Биология. Биологические системы и процессы. 11 класс - Теремов А.В.

§8. Основные этапы эволюции растительного мира

Рассмотрите рисунки 38-43. К каким систематическим группам относят изображенных растении? Установите эволюционную преемственность изображенных на рисунках систематических групп растений.

С самого начала эволюция растений и животных происходила во взаимосвязи. Растения поставляли для животных пищу и кислород, те, в свою очередь, снабжали их углекислым газом и удобрениями. Однако ведущая роль в органической эволюции принадлежала все-таки растениям, так как именно они образовали основную массу первичного органического вещества и кислорода, без которых была бы невозможна эволюция животных. Ход эволюции растительного мира представлен филогенетическим древом (рис. 37).

Жизнь в воде. Первые растения — водоросли. Родоначальниками растительного мира считают низшие растения - водоросли. Они произошли от первых древнейших ископаемых прокариот - цианобактерий. В своем эволюционном развитии водоросли прошли усложнение от одноклеточности через колониальность к многоклеточности. В их жизненном цикле наметилось разделение на два поколения: бесполое (спорофит) и половое (гаметофит).

Рис. 37. Филогенетическое древо растительного мира

Одноклеточные водоросли имеют микроскопические размеры. Многоклеточные водоросли в ходе эволюции достигли значительной величины тела (слоевища), не имеющего корней, стеблей и листьев. Жизнь большинства водорослей связана с водой. Объясняется это не только тем, что клетки их тела быстро высыхают на воздухе, но и тем, что их гаметы могут передвигаться с помощью жгутиков в водной среде. Приспособление водорослей к жизни в воде проявилось и в появлении у них разнообразных пигментов, с помощью которых осуществляется фотосинтез (рис. 38).

Например, зеленые водоросли содержат хлорофилл и обитают в слоях воды, хорошо проницаемых для света. Бурые водоросли встречаются глубже, где света меньше, поэтому помимо зеленого пигмента у них есть бурый, обеспечивающий дополнительное поглощение солнечных лучей. Красные водоросли (багрянки) обитают на глубинах, где света ничтожно мало. Достигающие таких глубин голубые лучи солнечного спектра поглощаются красным и синим пигментами.

Рис. 38. Водоросли: 1 - хлорелла (зеленые); 2 - саргассум (бурые); 3 — филлофора (красные)

Выход на сушу. Первые споровые растения. Выход растений на сушу - важнейший ароморфоз в развитии жизни на Земле. Он был подготовлен всем предыдущим ходом эволюции неорганической и органической природы: почвообразованием, накоплением в атмосфере молекулярного кислорода и формированием озонового экрана, специализацией клеток и появлением тканей с разнообразными функциями.

Все сухопутные растения произошли от зеленых водорослей, о чем свидетельствует присутствие в их клетках хлорофилла. Неизвестная предковая форма дала две эволюционные ветви: одна из них привела к возникновению первых наземных растений - риниофитов, а другая - к появлению мхов.

Рис. 39. Риниофиты

Риниофиты не имели отчетливого деления на корни, стебли и листья (рис. 39). Однако у них развились покровная и проводящая ткани, обеспечившие им защиту от высыхания и транспорт растворов питательных веществ. Вторая эволюционная ветвь - мхи - оказалась менее приспособленной к жизни на суше, в связи с чем, является тупиковой (рис. 40). Мхи стали развиваться в ходе эволюции в направлении преобладания в жизненном цикле полового поколения (гаметофита), спорофит у них развит слабее и целиком существует за счет гаметофита, паразитируя на нем. Для протекания полового процесса гаметофиту мхов требуется вода. Однако у мхов нет проводящих тканей, поэтому они приобрели в ходе эволюции особое свойство - гигроскопичность, т.е. способность пассивно всасывать воду. Она позволила мхам приспособиться к жизни на суше во влажных местах.

Рис. 40. Мхи: 1— кукушкин лен; 2 — сфагнум

Освоение и завоевание суши. Папоротникообразные. Выход первых растений на сушу привел к образованию высших споровых растений - папоротникообразных (рис. 41).

Изменение структуры их органов играло важную роль в их эволюции на суше. Ветвистая форма побегов во много раз увеличила площадь улавливания надземной частью растения солнечного света и поглощения углекислого газа. Корнеподобные выросты (ризоиды) и настоящие корни не только удерживают растения в почве, но и обеспечивают эффективное всасывание из нее воды и минеральных веществ.

Рис. 41. Папоротникообразные: 1 — плаун булавовидный; 2 — хвощ лесной; 3 - папоротник страусопер

Параллельно с усложнением строения и функций вегетативных органов эволюционировал у папоротникообразных и процесс размножения. В их жизненном цикле стал преобладать спорофит. Гаметофит представлен небольшой зеленой пластинкой - заростком. Этот ароморфоз имел важное значение для эволюции растительного мира на Земле. Спорофит стал самостоятельным растением, не связанным с гаметофитом, поэтому он увеличился в размерах и эволюционировал не только в травянистые, но и в древесные формы. Из древних папоротникообразных сформировались первые леса, и растения окончательно завоевали сушу.

Усложнение размножения. Семенные растения. Одним из важнейших этапов в эволюции растений считается появление семенных папоротников. У этих вымерших растений произошла дифференциация спорангиев и спор, что привело к развитию разных по размерам мужского и женского гаметофитов. Крупнейшим ароморфозом стало преобразование женского спорангия в семязачаток, а мужского - в пыльцевые гнезда. В результате этих процессов на Земле появились голосеменные (рис. 42), у которых женский гаметофит представлен семязачатком с яйцеклеткой, а мужской - пыльцевым зерном. Половые клетки у голосеменных формируются во внутренних тканях, поэтому вода перестала играть роль необходимого условия для протекания полового процесса.

Рис. 42. Голосеменные — сосна обыкновенная. Побеги с женскими (а) и мужскими (б) шишками

Не менее важным ароморфозом у голосеменных растений стало размножение не спорами, лишенными запасов питательных веществ, а семенами. Семена хорошо защищены покровами и содержат запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша при прорастании. Это позволило голосеменным широко распространиться по планете, даже в условиях засушливого и холодного климата.

У второй группы семенных растений - покрытосеменных, или цветковых (рис. 43) к этим ароморфозам добавились еще два. Первый состоял в появлении цветка, ставшего важнейшим приспособлением к опылению и оплодотворению. Другой ароморфоз - развитие плода, органа обеспечившего защиту и распространение семян. Кроме ароморфозов покрытосеменные в ходе эволюции приобрели ряд идиоадаптаций. Так, их цветки приспособлены к разным способам опыления, а плоды и семена - к разным способам распространения. Многие покрытосеменные стали листопадными растениями, что связано с приспособлением к сезонным изменениям климата. Все эти особенности обеспечили покрытосеменным в настоящее время господствующее положение в растительном мире.

Рис. 43. Покрытосеменные (цветковые): 1 — боярышник; 2 — шафран

Основные черты эволюции растительного мира.

1. Уменьшение от водорослей к голосеменным и покрытосеменным растениям в жизненном цикле доли полового (гаметофита) и преобладание бесполого (спорофита) поколения.

2. Переход от наружного оплодотворения (у водорослей, мхов) к внутреннему оплодотворению; утрата зависимости полового процесса от воды.

3. Разделение тела растений на корни, стебли и листья. Развитие тканей для выполнения функций опоры, защиты, питания, транспорта и др.

4. Приспособление семенных растений к разным способам опыления, распространения семян и плодов.

Водоросли, риниофиты, мхи, папоротникообразные (плауны, хвощи, папоротники), семенные папоротники, голосеменные, покрытосеменные (цветковые).

1. Почему ведущую роль в эволюции органического мира играли растения? 2. Какие ароморфозы обеспечили широкое распространение водорослей на Земле? 3. Каковы предпосылки выхода растений на сушу? 4. Какие ароморфозы обеспечили освоение папоротникообразными суши? 5. Почему мхи считают тупиковой ветью эволюции? 6. В чем преимущества семенного размножения над споровым? 7. Какие ароморфозы и идиоадаптации обеспечили семенным растениям господствующее положение в растительном покрове Земли? 8. Перечислите основные черты эволюции растительного мира.