Введение

Семейство осмонда (семейство королевских папоротников) – семейство папоротников, включающее от четырех до шести современных родов и 18–25 известных видов. Это единственное существующее семейство отряда Osmundales в классе Polypodiopsida (папоротники) или, в некоторых классификациях, единственный порядок в классе Osmundopsida. Это древняя (известная с верхнего пермского периода) и относительно изолированная группа, часто называемая «цветущими папоротниками» из-за характерного вида зрелых спорангиев у Claytosmunda, Osmunda, Osmundastrum и Plensium (подтриба Osmundinae). У этих родов спорангии расположены обнаженными на неламинарных пестиках, в то время как у Todea и Leptopteris (подтриба Todinae) спорангии расположены обнаженными на ламинарных пестиках. Папоротники этого семейства крупнее большинства других папоротников.

Описание

Стебли Osmundaceae содержат сосудистую ткань, расположенную в виде эктофлоического сифоностеля; то есть кольцо флоэмы располагается только снаружи кольца ксилемы, которое окружает сердцевину (и никакой другой сосудистой ткани). У основания листьев этих папоротников можно различить прилистники. Упрочненные основания листьев сохраняются и перекрываются, образуя твердый слой, окружающий стебель. Плащ из склеренхимных оснований листьев и перемешанных корней может формировать древесный ствол, когда стебель выходит на поверхность, достигая высоты до у Todea barbara. Вымершие представители семейства, процветавшие в мезозойскую эру, могли достигать размеров деревьев и назывались древовидными папоротниками. Листья либо голодиморфные, с четко отделенными плодородными и стерильными вайями, имеющими совершенно разную структуру, либо имеют плодородные и стерильные части вайи, сильно различающиеся по строению. Спорангии у Osmundaceae крупные и открываются продольным разрезом на вершине; эластическое кольцо, обеспечивающее открытие спорангия, расположено сбоку. Обычно содержится от 128 до 512 спор. Споры зеленые, почти округлые и трилетные. Споры прорастают в гаметофиты, которые зеленые (фотосинтезирующие) и растут на поверхности. Они крупные и сердцевидные. Основное число хромосом для представителей этого порядка – 22.

Таксономия

Смит и др. (2006) провели первую классификацию папоротниковидных растений высшего ранга, опубликованную в эпоху молекулярной филогении, выделив четыре класса папоротников (Polypodiopsida). В то время они использовали термин Polypodiopsida sensu stricto для обозначения самой большой из этих групп. Позднее термин Polypodiopsida sensu lato стали использовать для обозначения всех четырех подклассов, а крупный подкласс был переименован в Polypodiidae. Эти папоротники также неформально называют лептоспорангиатными. Polypodiidae включает семь порядков, филогенетические взаимосвязи которых показаны на следующей кладограмме, где порядок Osmundales рассматривается как сестринская группа ко всем остальным членам подкласса.

Эволюция

Бомфлер и соавторы отмечают, что "Осмундалес, вероятно, обладает самым богатым и информативным ископаемым следом среди всех ныне существующих групп папоротников". Этот порядок хорошо представлен в ископаемой летописи начиная с пермского периода. Листья осмундалевых или потенциально осмундалевых папоротников, включая *Anomopteris* Brongn., *Todites* Seward, *Cladotheca* T. Halle, *Osmundopsis* T. M. Harris, *Cacumen* Cantrill & J. A. Webb, *Osmunda*, *Damudopteris* D. D. Pant & P. K. Khare, *Dichotomopteris* Maithy и *Cladophlebis* Brongn., 1849, часто встречаются начиная с пермского периода вместе с рассеянными спорами, такими как *Osmundacidites* Couper и *Todisporites* Couper. Однако установить их родство с Осмундалес, и особенно с Osmundaceae, затруднительно. В триасовом периоде листва становится более распространенной и схожей, а иногда и идентичной, с листьями современных *Todea*, *Osmundastrum* и *Claytosmunda*. Более полные ископаемые образцы корневищ указывают на то, что группа была наиболее разнообразной в пермском периоде и уже значительно сократилась в триасе по количеству существенно отличающихся форм (см. Bomfleur et al. и ссылки в их работе). Первые ископаемые представители современных Osmundaceae (= триба Osmundeae) включают ископаемые корневища с анатомией *Claytosmunda* или со структурными особенностями, характерными для *Osmundastrum cinnomomeum* и его предшественников. То же самое относится и к столь же древним ископаемым листьям этой группы. Основным диагностическим признаком Osmundeae (современных Osmundaceae) является гетерогенное склеренхиматическое кольцо в основании стебля. Эта потенциальная синапоморфия – единственный признак, отличающий Osmundeae от парафилетического рода, объединяющего их потенциальных ранних предков и сестринские группы, *Millerocaulis*. Основной план строения, разделяемый с *Millerocaulis*, в целом сохранялся в линии Osmundeae и лишь незначительно или умеренно изменялся за последние 200 миллионов лет. Триасовые и юрские морфологии корневищ и листьев остались по существу неизменными в линии, ведущей к *Claytosmunda claytoniana*. Это делает невозможным разграничение прямых предков *C. claytoniana* от предков его сестринских групп *Osmunda* и *Plenasium*, или их общих предков. Молекулярные датировки указывают на разделение между *Osmunda* и *Plenasium*, а также на их расхождение от *Claytosmunda* в раннем меловом периоде, что совпадает с расхождением между сестринскими родами *Todea* и *Leptopteris*. Линия *Osmundastrum* отделилась гораздо раньше (вероятно, в среднем триасе), что согласуется с новой классификацией переоцененных ископаемых корневищ, первоначально включенных в *Millercaulis*. Полный список ископаемых корневищ и листьев, связанных с современными Osmundaceae (Osmundeae в классификации Bomfleur et al.), можно найти на datadryad.org. Единственная четкая реконструкция эволюции морфологических признаков в Osmundaceae содержится в основополагающей работе Миллера. Примечательно, что пермские корневища обоих семейств в Osmundales – вымерших Guaireaceae и Osmundaceae, включая существующие виды – уже демонстрируют относительно сложную анатомию стелы по сравнению с сохранившимися представителями группы. Ископаемый архив корневищ также указывает на несколько независимых радиаций, вероятно, древовидных линий, Guaireaceae и Thamnopterioideae в перми, *Osmundacaulis* в триасе и *Plenasium* (подрод *Aurealcaulis*) в позднем меловом – палеогеновом периодах. Как уже отмечал Миллер, в юрском и меловом периодах встречаются высокоспециализированные формы, не имеющие прямого отношения к существующим видам и родам, такие как *Millerocaulis* (*Osmundacaulis*) *kolbii*. Еще одна общая тенденция заключается в том, что пермские Осмундалес были значительно крупнее своих современных аналогов. Сегодня широко распространенные виды Osmundaceae являются корневищными с небольшими, слабо разветвленными стелами.