Archive

Posts Tagged ‘растения’

Эволюция циклов воспроизведения

Если сравнить циклы воспроизведения растений разных отделов — от водорослей до покрытосеменных, то видна четкая закономерность: в процессе эволюции размеры и длительность жизни диплоидного спорофита увеличивались, а размеры и длительность жизни гаплоидного гаметофита уменьшались. У некоторых водорослей, например улотрикса, в каждом цикле воспроизведения есть только одна диплоидная клетка — зигота, а остальные клетки гаплоидны. У мхов гаплоидное u1087 поколение все еще крупнее и живет дольше, чем диплоидное. Но диплоидное поколение у мхов уже представляет собой сложное многоклеточное растение. У папоротникообразных соотношение гаплоидной и диплоидной фаз развития противоположно – диплоидное поколение — это крупное растение, тогда как гаплоидный гаметофит, являющийся еще самостоятельным растением, гораздо мельче и живет недолго. У голосеменных и покрытосеменных растений уменьшение гаплоидного поколения зашло так далеко, что их гаметофиты состоят только из нескольких клеток. У покрытосеменных мужской гаметофит (пыльцевое зерно) состоит всего из двух клеток, а женский гаметофит (зародышевый мешок) — из семи.

Объяснить эволюцию цикла воспроизведения растений, которая привела к уменьшению гаплоидного гаметофита до небольшой группы клеток, можно несколькими причинами. Во-первых, у диплоидного организма две копии каждого гена. Если испортился или плохо работает один из генов, его «напарник» исправит положение, и диплоидный организм не погибнет. Поэтому диплоидные организмы жизнеспособнее гаплоидных. Во-вторых, уменьшение мужского гаметофита связано с появлением опыления. У мхов и папоротников для переноса сперматозоида к яйцеклетке необходима водная пленка, по которой он мог бы плыть. Опыление устранило зависимость растений от воды, но чтобы переноситься по воздуху ветром или насекомыми-опылителями мужской гаметофит стал очень маленьким. В-третьих, для перехода к наземной жизни растениям были нужны проводящие и механические ткани. Но эти ткани имелись только у спорофитов. Поэтому на суше было больше шансов выжить у растений с продолжительной спорофитной и короткой гаметофитной стадиями цикла воспроизведения.

Эволюция растений

ЭВОЛЮЦИЯ РАСТЕНИЙ

Если водоросли появились примерно 1 миллиард лет назад, то первые наземные растения появились только 420 миллионов лет назад. 580 миллионов лет понадобилось растениям, чтобы перейти от водного к наземному образу жизни Завоевание суши было длительным и трудным процессом, стоившим многих жертв растениям. Во-первых, водорослям на суше надо было научиться защищаться от высыхания. Растения смогли жить на суше только после того, как у них появился эпидермис — специальная покровная ткань с толстыми клеточными стенками, пропитанными восковидным водонепроницаемым веществом (кутикулой). Вторая трудность была связана с получением питательных веществ. Все, что требуется для роста растения — вода, углекислый газ, минеральные соли, свет — все это вместе находится в водной среде окружающей водоросли. На суше они разделены в пространстве — углекислый газ и свет находятся наверху, в воздухе, а вода и минеральные соли — внизу, в почве. Те первые наземные растения, которые пытались жить в почве, получали достаточно солей и воды, но они были лишены света и им не хватало углекислого газа. А те, которые пытались жить на поверхности почвы, были обеспечены светом и углекислым газом, но испытывали недостаток в воде и не получали солей. Растениям было необходимо «научиться» расти сразу в две противоположные стороны — вверх к свету и вниз в почву. В-третьих, вода намного плотнее, чем воздух, и она поддерживает тело водоросли, не давая ему упасть. На суше растениям пришлось самим поддерживать свое тело с помощью специальных механических  тканей. В-четвертых, надо было защищаться от резких перемен температуры и резких перемен других внешних условий, от которых водорослей предохраняет водная среда. В-пятых, и это самое главное, вода служит для встречи гамет при половом размножении и для распространения спор при бесполом. Поэтому надо было как-то решить проблему с размножением на суше.

Поскольку элементы питания равномерно рассеяны в окружающей среде, растения в ходе эволюции постепенно потеряли подвижность и перешли к прикрепленному образу жизни. Они в течение всей жизни остаются на одном месте, а передвижение связано либо с размножением (гаметы, пыльца, споры), либо с постепенным нарастанием органов (например, корней в почве). Элементы питания, равномерно распределенные во внешней среде, поглощаются через наружную поверхность растения. Чем больше площадь поверхности, тем больше поглощение. Поэтому в ходе эволюции многоклеточные растения стремились к увеличению поверхности соприкосновения со внешней средой. Водоросли переходили от нитчатых форм к все более разветвленным. А наземные растения увеличивали поверхность тела, образуя плоские листья и при помощи многократного обильного ветвления побегов и корней.

Первыми растениями, приспособившимися к жизни на суше, были ныне вымершие псилофиты (от греч. «psilos» — скудный, голый + «fiton» — растение). Найдены ископаемые остатки некоторых псилофитов, и по ним был воссоздан внешний облик этих древних растений. Псилофиты были еще очень похожи на зеленых водорослей, от которых произошли. Их тело еще не было разделено на органы. Оно представляло собой разветвленный таллом. Предполагается, что листья в ходе эволюции растений возникли из отростков таллома путем их расположения в одной плоскости, скручивания и срастания. Стебли с их сложной проводящей системой, видимо, тоже возникли из талломов. Корни произошли из талломов, лежащих на поверхности почвы, а затем углубившихся в нее. Таким образом, все вегетативные органы возникли из таллома в связи с приспособлением растений к жизни на суше.

Мохообразные и папоротникообразные независимо друг от друга произошли от псилофитов. И те, и другие нуждаются в воде для своего полового размножения. Но папоротникообразные стали первыми сосудистыми растениями — у них впервые появились специальные проводящие ткани — ксилема и флоэма. Это позволило им широко расселиться по Земле в каменноугольном периоде и вырастать до гигантских размеров. Но резкое похолодание климата и повышение сухости привело к вымиранию большинства папоротникообразных. На смену папоротникообразным начали развиваться другие растения, произошедшие от семенных папоротников, но лучше них приспособленные к жизни на суше — голосеменные растения. Они сумели преодолеть зависимость от воды за счет возникновения опыления ветром. Когда появились голосеменные растения на Земле еще не было летающих животных. Цветковые растения появились в одно время с летающими насекомыми и птицами. Поэтому только у цветковых растений развились специальные приспособления для опыления животными. Цветковые растения — это вершина эволюции царства растений. Они господствуют ныне на Земле среди растений.