Растения. Очерк эволюции

Растения. Очерк эволюции

• Растения – это фотоавтотрофные эукариоты. Это значит, что растения создают органические вещества своего тела из простых неорганических соединений – диоксида углерода (СО2) и воды (Н2О) под действием света.
• Синтез органических веществ из неорганических  происходит под действием света при участии зеленого пигмента хлорофилла. Этот процесс называется фотосинтезом. Фотосинтез – сложный процесс, который происходит в несколько этапов. В качестве побочного продукта фотосинтеза выделяется кислород . Поэтому растения очень важны для нас, так как являются производителями кислорода на Земле.

Царство Растения включает в себя приблизительно 500 000 видов и делится на две большие группы , так называемые, подцарства– низшие растения (водоросли) и высшие растения (наземные).

водоросли

• Водоросли – это растения, живущие в воде. Это растения, которые устроены определенным образом. Тело водорослей представлено одной клеткой или нерасчлененным на органы слоевищем , то есть у водорослей клетки не дифференцированы. Тело высших растений в той или иной мере расчленено на органы – корень, стебель, лист.
• Водоросли – это низшие растения, населяющие, в основном, водную среду. Это могут быть совершенно разные водоемы: текучие, стоячие, соленые, пресные. Но не обязательно только водоемы, потому что водоросли могут жить и на суше в пленке воды. В основном, это почвенные водоросли и водоросли, обитающие на других растениях.

эвгленовые ботаниками считаются растениями, а зоологами - животнымиТак получается, потому что ботаники считают, что если в организмах содержится хлорофилл,–то это растения; а зоологи считают, что если организмы могут двигаться, то это животные. К тому же они могут терять хлорофилл и питаться как животные.

Тело диатомовых водорослей состоит из одной клетки, эта клетка заключена в прозрачный панцирь. Панцири бывают украшены различными рисунками, и по этим рисункам водоросли и различаются. Панцирь состоит из кремнезема, они прозрачны для света, поэтому водоросли могут осуществлять фотосинтез. Когда водоросли отмирают, панцири осаждаются на дно водоема и образуют породу диатомит. Это легкая, прочная порода, кроме всего прочего, она может использоваться как фильтр

Бурые водоросли – это многоклеточные водоросли, обитающие исключительно в соленых водах. Тело бурых водорослей может быть устроено очень сложно, но, тем не менее, это все слоевище. К бурым водорослям относится небезызвестная морская капуста ламинария, которую можно есть, а также саргассум, единственная бурая водоросль, которая не прикрепляется к субстрату, а плавает сама по себе. Они замечательны тем, что накапливают много йода, содержащегося в морской воде, и употребление их в пищу довольно полезное занятие.

• .

Многоклеточные

водоросли

Красные водоросли – совершенно особая группа водорослей, которая благодаря особым ферментам способна обитать на больших глубинах. До пятисот метров могут спускаться эти водоросли, но, тем не менее, улавливать на этой глубине то ничтожное количество света, которое туда доходит. Красные водоросли также могут быть устроены достаточно сложно, но это все – слоевища. Настоящих органов ни у каких водорослей нет.

Многоклеточные

водоросли

. Зеленые водоросли содержат, в основном, пигмент хлорофилл. Среди них бывают водоросли самой разнообразной формы: кустистые, нитчатые, слоевидные. Но у них всех клетки не дифференцированы. Зеленые водоросли имеют большое значение в эволюции растений. Считается, что именно от них произошли высшие растения, которые являются сухопутными наземными растениями.

зеленые

Многоклеточные

водоросли

Харовые водоросли устроены совершенно необычно. По строению они похожи на хвощи. Их тело состоит из отдельных члеников, ветвеподобных образований.

Значение водорослей для создания морских экосистем очень большое. В основном, все пищевые цепи в морях и океанах начинаются с планктонных водорослей. Водоросли являются строителями экосистем в шельфовой, прибрежной, зоне и большую роль некоторые красные водоросли играют в строении коралловых рифов. То есть, коралловые рифы строятся не только кораллами, но и красными водорослями, в теле которых тоже может откладываться известь

Многоклеточные

водоросли

Высшие растения

• Первые наземные растения появились 420 млн. лет назад.
• Если принять все время, прошедшее от момента «Большого взрыва», приведшего к появлению нашей Вселенной, до настоящего времени за 12 месяцев, то:
• Солнечная система и Земля появились 13 сентября, первые признаки жизни – 11 октября, наземные растения – 20 декабря, первые млекопитающие – 26 декабря, первые гоминиды – 31 декабря в 21 час 45 мин.
• Считается, что все наземные растения, существующие сейчас, произошли от риниофитов (тип споровых растений, составленный самыми примитивными сосудистыми формами). Сейчас наземные растения представлены моховидными, псилотовидными, плауновидными, хвощевидными, папоротниковидными, голосеменными и цветковыми растениями. Предполагается, что предками всех существующих растений были водоросли, в частности, зеленые.

Для того, чтобы выйти на сушу, растениям надо было решить ряд проблем.

Во-первых, в воде менее сильно действует гравитация на тело, поэтому ему нужно было иметь какую-то определенную форму тела, и в итоге, приобрести опору.

Необходимые для фотосинтеза диоксид углерода, свет и вода находятся в двух средах – воздушной и почвенной. Поэтому  нужно, чтобы часть растения находилась в почве, а часть – в воздушной среде, то есть одновременно они должны присутствовать в двух средах. Кроме того, чтобы проводить воду из почвы вверх, должна была появиться транспортная система.

Следующая задача заключалась в защите от обезвоживания. Сухопутная среда способствует обезвоживанию, поэтому растения должны были прибрести приспособления для добывания и сохранения воды.

Для фотосинтеза и дыхания нужно, чтобы газообмен происходил не с раствором (как в случае с водорослями), а с воздушной средой. Для этого у растений существуют такие образования – устьица.

Нежные половые клетки должны быть защищены, а мужские гаметы – подвижные сперматозоиды – могут двигаться только в воде. В процессе эволюции произошел переход к образованию неподвижных мужских гамет – спермиев и доставке их к яйцеклетке с помощью пыльцевой трубки.

Первые растения были покрыты толстым слоем воскоподобного вещества кутина, то есть они защищались от обезвоживания кутикулой. Затем в процессе эволюции появилась ткань эпидермис. Если кутикула покрывала все тело, то она защищала его от обезвоживания, но при этом должны были появиться приспособления для газообмена.

Они и появились в виде ткани эпидермиса. Он состоит из плотно пригнанных друг к другу клеток. Для того, чтобы осуществлялся газообмен, существуют такие остроумные приспособления, которые называются устьица.

Для поддержания вертикального положения тела растения необходимо было появление опоры. Эта опора появилась в виде механических тканей . Она состоит из длинных клеток с очень утолщенными стенками. Причем стенки пропитаны веществом лигнином, которое придает им дополнительную прочность. Клетки, приобретшие такие толстые стенки, не могут быть живыми. То есть эти ткани выполняют свои функции только в мертвом состоянии

Что касается транспортной системы - она должна быть двух типов. Одна должна проводить воду от корней к листьям, а другая – проводить вещества, образовавшиеся в листьях к разным органам растений. Ткани, по которым идет восходящий ток (то есть вода с растворенными в ней минеральными веществами) называется ксилемой. На рисунке ксилема окрашена красным цветом.

Кроме того, что эта ткань проводит воду, она еще выполняет дополнительную опорную функцию. В некоторых случаях только она является той укрепляющей опорой, которая поддерживает растение, это особенно важно для тех растений, у которых нет механических тканей, а есть только ксилема, которая выполняет сразу две функции. Клетки ксилемы тоже могут действовать только в мертвом состоянии. Для того, чтобы вода проходила беспрепятственно, содержимое клетки отмирает, и вода поступает наверх по капиллярному типу.

Вторая ткань – это флоэма . Она осуществляет проведение того, что образовалось в листьях ко всем органам, которым нужны эти вещества – это нисходящий ток. У флоэмы клетки в живом состоянии проводят эти вещества. Эта ткань мягкая, так как стенки клеток не одревесневшие.

Размножение

• У всех наземных растений в жизненном цикле, то есть проходящем от зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) одного растения до зиготы другого, происходит закономерное и ритмичное чередование двух фаз или поколений: бесполого диплоидного (т.е. содержащего двойной набор хромосом) поколения, который называется  спорофит, и полового гаплоидного (т.е. содержат одинарный набор хромосом) – гаметофит. Спорофит производит споры, при образовании спор происходит мейоз, поэтому споры гаплоидные.

Эти растения споровые, они образуют мужские половые клетки – сперматозоиды, окончание - зоид означает, что они движутся в воде, и это приводит к тому, что эти растения могут жить только там , где есть достаточное количество воды для размножения. В геологическом прошлом Земли процветание этих видов было тогда, когда климат был очень влажный, их расцвет приходится на каменно-угольный период, и именно они образовали залежи каменного угля, которыми мы до сих пор пользуемся. Но вскоре климат изменился, изменились условия, эти растения стали вымирать, на смену им пришли другие растения, и эти растения должны были научиться не использовать воду для оплодотворения. Доставка мужских клеток к яйцеклеткам должна была происходить без участия воды. Такими растениями стали семенные: голо- и покрытосеменные.

Несмотря на то, что это семенные растения, у них также есть споры. Они разные: есть мелкие – микроспоры, которые образуются в мелких шишках, есть споры крупные, которые образуются в крупных так называемых женских шишках. Из микроспор появляется мужской гаметофит, производящий мужские гаметы ( пыльцу), а из мегаспоры появляется женский гаметофит.

Мегаспора образуется в структурах, называемых семязачатками. Они находятся в женских шишках, на чешуях, по два семязачатка на каждую чешуйку. Так вот внутри этих семязачатков и образуется мегаспора

. Пыльца начинает прорастать внутри пыльцевой оболочки путем деления на несколько  клеток. Часть из них отмирает, часть остается, но главное, что остаются две клетки, одна из которых потом будет иметь значение для оплодотворения,   а из второй образуются два спермия. В семяпочке выделяется одна клетка, мегаспора, она делится многократно, в конце концов получается образование, называемое женским гаметофитом. Далее мужской гаметофит каким-то образом должен попасть на женскую шишку. Выбрасываемая из пыльцевых мешков пыльца попадает туда при помощи ветра. После того, как она туда попала, семяпочки выделяют сахаристую липкую жидкость, к которой прилипает пыльца. После этого одна из клеток антеридий начинает расти, образуя трубку, которая буквально врастает в архегонию и освобождает спермии, которые по трубке проводятся к яйцеклетке. Получается нечто вроде внутреннего оплодотворения, без участия воды. Далее все происходит как обычно. Внутри семяпочки из зиготы развивается зародыш , из которого, в конце концов, образуется семя. Зародыш – уже следующее поколение спорофита, который хорошо защищен внутри семени. Семя еще защищено оболочкой, семенной кожурой, кроме того, некоторые семена имеют древовидные выросты, с помощью которых они и распространяются. Попав в благоприятные условия, семя прорастает и дает новый спорофит, который вырастает в дерево. У цветковых растений (цветковые растения - это вершина эволюции ), как и у всех прочих, в жизненном цикле доминирует спорофит.

Вот эта яблоня и есть спорофит. На яблоне образуются цветки, в цветках, несмотря на все их разнообразие и сложность строения, главными структурами являются тычинки и пестики. В тычинках образуются микроспоры, которые здесь тоже называются пыльцой, а в пестиках образуются семяпочки, из которых образуются мегаспоры. Здесь защита еще более мощная, чем у голосеменных растений

Семяпочки развиваются в завязи, и там они хорошо защищены. Из микроспоры должен образоваться мужской гаметофит. Мужской гаметофит здесь вообще крайне редуцирован – он состоит всего из двух клеток. Из одной клетки образуется пыльцевая трубка, а из другой – два спермия. Пыльца различными способами доставляется на рыльце пестика. Рыльце пестика покрыто сахаристой жидкостью, которая, во-первых, прилипанию, а во-вторых, прорастанию пыльцы. Но эта жидкость также выполняет еще одну роль. Она позволяет прорасти пыльце только своего вида. То есть любая другая пыльца, попавшая на рыльце этого пестика, что бывает довольно часто, не прорастает.

Внутри семяпочки происходят сложные процессы формирования женского гаметофита. Мегаспора делится три раза, образуется восемь клеток, и одна из получившихся клеток становится яйцеклеткой. Еще две клетки сливаются в центре этого гаметофита, и это образование называется зародышевым мешком. Когда пыльца попадает на рыльце пестика, она начинает прорастать, также, как и у голосеменных, образуется пыльцевая трубка, которая проникает в этот зародышевый мешок, и один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку, а второй не отмирает, как у голосеменных, а оплодотворяет центральное ядро. Вначале оно было диплоидным, а в результате становится триплоидным. В результате из яйцеклетки развивается зародыш, а из триплоидного ядра образуется ткань, которая является питательной для зародыша, а затем и для развивающегося проростка. У голосеменных семяпочки и семена лежали открыто на семенных чешуях, то у покрытосеменных, во-первых, семяпочки находились внутри завязи, завязь находилась внутри цветка, и то, что получается из всех этих частей после оплодотворения, называется плодом. То есть семена получаются заключенными в образование, которое называется плод. (В данном случае, плод – это яблоко.)

Семя, попадая в благоприятные условия, прорастает, семенная кожура лопается, а в семени уже в готовом виде находится следующее поколение спорофита. Пока еще зародыш, который уже имеет два семядольных листика, верхушечную почку и корешок. Когда кожура лопается, первым появляется корешок, он заякоривает это будущее растение в почву, начинает самостоятельно питаться, появляются зеленые листья, и в конце концов, этот бывший проросток превращается в растение.

У покрытосеменных существует несколько способов доставки пыльцы в семяпочки. Самый распространенный способ – это с помощью насекомых.

Многие растения приспособлены к тому, чтобы пыльцу на пестик доставляли насекомые.(Процесс переноса пыльцы к семяпочкам называется опылением.) Как правило, при этом происходит взаимное приспособление насекомого и цветка друг к другу. Интерес цветка понятен – его нужно опылить, а насекомому нужно питаться. Цветок начинает вырабатывать нектар (кроме того, некоторые насекомые едят саму пыльцу). Помимо этого, некоторые насекомые откладывают яйца прямо в пестики, и потом внутри завязи развиваются личинки. Для того, чтобы семена в этом случае произвелись, а не были съедены личинками, у цветков есть способы защиты. Иногда насекомые принимают цветок за насекомых противоположного пола и летят к цветку. Когда насекомое садится на нижнюю губу, тычинки с силой бьют его по спине, высыпая на него пыльцу. Насекомое пролезает вглубь цветка, касаясь спиной рыльца пестика. А поскольку насекомые за день бывают на нескольких цветках, то происходит процесс переноса пыльцы с одного цветка на рыльце пестика другого..

В данном случае цветок устроен так, что нижняя губа представляет собой «взлетно-посадочную» площадку. Иногда она бывает даже каким-то образом размечена, то есть на ней имеются какие-то пятна. Некоторые растения приспособились к тому, чтобы их опыляли не беспозвоночные, не насекомые, а уже позвоночные животные, например, птицы. Например, колибри, которая опыляет цветок. Она запускает свой клюв внутрь пыльцевой трубки  и высасывает оттуда нектар. А в это время пыльца высыпается на перья колибри. Некоторые растения приспособлены к опылению млекопитающими – летучими мышами

После того, как произошло оплодотворение, из цветка образуются плоды. Плоды у покрытосеменных самые разнообразные. И это не столько способ защиты семян, сколько их распространения. Существует разные способы распространения плодов. Это различные зацепки, с помощью которых плоды цепляются к шерсти животных; это приспособления, с помощью которых сами растения разбрасывают семена

. Створки боба скручиваются и разбрасывают вокруг семена. Есть еще растение, которые образуют сочные плоды, похожие на огурец, в этих сочных плодах возникает давление, и в итоге, плод отрывается от плодоножки, и семена с силой выстреливаются в этой точке отрыва. Такое растение называется бешеный огурец.)

Некоторые растения приспособились к производству сочных плодов. Они нужны, чтобы кто-то их съел, а затем семена, пройдя через кишечник, выйдут где-нибудь в другом месте. Кроме того, здесь еще есть удобрения, и в итоге, такие семена лучше прорастают. Кстати, черника имеет плоды мелкие, но покрытые очень твердой семенной кожурой. И если черника не была предварительно съедена медведем, и семена эти не были обработаны в желудке и кишечнике кислотой, они не прорастают. Многие плоды человек использует в пищу.

Мохообразные

Мохообразные

Тело печеночников представляет собой слоевище. Мужские и женские половые органы появляются на «подставках». Они имеют своеобразное строение. Сверху на мужской подставке образуются сперматозоиды, а на женских подставках образуются яйцеклетки. Интересно, как тут может присутствовать капельно-жидкая влага и как сперматозоиды попадают к яйцеклеткам. Происходит это так. Капли дождя падает на подставку, сползает вместе со сперматозоидами вниз, шлепается на слоевище, и часть брызг вместе со сперматозоидами попадает к яйцеклеткам. Этот способ размножения, конечно, не очень эффективен, но что-то из этого когда-то получается, если печеночники до сих пор существуют. Обитают печеночники по берегам рек,  болотам.

Более привычные мхи – зеленые, растут в лесах.

Сфагновые мхи замечательны тем, что они нарастают верхушками всю жизнь, а с нижнего конца отмирают, таким образом образовывая слои, которые потом спрессовываются и называются  торфом. То есть эти мхи образуют торфяные, иногда очень значительные по размерам болота. Эти мхи бывают различного цвета, хоть они и называются белыми. Белыми они называются потому, что внутри их тела есть пустые, ничем не заполненные клетки, с отмершим содержимым.

Далее идет представитель Плауновых – Селягинелла. На них можно увидеть те самые листья-выросты, которые не очень эффективно увеличивают площадь, но существуют они до сих пор.

Это хвощи. Вы можете видеть хвощ речной и хвощ гигантский. Это самый высокий в мире хвощ: 4-5 метров высотой. Хвощи имеют такое своеобразное членистое строение, состоят из отдельных члеников, которые появляются сразу, и когда хвощ растет, они просто раздвигаются.

Это папоротникообразные. Их листья – это плоские ветки, целая система осей, которая уплощается и в процессе эволюции превращается в листья папоротника. Не у всех папоротников такие листья, бывают листья простые, не рассеченные, почковидной формы и др. Очень интересен папоротник, который образует два вида листьев: зеленые и нишевые. Этот папоротник эпифидный, то есть он растет на других деревьях, и вот в нишевых листьях скапливаются остатки почвы, перегнившие остатки листьев; таким образом папоротник создает на дереве себе среду для жизни.

Вот древовидные папоротники, которые еще существуют в тропиках и субтропиках, они образуют там целые леса, где образуют верхний древесный ярус, а также встречаются в нижнем наземном ярусе леса. На стволах древовидных папоротников могут жить другие папоротники.

На рисунке с представлен единственный представитель класса голосеменных – гинкго двулопастной, который выжил совершенно случайно потому, что его выращивали китайские монахи вокруг монастырей. Также представлен саговник. Они бывают разные. В основном это тропические растения.  Интересно то, что их листья похожи на листья папоротников: крупные, многократно рассеченные, находящиеся на верхушке ствола.

Это уже покрытосеменные.  На рисунке видны цветки, венчики которых срослись, они способны только к насекомоопылению. Внизу слева показаны цветки с бахромчатыми лепестками. На этом рисунке также представлены разные цветки.

Это самое крупное семейство, оно содержит примерно 30 тыс. видов. Поскольку цветки орхидных очень красивые, необычные, это очень популярное оранжерейное растение. Некоторые коллекционируют орхидеи, это очень дорогое занятие. Сейчас выведено более 100 тыс. сортов. Орхидные наиболее приспособлены к опылению насекомыми, причем только одним видом. Интересно приспособление к опылению орхидных. У них пыльца падает на насекомое не отдельными зернами, а комочками, которые имеют ножку и прилипальце, и когда насекомое сует голову в цветок, из пыльника высыпаются эти образования и цепляются ему на голову.

Вот форма листьев водного растения Виктория регия, каждый лист-плот выдерживает примерно 50 кг веса. Внизу находятся такие выросты, которые не позволяют этому плоту переворачиваться.

Справа показана  Бугенвиллея, у которой прицветные листья выполняют функцию привлечения насекомых, для этого они окрашены в розовый цвет, между тем сами цветки белого цвета, мелкие и невзрачные.

Совершенно особые растения, которые можно назвать плотоядными, потому что они кроме питания за счет фотосинтеза (а некоторые вообще утратили способность к фотосинтезу) поедают насекомых для восполнения нехватки питательных веществ, в основном азота. Для ловли насекомых у них существуют разные приспособления.