2.7.6. Адаптації рослин до життя на суші
Тепер, коли ми познайомилися з отлічітель-ними ознаками чотирьох основних груп рас-тений, а саме Моховидних, папоротніковід-них, голонасінних і покритонасінних (колір-кових), нам легше уявити еволюційний поступ, зроблений рослинами в процесі адаптації до життя на суші.
Мабуть, наітруднейшей проблемою, яку треба було якось подолати, щоб перейти від водного способу життя до наземного, була про-блема зневоднення. Будь-яка рослина, незащі-щенное тим чи іншим способом, наприклад не покриті восковою кутикулою, дуже скоро ви-сохне і безсумнівно загине. Навіть якщо пре-здолати ці труднощі, залишаться інші нерішучість-шенние проблеми. І перш за все питання про те, як успішно здійснити статеве розмноження. У перших рослин в розмноженні брали участь чоловічі гамети, здатні наблизитися до жіночих гамет, тільки плаваючи в воді.
Зазвичай вважають, що перші рослини, освоєння-івшіе сушу, походять від зелених водоростей, у окремих з найбільш еволюційно просуванні-нутих представників яких з'явилися ре-продуктивні органи, а саме архегонии (жіночі) і антеридии (чоловічі); в цих органах були заховані, а, отже і захищені гамети. Ця обставина і ряд інших цілком певних пристосувань, що допомагають уникнути висихання, дозволили деяким представникам зелених водоростей заволодіти сушею.
Одна з найважливіших еволюційних тенден-цій у рослин - це поступово збільшую-щаяся незалежність їх від води.
Нижче перераховані ті основні труднощі, які пов'язані з переходом від водного до на-земного існування.
- Зневоднення. Повітря - це середовище, спо-влас висихання, а вода необ-дима для життя з цілого ряду причин (розд. 3.1.2). Отже, виникає не-обходимость в пристроях для напів-чення і запасання води.
- Розмноження. Ніжні статеві клітини повинні бути захищені, а рухливі чоловічі гамети (спермії) можуть зустрів титься з жіночими гаметамі тільки в воді.
- Опора. На відміну від води повітря не може служити опорою рослинам.
- Живлення. Рослинам необхідні світло і ді-оксид вуглецю (CO2) для фотосинтезу, тому хоча б частину рослини повинна возв-тися над землею. Однак мінеральні солі і вода знаходяться в грунті або на її по-поверхні, і, щоб ефективно вико-ти ці речовини, частина рослини повинна знаходитися в землі і рости в темряві.
- Газообмін. Для фотосинтезу і дихання потрібно, щоб обмін діоксиду вуглецю і кисню відбувався не з навколишнім розчином, а з атмосферою.
- Фактори навколишнього середовища. Вода, осо-бенно, коли її так багато, як, скажімо, в озері або в океані, забезпечує високу сталість умов навколишнього середовища. Наземна ж середовище проживання в набагато більшому ступені характеризується зрад-тична таких важливих факторів, як температура, інтенсивність освітлення, концентрація іонів і pH.
Печеночнікі і мохи
Мохи добре пристосувалися до распростране-нию суперечка в наземних умовах: воно залежить від висихання коробочки і розсіювання дрібних легких суперечка вітром. Однак ці рослини все ще знаходяться в залежності від води по слідую щим причин.- Вода необхідна їм для розмноження, по-кільки спермії повинні підпливати до ар-хегоніям. У цих рослин виникли адап-тації, що дозволяють їм вивільняти спермии тільки у вологому середовищі, тому що тільки в такому середовищі розкриваються ан-терідіі. Ці рослини частково приспо-собілісь до наземного життя, оскільки га-мети у них утворюються в захисних струк-турах - антеридиях і архегониях.
- У них немає спеціальних опорних тканин, і тому зростання рослини вгору обмежений.
- У Моховидних немає коренів, здатних так-леко проникати в субстрат, і вони можуть жити тільки там, де на поверхні поч-ви або в її верхніх шарах є доста-точно вологи і мінеральних солей. Однак у них є Ризоїди, якими вони прикріплюються до ґрунту; це - одна з адаптацій до життя на твердому субстраті.
2.4. Печеночнікі і мохи часто називають амфібіями (земноводними) рослинного світу. Поясніть коротко, чому.
2.5. Папороті краще адаптувалися до життя на суші, ніж печеночники і мохи. В чому це проявляється?
2.6. За якими важливими ознаками мохи, папороті і печеночники погано адаптувалися до життя на суші?
Насінні - хвойні і квіткові
Одна з основних труднощів, з якою сталки-ються рослини на суші, пов'язана з уразливістю гаметофітного покоління. Наприклад, у папо-ротніков гаметофит - це ніжний заросток, який утворює чоловічі гамети (спермії), які потребують воді, щоб досягти яйцеклітини. Однак у насінних рослин гаметофит защи-щен і сильно скорочений.
Насінні володіють трьома важливими-ми перевагами: по-перше, різноспорових-стю; по-друге, появою неплавающіх чоловічих гамет і, по-третє, освітою се-мян.
Різноспорових І НЕПЛАВАЮЩІЕ чоловічих гамет.
Мал. 2.34. Узагальнена схема життєвого циклу рослин, що відображає чергування поколінь. Зверніть ува-гу на наявність гаплоїдних (n) і диплоїдних (2n) стадій. Гаметофіт завжди гаплоїдний і завжди утворює га-мети шляхом мітотичного поділу. Спорофит завжди диплоїдний і завжди утворює спори в результаті Мейо-тичного поділу.
Дуже важливу роль в еволюції рослин сигра-ло виникнення деяких папоротей і їх близьких родичів, що утворюють спори двох типів. Явище це називають різноспорових. а рас-тенія - разноспоровимі. Всі насінні рослини відносяться до разноспоровим. Вони утворюють великі суперечки, звані мегаспора. в спорангіях одного типу (мегаспорангиях) і дрібні суперечки, звані мікроспорії, - в спорангіях іншого типу (мікроспорангіях). Прора-зграя, суперечки утворюють гаметофити (рис. 2.34). Мегаспори розвиваються в жіночі гаметофіту, мікроспори - в чоловічі. У насіннєвих рослин гаметофити, утворені мегаспора і мікро-спорами, дуже малі за розмірами і ніколи не вивільняються з суперечка. Таким чином, гаморі-тофіти виявляються захищеними від висихає-ня, що представляє собою важливе еволюційного-ве досягнення. Однак спермії з чоловічого гаметофіту все ще повинні переміщатися до жіночого гаметофіту, що значно полегшить-ється розсіюванням мікроспор. Будучи дуже дрібними, вони можуть утворюватися в великих кількостях і розноситися вітром далеко від ро-дітельского спорофита. Випадково вони можуть виявитися в тісній близькості від мегаспори, кото-раю у насіннєвих рослин не відділяється від роди-нізації спорофіта (рис. 2.45). Саме таким шляхом і відбувається запилення у рослин, пил-цевие зерна яких є мік-роспори. У пилкових зернах утворюються чоловік-ські гамети.
Мал. 2.45. Схематичне зображення основних елементів разноспоровости і запилення.
У насіннєвих рослин виникло ще одне ево-люціонной перевага. Чоловічим гаметам не потрібно більше підпливати до жіночих гамет, оскільки у насіннєвих рослин з'явилися пил-цевие трубки. Вони розвиваються з пилкових зе-рен і ростуть в напрямку жіночих гамет. З цієї трубці чоловічі гамети досягають жіночої гамети і запліднюють її. Плаваючі спермії більше не утворюються, в заплідненні участ-вуют тільки чоловічі ядра.
Отже, у рослин виробився ме-ханізм запліднення, незалежний від води. Це і стало однією з причин, по якій насінні рослини настільки перевершили інші рослини в освоєнні суші. Спочатку запилюючи-ня відбувалося тільки за допомогою вітру - процес досить випадковий, супроводжую-щійся великими втратами пилку. Однак вже на ранніх етапах еволюції приблизно 300 млн. Років тому в кам'яновугільному періоді, з'явилися літаючі комахи, а з ними і мож-ливість більш ефективного запилення. Колір-кові рослини широко використовують запилення комахами, тоді як у хвойних все ще пре-володіє запилення вітром.
СЕМЕНА. У ранніх різноспорових рослин мегаспори звільнялися з батьківського спорофіта подібно мікроспорії. У насіннєвих же рослин мегаспори не відокремлюються від роди-нізації рослини, залишаючись в мегаспорангиях, або насінних зачатках (рис. 2.45). Семязачаток содер-жит жіночу гамету. Після запліднення жіночої гамети семязачаток називають вже насінням. Таким чином, насіння - це запліднені-ний семязачаток. Наявність семязачатка і насіння дає певні переваги насіннєвим рослинам.
- Жіночий гаметофіт захищений семязачат-ком. Він повністю залежить від батьків-ського спорофіта і на відміну від вільно живе гаметофіту нечутливий до зневоднення.
- Після запліднення в насінні утворює-ся запас поживних речовин, одержуваних гаметофитом від батьківського спорофіт-ного рослини, від якого він по-прежне-му не відділений. Цей запас використовується розвивається зиготою (наступним спо-рофітним поколінням) після прорости-ня насіння.
- Насіння призначені для того, щоб переживати несприятливі умови, і залишаються в стані спокою до тих пір, поки умови не стануть сприятливими для проростання.
- У насіння можуть розвиватися різні пристосування, що полегшують їх поширення.
Насіння являє собою складну структуру, в якій зібрані клітини трьох поколінь - ро-дітельского спорофіта, жіночого гаметофіта і зародка наступного спорофітного поколе-ня. Батьківський спорофит дає насіння все, що потрібно для життя, і тільки після того, як насіння повністю дозріє, тобто накопичить запас пі-тательних речовин для зародка спорофіта, воно відділяється від батьківського спорофита.
2.7. Шанси для виживання і розвитку пилкових зерен (микроспор), які переносяться вітром, набагато менше, ніж для суперечка Dryopteris. Чому?
2.8. Поясніть, чому мегаспори великі, а мікроспори дрібні.
2.7.7. Короткий перелік адаптацій насіннєвих рослин до життя на суші
Основні переваги насіннєвих рослин над усіма іншими зводяться до наступного.
- Гаметофітное покоління сильно редуці-ровано і повністю залежить від добре пристосованого до життя на суші спорофіта, всередині якого гаметофит завжди захищений. У інших рослин гаметофит дуже легко висихає.
- Запліднення відбувається незалежно від води. Чоловічі гамети нерухомі і розносяться всередині пилкових зерен вет-ром або комахами. Остаточний пе-ренос чоловічих гамет до жіночих происхо-дит за допомогою пилкової трубки.
- Запліднені семязачатки (насіння) залишаються деякий час на батько-ському спорофите, від якого вони получа-ють захист і їжу перш, ніж будуть раз-веяни.
- У багатьох насінних рослин спостерігається вторинний зростання з відкладенням великих кількостей деревини, що несе опорну функцію. Такі рослини виростають в де-ревья і чагарники, здатні ефек-но конкурувати в боротьбі за світло та інші ресурси.
Деякі з найважливіших еволюційних тенденцій наводяться в узагальненому вигляді на рис. 2.33. У насіннєвих рослин є й інші ознаки, властиві рослинам не тільки цієї групи, але також виконують роль адаптацій до життя на суші.
Мал. 2.33. Систематика рослин і деякі основні тенденції в еволюції рослин.
- Справжні коріння забезпечують витягти-ня вологи з ґрунту.
- Рослини захищені від висихання епі-дермис з водонепроникної кутику-лій (або пробкою, що утворюється після вторинного зростання).
- Епідерміс наземних частин рослини, особливо листя, пронизаний безліччю дрібних щілин, званих устьицами. через які здійснюється газооб-мен між рослиною і атмосферою.
- У рослин є і спеціалізований-ні адаптації до життя в жарких посушливий-вих умовах (гл. 19 і 20).
- Тімоті Фрекен, Пітер Ганді.
Ісус і занепала Богиня
- А.В. Яблоков, А.Г. Юсуфов.
еволюційне вчення - Д. Тейлор, Н. Грін, У. Стаут.
Біологія - А.С. Трошин, В.П. Трошина
фізіологія клітини - В.І. Назаров
Еволюція не за Дарвіном
археологія
- Картографія з основами топографії
- Л.В. Коросташевскій.
Монтаж, експлуатація і ремонт електрообладнання цивільних будівель і комунальних підприємств