Niełatwo wyobrazić sobie Ziemię bez roślin, bez lasów, drzew, krzewów, traw dających tlen, jedzenie i schronienie. A jednak przez większość dziejów Ziemi – kilka miliardów lat – krajobraz naszej planety był księżycowy. Była surową, kamienistą pustynią z ekstremalnymi temperaturami i zabójczym promieniowaniem.

Przemiana Ziemi w miejsce zdatne do życia była skomplikowanym procesem, wymagającym m.in. fotosyntezy i... czasu. Do produkcji energii, z tlenem jako produktem ubocznym, zaczęto ją wykorzystywać 2,3-2,5 mld lat temu. Robiły to sinice – mikroorganizmy bez korzeni ani gałęzi, proste w budowie. To one są uznawane za organizmy, które doprowadziły do tzw. katastrofy tlenowej i drastycznej zmiany atmosfery. Choć ta zmiana zabiła wiele organizmów beztlenowych, umożliwiła powstanie warstwy ozonowej i – setki milionów lat później – rozwój bardziej złożonego życia na lądzie.

Na granicy morza i lądu

Dokładny czas pierwszej kolonizacji lądu przez rośliny nie jest pewny. Najstarsze znane okazy kopalne roślin datowane są na 480 mln lat temu, gdy były już potęgą przeobrażającą oblicze i klimat planety. Niewykluczone, że lądy zazieleniły się dużo wcześniej, na co wskazują dowody naukowe pochodzenia molekularnego – oparte na analizie makrocząsteczek biologicznych, takich jak DNA, RNA oraz białka, pokazujące ewolucyjne relacje między nimi.

Przodkami dzisiejszych roślin lądowych były zielenice – jedno- lub wielokomórkowe beztkankowe organizmy powstałe w morzu w okresie wczesnego mezoproterozoiku (ok. 1,5 mld lat temu). To one z czasem w procesie trwającym miliony lat przejęły zdolność do fotosyntezy od sinic, włączając je do swoich komórek na drodze pierwotnej endosymbiozy. Poprzedziło to „wyjście” roślin na ląd – co też było długotrwałym procesem ewolucyjnym – a potem skolonizowanie lądów, co specjaliści uznają za jedno z najważniejszych wydarzeń w historii Ziemi i jednocześnie za jedną z największych zagadek.

Dziś z dużym prawdopodobieństwem możemy powiedzieć: zielenice z grupy ramienicowych, żyjące na brzegach zbiorników wodnych, po wykształceniu mechanizmów chroniących przed wysychaniem stały się przodkami roślin lądowych. Pierwszymi grupami tych roślin – ok. 470-500 mln lat temu – były organizmy przypominające dzisiejsze mszaki – wątrobowce, mchy i glewiki. Miały formę mat roślinnych, inaczej: kożuchów glonowych, które zasiedliły brzegi wód – płytkich rzek, strumieni i obszarów podmokłych. Choć mchy to już rośliny lądowe, nie na darmo nazywa się je wilgociolubnymi. Ich cykl życiowy zależał od obecności wody. Potrzebowały jej m.in. do reprodukcji, a brak tkanek naczyniowych uniemożliwiał im życie w suchym środowisku. Z tych prymitywnych mat wyewoluowały później bardziej złożone rośliny naczyniowe, takie jak ryniofity, które zapoczątkowały wszystkie linie rozwojowe, prowadzące przez m.in. rośliny osiowe do żyjących i dziś gatunków roślin lądowych.

Między algą a mchem

Wyewoluowanie od wodnych zielenic do lądowych mszaków, czyli lądowych roślin zarodnikowych, trwało miliony lat. Wykształcił się wtedy zestaw cech, które później pozwoliły pierwszym roślinom na zasiedlanie wilgotnych brzegów. Jednymi z takich cech były kutykuła – cienka, woskowa warstwa na powierzchni, chroniąca przed wyschnięciem, oraz aparaty szparkowe – otworki, które pozwalały „oddychać” bez utraty wilgoci. Wykształciła się też symbioza z grzybami, które rozpuszczały skały kwasami i przekazywały minerały roślinom, w zamian otrzymując cukry produkowane w fotosyntezie. Ta tzw. współpraca mikoryzowa stała się już na zawsze podstawowym mechanizmem, na którym polegają także współczesne rośliny, by przetrwać. Pojawienie się i rozwój roślin coraz lepiej przystosowanych do trudnego, nieprzyjaznego otoczenia na trwałe zmieniły planetę. Mszaki i porosty kruszyły skały swoimi kwasami. Przyczyniło się to do powstania pierwszej, cienkiej warstwy próchnicy, wietrzenia skał, powstania i rozwoju pierwszych gleb.

Po opanowaniu lądu rośliny cały czas różnicowały się i dostosowywały do nowych warunków życia, a ewolucja prowadziła do powstania złożonych ekosystemów lądowych. Zachowały się szczątki ryniofitów, pierwszych roślin naczyniowych. Pojawiły się ok. 430-400 mln lat temu (okres syluru/wczesnego dewonu); były prymitywnymi, pozbawionymi liści i korzeni widlastymi pędami i kłączami. Co istotne, wykształciły tkankę przewodzącą (ksylem), która pozwoliła im na transport wody i soli mineralnych, co umożliwiło oderwanie się od bezpośredniego sąsiedztwa wody i rozrost w górę. To, że nie odnaleziono pozostałości roślin starszych od ryniofitów (przetrwały po nich jedynie pozostałości ich zarodników), niczego nie przesądza. Pewnie nie zachowały się w postaci skamieniałości. Młodsze od ryniofitów były trymerofity, miały słabo, bo słabo, ale jednak wykształcony główny pęd – dalekiego protoplastę pni drzew. Pęd główny rozwijających się także w dewonie zosterofilofitów był już wyraźny.

Czas przełomu

Dewon, okres w paleozoiku (ok. 419-359 mln lat temu), był wyjątkowy i przełomowy dla roślin. Dlatego też w nazwaniu go „dewońską rewolucją roślinną” nie ma przesady. Rośliny wykształciły wtedy zaawansowane systemy korzeniowe, co pozwoliło im na lepsze odżywianie i stabilizację na lądzie. Proces ten doprowadził do powstania pierwszych nowoczesnych gleb.

W dewonie nastąpił rozwój korzeni i liści. Rośliny zaczęły wytwarzać korzenie – do kotwiczenia w podłożu i pobierania wody, oraz liście – do fotosyntezy. W późnym dewonie, ok. 330-370 mln lat temu, pojawiły się nasiona – była to poważna zmiana, bo uniezależniała rośliny od wody w procesie rozmnażania; pozwoliła też, co ważne, na skolonizowanie rejonów bardziej suchych, położonych w głębi lądu.

Krajobraz Ziemi zmienił się zupełnie. Rośliny przestały występować tylko w pobliżu wody – zaczęły zajmować suche obszary, a przez to zmieniać bieg rzek i stabilizować linie brzegowe. To przeobraziło ekosystemy Ziemi na zawsze. Podczas gdy na początku dewonu rośliny były małe i proste, do metra wysokości, pod koniec tego okresu niektóre drzewa osiągały nawet 30 m wysokości. Do tego rośliny, które wcześniej były prostymi organizmami bez liści i korzeni, wyewoluowały w dewonie w złożone formy z prawdziwymi systemami korzeniowymi, tkankami przewodzącymi i liśćmi. Poza tym pod koniec dewonu pojawiły się pierwsze rośliny nasienne (paprocie nasienne), co uniezależniło rozmnażanie roślin od środowiska wodnego.

Las Calamophyton

Nastąpiła ponadto gwałtowna kolonizacja lądów przez rośliny naczyniowe i doszło do powstania pierwszych lasów. Tworzyły je pierwsze rośliny o budowie drzewiastej, takie jak Archaeopteris czy Calamophyton. Ten pierwszy, uznawany za pierwsze nowoczesne drzewo, wyglądał co prawda jak skrzyżowanie dzisiejszego iglaka z paprocią, ale osiągał nawet 30 m wysokości. I jako pierwszy miał drewno identyczne jak u dzisiejszych sosen, poza tym głęboki system korzeniowy i liście zrzucane sezonowo.

Calamophyton przypominający kilkumetrową prymitywną palmę nie miał prawdziwych liści – ich funkcję pełniły gęste, gałązkowate struktury na szczycie pnia. W 2024 r. w Somerset w Anglii odkryto skamieniały las Calamophyton, najstarszy znany las na Ziemi. Sprzed – bagatela! – 390 mln lat. Rósł na długo przed pojawieniem się człowieka, przed powstaniem Laurazji i Gondwany oraz współczesnych kontynentów.