почему высшие растения лучше приспосабливаются к жизни на земле

База знаний

2.7.6. Адаптации растений к жизни на суше

Теперь, когда мы познакомились с отличитель­ными признаками четырех основных групп рас­тений, а именно моховидных, папоротниковид­ных, голосеменных и покрытосеменных (цвет­ковых), нам легче представить эволюционный прогресс, сделанный растениями в процессе адаптации к жизни на суше.

Пожалуй, наитруднейшей проблемой, которую надо было как-то преодолеть, чтобы перейти от водного образа жизни к наземному, была про­блема обезвоживания. Любое растение, незащи­щенное тем или иным способом, например не покрытое восковой кутикулой, очень скоро вы­сохнет и несомненно погибнет. Даже если пре­одолеть эту трудность, останутся другие нере­шенные проблемы. И прежде всего вопрос о том, как успешно осуществить половое размножение. У первых растений в размножении участвовали мужские гаметы, способные приблизиться к женским гаметам, только плавая в воде.

Обычно считают, что первые растения, осво­ившие сушу, произошли от зеленых водорослей, у отдельных из наиболее эволюционно продви­нутых представителей которых появились ре­продуктивные органы, а именно архегонии (женские) и антеридии (мужские); в этих органах были спрятаны, а, следовательно и защищены гаметы. Это обстоятельство и ряд других вполне определенных приспособлений, помогающих избежать высыхания, позволили некоторым представителям зеленых водорослей завладеть сушей.

Одна из важнейших эволюционных тенден­ций у растений – это постепенно увеличиваю­щаяся независимость их от воды.

Ниже перечислены те основные трудности, которые связаны с переходом от водного к на­земному существованию.

2.4. Печеночники и мхи часто называют амфибиями (земноводными) растительного мира. Объясните вкратце, почему.

2.5. Папоротники лучше адаптировались к жизни на суше, чем печеночники и мхи. В чем это проявляется?

2.6. По каким важным признакам мхи, папоротники и печеночники плохо адаптировались к жизни на суше?

Семенные растения – хвойные и цветковые

Одна из основных трудностей, с которой сталки­ваются растения на суше, связана с уязвимостью гаметофитного поколения. Например, у папо­ротников гаметофит – это нежный заросток, который образует мужские гаметы (спермии), нуждающиеся в воде, чтобы достичь яйцеклетки. Однако у семенных растений гаметофит защи­щен и сильно редуцирован.

Семенные растения обладают тремя важны­ми преимуществами: во-первых, разноспорово­стью; во-вторых, появлением неплавающих мужских гамет и, в-третьих, образованием се­мян.

РАЗНОСПОРОВОСТЬ И НЕПЛАВАЮЩИЕ МУЖСКИЕ ГАМЕТЫ.

Рис. 2.34. Обобщенная схема жизненного цикла растений, отражающая чередование поколений. Обратите вни­мание на наличие гаплоидных (n) и диплоидных (2n) стадий. Гаметофит всегда гаплоидный и всегда образует га­меты путем митотического деления. Спорофит всегда диплоидный и всегда образует споры в результате мейо­тического деления.

Очень важную роль в эволюции растений сыгра­ло возникновение некоторых папоротников и их близких родичей, образующих споры двух типов. Явление это называют разноспоровостью, а рас­тения – разноспоровыми. Все семенные растения относятся к разноспоровым. Они образуют крупные споры, называемые мегаспорами, в спорангиях одного типа (мегаспорангиях) и мелкие споры, называемые микроспорами, – в споран­гиях другого типа (микроспорангиях). Прора­стая, споры образуют гаметофиты (рис. 2.34). Мегаспоры развиваются в женские гаметофиты, микроспоры – в мужские. У семенных растений гаметофиты, образуемые мегаспорами и микро­спорами, очень малы по размерам и никогда не высвобождаются из спор. Таким образом, гаме­тофиты оказываются защищенными от высыха­ния, что представляет собой важное эволюцион­ное достижение. Однако спермии из мужского гаметофита все еще должны перемещаться к женскому гаметофиту, что значительно облегча­ется рассеиванием микроспор. Будучи очень мелкими, они могут образовываться в больших количествах и разноситься ветром далеко от ро­дительского спорофита. Случайно они могут оказаться в тесной близости от мегаспоры, кото­рая у семенных растений не отделяется от роди­тельского спорофита (рис. 2.45). Именно таким путем и происходит опыление у растений, пыль­цевые зерна которых представляют собой мик­роспоры. В пыльцевых зернах образуются муж­ские гаметы.

Рис. 2.45. Схематическое изображение основных элементов разноспоровости и опыления.

У семенных растений возникло еще одно эво­люционное преимущество. Мужским гаметам не нужно больше подплывать к женским гаметам, поскольку у семенных растений появились пыль­цевые трубки. Они развиваются из пыльцевых зе­рен и растут в направлении женских гамет. По этой трубке мужские гаметы достигают женской гаметы и оплодотворяют ее. Плавающие спермии больше не образуются, в оплодотворении участ­вуют только мужские ядра.

Следовательно, у растений выработался ме­ханизм оплодотворения, независимый от воды. Это и послужило одной из причин, по которой семенные растения столь превзошли другие рас­тения в освоении суши. Первоначально опыле­ние происходило только с помощью ветра – процесс довольно случайный, сопровождаю­щийся большими потерями пыльцы. Однако уже на ранних этапах эволюции примерно 300 млн. лет назад в каменноугольном периоде, появились летающие насекомые, а с ними и воз­можность более эффективного опыления. Цвет­ковые растения широко используют опыление насекомыми, тогда как у хвойных все еще пре­обладает опыление ветром.

СЕМЕНА. У ранних разноспоровых растений мегаспоры высвобождались из родительского спорофита подобно микроспорам. У семенных же растений мегаспоры не отделяются от роди­тельского растения, оставаясь в мегаспорангиях, или семязачатках (рис. 2.45). Семязачаток содер­жит женскую гамету. После оплодотворения женской гаметы семязачаток называют уже семенем. Таким образом, семя – это оплодотворен­ный семязачаток. Наличие семязачатка и семени дает определенные преимущества семенным растениям.

Семя представляет собой сложную структуру, в которой собраны клетки трех поколений – ро­дительского спорофита, женского гаметофита и зародыша следующего спорофитного поколе­ния. Родительский спорофит дает семени все, что нужно для жизни, и только после того, как семя полностью созреет, т.е. накопит запас пи­тательных веществ для зародыша спорофита, оно отделяется от родительского спорофита.

2.7. Шансы для выживания и развития пыльцевых зерен (микроспор), переносимых ветром, намного меньше, чем для спор Dryopteris. Почему?

2.8. Объясните, почему мегаспоры крупные, а микроспоры мелкие.

2.7.7. Краткое перечисление адаптаций семенных растений к жизни на суше

Основные преимущества семенных растений над всеми остальными сводятся к следующему.

Некоторые из важнейших эволюционных тенденций приводятся в обобщенном виде на рис. 2.33. У семенных растений имеются и другие признаки, присущие растениям не только этой группы, но также выполняющие роль адаптаций к жизни на суше.

Рис. 2.33. Систематика растений и некоторые основные тенденции в эволюции растений.

Источник

Высшие растения определение, характеристика и признаки

Появление высших растений ознаменовало новую эру жизни планеты. Их возникновение связано с геологическими изменениями в строении материков и необходимостью приспосабливаться к особенностям жизни вне воды.

Разнообразие условий жизни на Земле способствует образованию множества форм существования живых организмов.

Высшие растения определение, строение, характеристика и признаки

Многоклеточные наземные растения, способные использовать свет в процессе жизнедеятельности, обладающие развитыми органами и тканями, характеризующиеся чередованием типов размножения, называются высшими.

Развитие проходило в стремлении приспособиться к наземному существованию.

Результатом стали преобразования в строении:

Наземные растения характеризует чередование поколений и автотрофное питание.

Происхождение высших споровых растений

Теория гласит о том, что предки наземных растений – streptophyta, были вынуждены из-за геологических изменений приспосабливаться к другим условиям жизни. Важное значение имело то, что выживали только наиболее приспособленные водоросли.

У переходных форм вырабатывалась защитная пленка кутин, откладывающаяся на поверхности. Образование пленки в большом количестве препятствовало газообмену, из-за чего растение погибало. У организмов, кутин которых образовывался умеренно, сформировалась эпидерма с устьицами – сложная ткань, защищающая от высыхания, а также не препятствующая газообмену.

Появление эпидермы препятствовало поглощению воды всем телом, тем самым способствовало образованию одноклеточных нитей ризоидов. Итогом процесса развития стало формирование более сложной системы – корней.

Освещение на суше значительно превышает этот же показатель в воде, благодаря этому значительно возросло количество и размеры фотосинтезирующих органов – листьев. Распределение веществ, образовавшихся в процессе фотосинтеза, и воды, поглощенной корнями, осуществляется проводящим органом – стеблем.

Быстрое увеличение видов, распространение высших организмов объясняется развитием вегетативных органов и изменениями репродуктивной системы, которая при условиях наземного обитания должна иметь надежную защиту.

Репродуктивные многоклеточные органы наземных растений – гаметангии и спорангии имеют оболочку из живых клеток, которая защищает споры от высыхания.

Чем отличаются высшие растения от низших

Отделы высших растений

Согласно классификации, подцарство высших растений включает 9 отделов.

Представители первых трех отделов полностью вымерли. Остальные шесть составляют ныне живущие организмы.

Риниофиты

Первые высшие растения, давшие начало другим отделам – Риниофиты или Риниевые. Для них характерен примитивный травянистый облик, достигающий в высоту 60 см. Имели простейшее строение. Настоящие листья и корни отсутствовали, вместо корней был орган ривомоид, вниз от которого отходили ривоиды, а вверх стебли.

Фотосинтез осуществлялся стеблем, ветвившимся, преимущественно, на два побега. Спорангии прикреплялись к осям, в них развивались споры.

Наличие покровных тканей, а так же устьиц, говорит о том, что представители отдела произрастали на суше. Наиболее древним представителем отдела считается Куксония.

Зостерофиллофиты

Имеют много общего с риниофитами. Некоторые ученые полагают, что Зостерофиллофиты положили начало Плауновидным. Отличаются тем, что имели прямостоячий стебель, покрытый толстым слоем кутикулы.

Спорангии, собранные колосовидными образованиями, имеют короткую ножку, а также одинаковые споры. Представителем является Госслинглия, у нее нет корней, а на стеблях находятся ветви с закрученными верхушками.

Мохообразные

Особенностью считается преобладание гаплоидной фазы (половое поколение), диплоидная фаза слабо развита. Для полового процесса мхов обязательна влажная среда, поэтому они обязаны произрастать на низменных, болотистых местах, чему способствуют их небольшие размеры.

Основные отличия мохообразных от остальных отделов:

Мохообразные подразделяются на три класса:

Плауновидные

Травянистые формы плауновидных можно встретить и в настоящее время. Они имеют побеги с мелкими листьями, корни.

Листья представляют цельную листовую пластинку в расширенным основанием в виде подушечки. Делятся на два класса Плауновидные и Полушниковые.

Псилотовидные

Psilotophyta представлены всего одним семейством – Псилотовые. Корни отсутствуют, поэтому они часто произрастают на других деревьях. Могут встречаться как на богатых органическими веществами почвах, так и скалах тропических лесов. В процессе оплодотворения обязательно участие воды.

Хвощевидные

Отдел разделен на два класса – Сфенофилловые и Хвощевые.

Ярким представителем является хвощ полевой многолетнее травянистое растение с корнями. Служит индикатором кислых почв.

Стебли расчленены на междоузлия, от которых отходят слаборазвитые, темные, похожие на зубчики листья. Споры расположены в спороносном колоске. Размножение осуществляется при высокой влажности: дождь или обильная роса.

Папоротниковидные

Многолетние травянистые, реже древовидные растения. Характеризуются макрофиллией – мощно развитыми листьями относительно короткого побега. Их большие листья (вайи) бывают цельные или сильно расчлененные, закручены улиткой в почке.

У большинства папоротников листья выполняют две функции – фотосинтез и спороношение. Распространились по всему земному шару, но максимальное разнообразие видов находится в тропиках.

Отдел насчитывает пять классов: Кладоксилеевые, Зигоптериевые, Ужовниковые, Мараттиевые, Полиподиевые.

Голосеменные

Современная биология включает четыре класса: Саговниковые, Гинкговые, Хвойные и Гнетовые. В древние времена к ним относились еще два, уже вымерших, класса: Семенные папоротники и Беннеттитовые.

Размножение голосеменных осуществляется семенами – многоклеточными органами, содержащими зачаток зародыша, эндосперм и многослойную кожуру. Являются наиболее высокоорганизованным отделом по своим морфологическим особенностям, приближаются к отделу покрытосеменных.

Типичные представители нашей страны ель и сосна.

Заключение

Подцарство высших растений прошло большой путь в процессе своей эволюции. У наиболее развитых представителей можно увидеть цветок, семя, плод. Все изменения тела происходили для того, чтобы укрепиться на суше: появление корней, листьев, совершенствование способа размножения.

Только высшие растения способны производить органическое вещество из неорганического.

Источник

§ 24. Происхождение растений. Основные этапы развития растительного мира

Методы изучения древних растений. Мир современных растений многообразен (рис. 83). Но в прошлом растительный мир Земли был совсем иным. Картину исторического развития жизни от её начала до наших дней помогает нам проследить палеонтология (от греческих слов «палайос» — древний, «он/онтос» — сущее и «логос») — наука о вымерших организмах, о смене их во времени и в пространстве.

Рис. 83. Примерное число видов современных растений

Одно из подразделений палеонтологии — палеоботаника — изучает ископаемые остатки древних растений, сохранившиеся в пластах геологических отложений. Доказано, что на протяжении веков видовой состав растительных сообществ менялся. Многие виды растений вымирали, другие приходили им на смену. Иногда растения попадали в такие условия (в болото, под пласт обвалившейся породы), что без доступа кислорода они не перегнивали, а пропитывались минеральными веществами. Происходило окаменение. Окаменевшие деревья нередко находят в угольных шахтах. Они настолько хорошо сохранились, что можно изучать их внутреннее строение. Иногда на твёрдых породах остаются отпечатки, по которым можно судить о внешнем виде древних ископаемых организмов (рис. 84). Многое могут рассказать учёным споры и пыльца, встречающиеся в осадочных породах. Используя специальные методы, молено определить возраст ископаемых растений, их видовой состав.

Рис. 84. Отпечатки древних растений

Изменение и развитие растительного мира. Ископаемые остатки растений свидетельствуют о том, что в далёкие времена растительный мир нашей планеты был совсем иным, чем сейчас.

В самых древних слоях земной коры не удаётся найти признаки живых организмов. В более поздних отложениях находят остатки примитивных организмов. Чем моложе слой, тем чаще встречаются более сложные организмы, которые приобретают всё большее сходство с современными.

Много миллионов лет назад жизни на Земле не было. Затем появились первые примитивные организмы, которые постепенно менялись, преобразовывались, уступая место новым, более сложным.

В процессе длительного развития многие растения на Земле бесследно исчезли, другие неузнаваемо изменились. Поэтому полностью восстановить историю развития растительного мира очень трудно. Но учёными уже доказано, что все современные виды растений произошли от более древних форм.

Начальные этапы развития растительного мира. Изучение древнейших слоев земной коры, отпечатков и окаменелостей ранее живших растений и животных и многие другие исследования позволили установить, что Земля образовалась более 5 млрд лет назад.

Первые живые организмы появились в воде примерно 3,5—4 млрд лет назад. Простейшие одноклеточные организмы по строению были схожи с бактериями. Они ещё не имели обособленного ядра, но обладали системой обмена веществ и способностью к размножению. В пищу они использовали органические и минеральные вещества, растворённые в воде первичного океана. Постепенно запасы питательных веществ в первичном океане стали истощаться. Между клетками началась борьба за пищу. В этих условиях у некоторых клеток появился зелёный пигмент — хлорофилл, и они приспособились к использованию энергии солнечного света для превращения в пищу воды и углекислого газа. Так возник фотосинтез, то есть процесс образования органических веществ из неорганических с использованием энергии света. С появлением фотосинтеза в атмосфере стал накапливаться кислород. Состав воздуха стал постепенно приближаться к современному, то есть в основном включать азот, кислород и небольшое количество углекислого газа. Такая атмосфера способствовала развитию более совершенных форм жизни.

Появление водорослей. От древних простейших одноклеточных организмов, способных к фотосинтезу, произошли одноклеточные водоросли. Одноклеточные водоросли — родоначальники царства растений. Наряду с плавающими формами среди водорослей появились и прикреплённые ко дну. Такой образ жизни привёл к расчленению тела на части: одни из них служат для прикрепления к субстрату, другие осуществляют фотосинтез. У некоторых зелёных водорослей это было достигнуто благодаря гигантской многоядерной клетке, расчленённой на листовидную и корневидную части. Однако более перспективным оказалось разделение многоклеточного тела на части, выполняющие различные функции.

Важное значение для дальнейшего развития растений имело возникновение у водорослей полового размножения. Размножение половым путём способствовало изменчивости организмов и приобретению ими новых свойств, которые помогали приспособиться к новым условиям жизни.

Выход растений на сушу. Поверхность материков и дно океана со временем изменились. Поднимались новые материки, уходили под воду существовавшие раньше. Из-за колебаний земной коры на месте морей возникала суша. Изучение ископаемых остатков показывает, что растительный мир Земли тоже изменялся.

Переход растений к наземному образу жизни, по-видимому, был связан с существованием периодически заливавшихся и освобождавшихся от воды участков суши. Осушение этих участков происходило постепенно. У некоторых водорослей стали появляться приспособления к обитанию вне воды.

В это время на земном шаре был влажный и тёплый климат. Начался переход некоторых растений от водного к наземному образу жизни. У древних многоклеточных водорослей строение постепенно усложнялось, и они дали начало первым наземным растениям (рис. 85).

Рис. 85. Первые растения суши

Одними из первых наземных растений были росшие по берегам водоёмов риниофиты, например риния (рис. 86). Они существовали 420—400 млн лет назад, а потом вымерли.

Строение риниофитов ещё напоминало строение многоклеточных водорослей: отсутствовали настоящие стебли, листья, корни, в высоту они достигали около 25 см. Ризоиды, с помощью которых они прикреплялись к почве, поглощали из неё воду и минеральные соли. Наряду с подобием корней, стебля и примитивной проводящей системы риниофиты имели покровную ткань, предохранявшую их от высыхания. Размножались они спорами.

Происхождение высших споровых растений. От риниофитоподобных растений произошли древние плауны, хвощи и папоротники и, по-видимому, мхи, у которых уже были стебли, листья, корни (рис. 87). Это были типичные споровые растения, своего расцвета они достигли около 300 млн лет назад, когда климат был тёплым и влажным, что благоприятствовало росту и размножению папоротников, хвощей и плаунов. Однако их выход на сушу и отрыв от водной среды не были ещё окончательными. При половом размножении споровым растениям для оплодотворения необходима водная среда.

Рис. 87. Происхождение высших растений

Происхождение голосеменных от древних папоротниковидных доказывает многие черты сходства между этими растениями. Это сходство не только внешнее. Общие черты наблюдаются в строении органов: стеблей, листьев и корней.

Очевидно, предками голосеменных растений были древовидные, лиановидные и травянистые семенные папоротники, впоследствии полностью вымершие. Их семена развивались на листьях, шишек ещё не было.

Условия жизни продолжали меняться. Там, где климат становился более суровым, древние голосеменные растения постепенно вымирали (рис. 88). Им на смену приходили более совершенные растения — сосна, ель, пихта.

Рис. 88. Древние голосеменные растения

Растения, размножавшиеся семенами, лучше приспособились к жизни на суше, чем растения, размножавшиеся спорами. Это связано с тем, что возможность оплодотворения у них не зависит от наличия воды во внешней среде. Особенно явно превосходство семенных растений над споровыми проявилось, когда климат стал менее влажным.

Покрытосеменные растения появились на Земле около 130 млн лет назад.

Покрытосеменные оказались наиболее приспособленными к жизни на суше растениями. Только у покрытосеменных имеются цветки, их семена развиваются внутри плода и защищены околоплодником. Покрытосеменные быстро расселились по всей Земле и заняли все возможные места обитания. Уже более 60 млн лет покрытосеменные растения господствуют на Земле.

Приспособившись к различным условиям существования, покрытосеменные создали разнообразный растительный покров Земли из деревьев, кустарников и трав.

Новые понятия

Палеонтология. Палеоботаника. Риниофиты

Вопросы

Задания для любознательных

Летом исследуйте крутые берега рек, склоны глубоких оврагов, карьеров, куски каменного угля, известняка. Найдите окаменевшие древние организмы или их отпечатки.

Зарисуйте их. Постарайтесь определить, к каким древним организмам они принадлежат.

Знаете ли вы, что.

Самый древний отпечаток цветков растения был найден в штате Колорадо (США) в 1953 г. Растение было похоже на пальму. Возраст отпечатка 65 млн лет.

Некоторые формы древних покрытосеменных: тополя, дубы, ивы, эвкалипты, пальмы — сохранились и в настоящее время.

Краткое содержание главы

Царство Растения удивительно многообразно. В него входят водоросли, мхи, плауны, хвощи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные (цветковые) растения.

Низшие растения — водоросли — имеют сравнительно простое строение. Они могут быть одноклеточными или многоклеточными, но их тело (слоевище) не расчленено на органы. Различают зелёные, бурые и красные водоросли. Они вырабатывают огромное количество кислорода, который не только растворяется в воде, но и выделяется в атмосферу.

Человек использует морские водоросли в химической промышленности. Из них получают йод, калийные соли, целлюлозу, спирт, уксусную кислоту и другие продукты. Во многих странах водоросли используют для приготовления разнообразных блюд. Они очень полезны, так как содержат много углеводов, витаминов, богаты иодом.

Лишайники состоят из двух организмов — гриба и водоросли, которые находятся в сложном взаимодействии. Лишайники в природе играют важную роль, первыми поселяясь в самых бесплодных местах. Отмирая, они образуют почву, на которой могут жить другие растения.

Высшими растениями называют мхи, плауны, хвощи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные. Их тело расчленено на органы, каждый из которых выполняет определённые функции.

Мхи, плауны, хвощи, папоротники размножаются спорами. Их относят к высшим споровым растениям. Голосеменные и покрытосеменные — высшие семенные растения.

Из современных голосеменных наиболее известны хвойные. К ним относятся ель, сосна, пихта, лиственница, кедр, можжевельник, кипарис и др. Хвойные растения широко распространены на территории нашей страны.

Покрытосеменные растения имеют наиболее высокую организацию. Они широко распространены в природе и являются господствующей группой растений на нашей планете.

Практически все сельскохозяйственные растения, выращиваемые человеком, относятся к покрытосеменным растениям. Они обеспечивают человека продуктами питания, сырьём для различных отраслей промышленности, используются в медицине.

Изучение ископаемых остатков доказывает историческое развитие растительного мира в течение многих миллионов лет. Из растений первыми появились водоросли, которые произошли от более простых организмов. Они жили в воде морей и океанов. Древние водоросли дали начало первым сухопутным растениям — риниофитам, от которых произошли мхи, хвощи, плауны и папоротники. Своего расцвета папоротниковидные достигли в каменноугольном периоде. С изменением климата им на смену пришли сначала голосеменные, а затем покрытосеменные растения. Покрытосеменные — самая многочисленная и высокоорганизованная группа растений. Она стала господствующей на Земле.

Источник