Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №4
Шрифт:
Обзорная лекция по эволюции растений
Гурева И.И., Томск
ЛЕКЦИЯ № 10
Рассказать за одну лекцию обо всех растениях сразу — довольно сложная задача. В первую очередь определим, что такое растения.
Растения — это фотоавтотрофные эукариоты. Это значит, что растения создают органические вещества своего тела из простых неорганических соединений — диоксида углерода (СО2) и воды (Н2О)
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 400 000 видов и делится на две большие группы, так называемые, подцарства — низшие растения (водоросли) и высшие растения (наземные). Водоросли — это, вообще говоря, растения, живущие в воде. Но для ботаника это слово значит нечто большее. 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. Ниже на картинках изображены представители одноклеточных водорослей.
Чем замечательны диатомовые водоросли? Во-первых, их тело состоит из одной клетки, а во-вторых, эта клетка заключена в прозрачный панцирь. Причем 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. Интересно, что когда водоросли отмирают, панцири осаждаются на дно водоема и образуют породу диатомит. Это легкая, прочная порода, кроме всего прочего она может использоваться как фильтр.
Следующие водоросли — эвгленовые — тоже относятся к одноклеточным. Ботаники относят их к растениям, а зоологи — к простейшим животным. Так получается, потому что ботаники считают, что если в организмах содержится хлорофилл, если это автотрофы, к тому же еще и фотоавтотрофы — то это растения; а зоологи считают, что если организмы могут двигаться, то это животные. К тому же у этих водорослей есть еще некоторые особенности, характерные для животных. В частности, они могут терять хлорофилл и питаться уже готовыми органическими веществами (то есть они гетеротрофы). Также у этих водорослей есть жгутик, благодаря которому они движутся. Причем движутся очень интересно. Это движение так и называется — эвгленоидным. Жгутик вращается и продвигает клетку вперед заостренным концом.
Следующие представители водорослей — это бурые и красные водоросли. Называются они так, потому что бурые водоросли содержат хлорофилл и, кроме того, желтые и оранжевые пигменты, которые помогают улавливать свет и помогают осуществлять фотосинтез. 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.
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.
Еще две группы многоклеточных водорослей: зеленые и харовые 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.
И еще одна группа водорослей — харовые водоросли. Они 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.
Поговорим теперь о высших растениях. 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.