóle nie byłoby Homo sapiens! „Nasz los od początku splótł się z losem traw. I do dziś z żadną inną grupą roślin nie wiążą nas tak bliskie związki” – pisał dr Marcin Ryszkiewicz, ewolucjonista z Muzeum Ziemi Polskiej Akademii Nauk, w książce „Ziemia i życie”. Jak to się stało, że trawy odniosły taki sukces i zarazem pomogły ludziom?
Podpalacze planety
Historia ta rozpoczyna się ok. 8 mln lat temu. To wtedy trawy objawiły swą naturę rasowych najeźdźców. Jak na agresorów przystało, podbiły świat przede wszystkim ogniem.
Trawy są niesłychanie łatwopalne (o czym co roku boleśnie przekonują się leśnicy i strażacy). Ich wyschnięte źdźbła płoną od najmniejszej iskry. Ogień szybko się rozprzestrzenia, skacząc z jednej kępy na drugą i docierając do lasów. Tam wywołuje pożary, które niszczą drzewa, ale nie trawy, a przynajmniej nie tak doszczętnie. Ich źdźbła palą się co prawda szybko, ale w niższej temperaturze, co zapobiega zniszczeniu tkanki wzrostowej, ukrytej tuż przy ziemi. Dlatego od razu po przejściu pożaru trawy są gotowe do wypuszczenia nowych pędów na pogorzelisku.
Przed milionami lat zastosowały taktykę spalonej ziemi na globalną skalę. Powietrze na naszej planecie, jak twierdzi prof. David Beerling, brytyjski paleontolog i autor książki „The Emerald Planet” („Szmaragdowa Planeta”), zagęściło się od dymów. Doprowadziło to – wskutek kilku różnych procesów – do wysuszenia powietrza i zmniejszenia ilości opadów. W rezultacie pożary wybuchały jeszcze łatwiej, rosło jeszcze więcej traw i koło się zamykało.
Od sawanny do rolnictwa
Takie zmiany flory musiały wpłynąć także na faunę. Pojawili się w niej wyspecjalizowani trawożercy. Musieli mieć mocniejsze zęby, które pozwalały na zgryzanie twardych, bo wysyconych krzemionką źdźbeł. Otwarte przestrzenie stepów, na których widać na duże odległości, ale nie można nigdzie się ukryć, wymagały z kolei dobrego wzroku i umiejętności długiego, sprawnego biegu podczas ucieczki. Przydawało się także życie w stadach – podczas gdy część osobników żerowała, inne wypatrywały drapieżników. Takim to sposobem Ziemia wzbogaciła się o konie, zebry, suhaki, antylopy gnu, gazele, a nawet kangury.
W Afryce rozrost sawann i kurczenie się lasów doprowadziły do najważniejszego dla nas przełomu w ewolucji: część małp człekokształtnych przeniosła się z drzew na otwarte, porośnięte _ V” trawami przestrzenie. Aby ochronić się przed palącym słońcem i lepiej widzieć zagrożenia, przyjęły przystosowały się do długich, niemal maratońskich biegów oraz życia we wspierających się wzajemnie społecznościach.
Tak właśnie 7 mln lat temu od małp oddzieliła się linia człowiekowatych, która na koniec wydała z siebie Homo sapiens. Potomkowie „rewolucji traw” odwdzięczyli się im godnie: masowo wypalając, a potem także wycinając lasy, by zyskać miejsce na pastwiska i pola uprawne. Te ostatnie zaczęły powstawać ok. 10 tys. lat temu, gdy ludzie udomowili trawy i zrobili z nich podstawę wyżywienia. W Europie stały się nią pszenica, żyto i jęczmień, w Azji – ryż, w Ameryce – kukurydza, a w Afryce – proso i sorgo. Trawą jest także podstawowy dostawca cukru dla większości świata – trzcina cukrowa – oraz papirus, z którego wyrabiano pierwszy papier.
Zielone źródła sukcesu
W toku ewolucji trawy zastosowały kilka rozwiązań, które okazały się cenne dla człowieka. Jednym z nich była wiatropylność. Dalecy przodkowie traw mieli kwiaty zapylane przez owady. Jednak na otwartych obszarach sawann czy łąk, gdzie wiatr hula całymi dniami, pomoc zapylaczy nie była już potrzebna. Wiatropylność wpłynęła na przebudowę organów rozmnażania traw. Ich drobne kwiatki tworzą kłoski, które z kolei układają się w wiechy lub kłosy. Po zapyleniu przekształcają się w charakterystyczne owoce zwane ziarniakami, bogate w skrobię i białka. Ich wysokie wartości odżywcze przyciągają wielu konsumentów ułatwiających roznoszenie nasion – w tym także nas.
Sama łatwopalność i wiatropylność to za mało, by podbić planetę. Naukowcy do dziś spierają się, co jeszcze zadecydowało o wielkim sukcesie traw. Prof. Beerling za pierwszoplanową uważa wydajniejszą fotosyntezę (znaną jako system C4). Trawy korzystające z niej rozpowszechniły się ok. 8 mln lat temu. C4 pozwala – w największym uproszczeniu – na skuteczniejsze „zasysanie” dwutlenku węgla, będącego podstawowym surowcem, z którego w procesie fotosyntezy powstają cukry (i inne związki organiczne). Taka umiejętność przydaje się, gdy poziom CO2 w powietrzu maleje, a tak właśnie zaczęło się dziać ponad 20 mln lat temu. Kiedy trawy „wynalazły” C4, mogły odetchnąć pełną piersią, podczas gdy inne rośliny ledwie dyszały.
Dr Ryszkiewcz w książce „Ziemia i życie” podkreśla jeszcze jedną unikatową właściwość traw. Otóż większość roślin ma strefę wzrostu położoną na samym szczycie. Gdy go się ode- tnie, wzrost zostaje zahamowany. Trawy zaś, jak pisze dr Ryszkiewicz, „przeniosły swój »wierzchołek« wzrostu do podstawy pędów i liści”. Jeśli więc np. zwierzę zje szczyt trawy – będzie ona odrastać od dołu. Ba, jej skrócenie nie tylko nie hamuje wzrostu, lecz go wręcz przyśpiesza. Dlatego właśnie regularne koszenie zamienia trawniki w gęsty, zielony dywan, tak ceniony przez ogrodników czy miłośników golfa.
Jednak nawet kombinacja tych wszystkich cech nie tłumaczy fenomenu traw. Ostatecznie pojawiły się na Ziemi ponad 55 mln lat temu. Wiele swych cennych ewolucyjnie właściwości odziedziczyły po przodkach. Być może to, że ich wielka chwila nadeszła dopiero 8 mln lat temu, było kwestią zbiegu okoliczności.
Krzyżowanie i kombinowanie
Dr Kellogg ma na ten temat inne zdanie. „W przypadku traw nie można mówić o jednej historii sukcesu, lecz przynajmniej o czterech niezależnych od siebie. Jeśli wyobrazi pan sobie rodzinę z dużą liczbą dzieci, to każde z nich może odnieść sukces w inny sposób” – twierdzi uczona.
Pierwszy przykład to bambusy – trawy, które opanowały sztukę wzmacniania własnych pędów. Odporność mechaniczna sprawiła, że te zdrewniałe rośliny zdobyły wielkie tereny w Azji. Niezależnie od nich świat podbijały gatunki odporne na zimno i mróz, takie jak jęczmień, żyto i trawy pastwiskowe. One zdominowały większą część Europy oraz Ameryki Północnej. Trzecia historia sukcesu to trawy z fotosyntezą typu C4, które opanowały rejony tropikalne. Spośród nich wydzieliła się czwarta grupa – gatunki odporne na suszę i zasolenie.
Dlaczego trawom udało się osiągnąć sukces tak różnymi drogami? Zdaniem dr Kellogg sekret tkwi w zjawisku dotychczas lekceważonym przez botaników: umiejętności krzyżowania się. Nawet odległe ewolucyjnie gatunki tej grupy potrafią wymieniać ze sobą geny. Takie „mezalianse” z reguły dają niepłodne potomstwo. Rodzice należący do odmiennych gatunków najczęściej mają różną liczbę chromosomów (czyli „pakunków”, na jaki podzielony jest materiał genetyczny w jądrze komórkowym). Po ich połączeniu w nowym organizmie panuje bałagan, który – jeśli nie okaże się śmiercionośny – uniemożliwia rozmnażanie się. Trawy nauczyły się obchodzić ten problem, dzięki czemu potomstwo ich rozmaitych gatunków jest płodne. „To zaś pozwalało im na skuteczniejsze mieszanie genów, co mogło dostarczyć materiału do czterech niezależnych historii sukcesów” – podsumowuje dr Kellogg.
Jeśli uczona ma rację, to nie ma powodu, by ewolucja zatrzymała się w tym punkcie. Trawy zapewne nadal eksperymentują z nowymi mieszankami genów. Co chwila powstają kombinacje DNA, które dostarczają im nowatorskich rozwiązań ewolucyjnych. Jeżeli będą w tym tak dobre jak dotychczas, to mogą jeszcze nas zaskoczyć i zmienić po raz kolejny losy Ziemi.
DLA GŁODNYCH WIEDZY:
- Nasz artykuł o ekologii trawników – http://bit.ly/trawn
- Rewelacyjna książka o ewolucji roślin i ich wpływie na Ziemię – „The Emerald Planet. How Plants Changed Earth’s History”, Da- vid Beerling (Oxford University Press 2007)
- Strona dr Elizabeth Kellogg, badaczki ewolucji traw – http://bit.ly/ekellogg