Как появились растения на земле: Наземные растения произошли от водорослей с ветвями и листьями

почему ученые ошиблись о ходе эволюции

Катерина
Печнякова

специалист по работе с курьерскими службами и ботаник-любитель, маркетплейс локальных магазинов Flowwow

Оказалось, что цветы появились на Земле на 100 млн лет раньше, чем предполагалось. Разбираемся, насколько эта новость сенсационна и как может повлиять на дальнейший ход научных исканий. Объясняет ботаник-любитель и специалист по работе с курьерскими службами в маркетплейсе локальных магазинов Flowwow Катерина Печнякова.

Читайте «Хайтек» в

О чем речь?

В последний день лета в журнале Trends in Plant Science опубликовали результаты исследования, где ученые методом молекулярных часов определили, что цветущие растения (точнее, представители семейства крушиновых, Rhamnaceae) появились на планете больше 250 млн лет назад. А раньше ученые считали, что 150 млн лет назад.

Кажется, что это рядовое открытие: в мировой ботанике постоянно уточняют цифры о возрасте и происхождении видов. Но новости о возрасте цветущих растений могут изменить взгляд на биологическую историю планеты.

Ход эволюции растительного мира

Ход исследования

В январе 2022 года в куске янтаря из Мьянмы исследователи нашли фрагменты побегов южноафриканского кустарника Phylica. Возраст этого образца больше 100 млн лет.

Байрон Ламон, заслуженный профессор экологии растений Кертинского университета (Австралия) вместе с Тяньхуа Хэ, молекулярным генетиком из Университета Мердока, использовали находку, чтобы отследить историю происхождения крушиновых методом молекулярных часов.

«Мы сопоставили ДНК образцов Phylica с динамическими изменениями ДНК растений этого вида за последние 120 млн лет и установили молекулярные часы для всего семейства», — так описывает Ламон суть работы.

Фрагменты побегов в куске янтаря

Раньше считалось, что растения Rhamnaceae, к которым относится и этот образец, возникли на планете около 100 млн лет назад. Оказалось, что первые цветковые растения семейства крушиновых возникли на нашей планете больше 250 млн лет назад — это за 50 млн лет до начала эпохи динозавров.

О методе

Молекулярные часы — один из научных методов датирования филогенетических событий (например, расхождений видов). В его основе лежит гипотеза, согласно которой, эволюционно значимые мутации происходят с постоянной скоростью. Подтверждений этой гипотезе нет, но она дает возможность изучать биологические события, происходившие миллионы лет назад, и хотя бы приблизительно восстанавливать ход эволюции. Для восстановления гипотетической цепочки мутаций используют нуклеотидные последовательности ДНК и аминокислотные последовательности белков. 

Метод известен с 1960-х годов, фактически — с открытия двойной спирали Уотсоном и Криком. Но он дает только приблизительные результаты, так как мутация живых организмов необязательно проходит равномерно. 

В чем сенсация?

Из нашего времени сдвиг во времени такого события, как появление цветковых растений, может показаться несущественным: подумаешь, промахнулись на каких-то 100 млн лет. Но это действительно прорыв, так как появление цветковых растений, когда бы оно ни произошло, считается настоящей революцией в мире флоры и растительноядных существ.

На бытовом уровне — придется забыть (а лучше и перерисовать) все картинки из учебников и энциклопедий, где тираннозавры и диплодоки бродят среди гигантских хвощей и папоротников. Вероятно, их окружала другая флора, гораздо более разнообразная и как минимум — способная цвести.

Гигантские деревья

В области развития научной мысли тоже можно отследить несколько следствий.

Во-первых, другое время возникновения покрытосеменных цветущих растений означает, что Земле на это потребовалось минимум на 100 млн лет меньше. Голосеменные первыми заселили сушу Земли и положили начало всей существующей наземной флоре. Но цветущие растения потеснили их намного раньше.

Во-вторых, намного раньше началась эпоха симбиоза между растениями и насекомыми, главными опылителями цветущих растений. Сам мир насекомых стал развиваться благодаря появлению цветов: у ползающих появился стимул взлететь в небо, это дало толчок для развития класса птиц. Пока в небе нет корма, зачем летать?

Именно цветущие растения на Земле положили начало освоению неба (до этого были эпохи освоения воды и суши). И это произошло за 50 млн лет до начала эпохи динозавров. Иными словами, первобытные ящеры эволюционировали уже в мир, где есть смысл не только ползать, но и летать.

В-третьих, современные цветы прошли гораздо более долгий путь эволюции. Известные нам цветущие растения — результат более длительной борьбы за выживание, более жесткого естественного отбора, чем предполагалось раньше. А если путь современных растений был на 100 млн лет дольше, сложно даже представить себе, сколько видов успело возникнуть и исчезнуть за этот период.  

История вопроса

Изучением многомиллионной истории земной флоры человечество занимается всего 200 лет. Отец палеоботаники, французский ученый Адольф-Теодор Броньяр, в 1822 году написал революционную для всей мировой науки статью о классификации и распределении ископаемых растений. Спустя 6 лет он систематизировал все знания в крупной монографии, ставшей программной книгой для всех биологов XIX — середины XX века.

Почти со времен Броньяра известно, что деревья, дающие семена, намного старше цветов: они появились в период позднего палеозоя, то есть около 300 млн лет назад.

Позднепалеозойская эра охватывает период примерно от 419 до 252 млн лет назад и подразделяется на три геологических периода: девонский, каменноугольный и пермский. В начале девонского периода доминирующими представителями флоры Земли были папоротники, хвощи и другие голосемянные растения с очень простым и экстенсивным способом размножения: спорами. В конце периода часть растений эволюционировала до полового размножения через семена.

Образцы первобытных растений ученые находили в окаменелой смоле или торфяных залежах. Ход научной мысли зависел от качества найденных образцов. Три самых известных местонахождения ископаемых растений позднего палеозоя:

• Райни-Черт, Шотландия. Примитивные растения возрастом около 411 млн лет — с водопроводящими клетками и спорангиями, но без оформленных листьев. 

• Район Вуда, северо-западная область Китая. Здесь нашли множество полностью сохранившихся растений, законсервированных в торфяниках, возрастом около 298 млн лет. Здесь также преимущественно находили папоротники.

• Хеймниц, Германия. Здесь нашли залежи ископаемых растений возрастом около 290 млн лет. Окаменелости говорят о том, что в пермский период произрастала густая влаголюбивая растительность. Но и здесь выраженных покрытосеменных не обнаружили.

Еще одно основание для исследования Ламона

Одной из важных предпосылок для открытия Байрона Ламона стала находка 2018 года в Цзянсу, Китай. Здесь группа исследователей нашла окаменелые фрагменты цветка. По оценке экспертов, возраст окаменелости — 174 млн лет. Ученые несколько лет хотели подтвердить предположение, что цветущие растения заселили Землю намного раньше, чем считалось.

А за год до этого, в феврале 2017 года, исследовательская группа из Австрии во главе с Юргом Шененбергером воссоздала облик одного из первых цветов на планете.

Ученые исследовали фенотипические особенности сотни современных цветов, установили их общие признаки и на основе этих данных вывели их прародителя. Больше всего искусственно воссозданный праотец напоминает лилию: у него пять пестиков, закрученных в завитки, десять тычинок, несколько лепестков и чашелистиков (у современных лилий, кстати, пестиков три, а тычинок шесть).

Nanjinganthus dendrostyla

Потомки первых цветов на Земле

Представители крушиновых до сих пор растут бок о бок с нами. Они и правда немного странные: сразу видно, пришли из глубины веков.

Держидерево 

Необычный кустарник: его плоды, одревесневшие костянки, похожи на коричневые зонтичные грибы. Другое его название — Христова колючка: по легенде, именно из этого дерева сплели терновый венец Христа. Растение целебное: отвар из его плодов обладает противовоспалительным и отхаркивающим действием. Держидерево можно встретить и на территории России, особенно в южной, юго-западной областях и на Кавказе.

Держидерево

Сагереция 

Среди крушиновых очень мало комнатных растений: все-таки это скорее деревья и кустарники. Но сагереция чайная — исключение: ее можно часто встретить в форме бонсая. У этого растения прямой, искривляющийся ствол и узловатые побеги, создающие красивую асимметричную крону. Именно поэтому сагерецию и выбирают в качестве комнатного дерева.

Сагереция чайная

А вот облепиха, так похожая на рисунки из книги Броньяра и находки из северного Китая, к древним крушиновым имеет мало отношения. Она относится к роду растений семейства лоховые (Elaeagnaceae). Но из-за сходства с древними окаменелыми останками самый распространенный вид этого плодоносящего дерева назвали облепиха крушиновидная.

Читать далее:

Космический самолет доставит грузы на МКС и приземлится в обычном «аэропорту»

Звезда приблизилась к черной дыре и ее разорвало: ученые наблюдали это с трех телескопов

Ученые нашли следы генетических мутаций в крови каждого человека, который побывал в космосе

Появление растений — презентация онлайн

Похожие презентации:

Эндокринная система

Анатомо — физиологические особенности сердечно — сосудистой системы детей

Хронический панкреатит

Топографическая анатомия верхних конечностей

Анатомия и физиология сердца

Мышцы головы и шеи

Эхинококкоз человека

Черепно-мозговые нервы

Анатомия и физиология печени

Топографическая анатомия и оперативная хирургия таза и промежности

Выполнила
Таджибаева Зилола

2.

Как появилась первые растения на Земле?

С размножением сине-зеленых водорослей, которые еще
называют циан бактериями, содержание кислорода в воздухе
постепенно увеличивалось. Наверное, сначала он уничтожил
немало бактерий, но со временем они научились использовать его
в своих потребностях. Развитие разных типов бактерий привел к
появлению других типов организмов, которые доставали энергию
просто за счет поедания более примитивных родичей. Следующий
важный этап начался, когда более сложные клетки приобрели
способность к фотосинтезу благодаря появлению хлоропласта. Это
и были первые настоящие растительные клетки.

3. Эволюция растений

Первые растения были одноклеточными организмами, которые возникли, когда синезеленые водоросли нашли убежище в больших клетках. В этих больших клетках уже были
митохондрии, которые происходили от других бактерий. На «взгляд» клеток, давая
прибежище бактериям, они получают массу преимуществ – митохондрии помогали им
использовать кислород, а хлоропласты вырабатывали для них еду.
Эти прародители растений, очевидно, жили на поверхности морей и озер, как и теперь
существуют их многочисленные потомки – одноклеточные водоросли. Со временем
одноклеточные растения развились в многоклеточные, когда их клетки после деления
оставались вместе. Одни формировали из клеток шары, другие – пустые цилиндры,
цепочки из клеток. Многие организмы с такими приспособлениями живут и до сих пор в
виде водорослей.

4. Путь на суши

На
протяжении
миллионов
лет
единственной
формой
растительной жизни на Земле были водоросли. Как и теперь, они
существовали практически только в воде, потому что на земле
высыхали. Потом мелкие водоросли стали расти на берегах озер, у
самой воды. Со временем у них развились наполовину
водонепроницаемые оболочки и корне подобные структуры,
которые всасывали влагу из грунта.
Эти водоросли-пионеры дали начало мхам – примитивным
растениям, также способным выжить лишь в сырых местах. Со
временем появились более развитые растения, как папоротники,
с листьями, покрытыми водонепроницаемой оболочкой. Они
первыми развили корни и деревянистые стебли, что позволяло им
расти вверх.

5. Когда на Земле появились первые растения?

Ученые считают, что первые растения на Земле появились с началом процесса
фотосинтеза, происходившего в бактериях. Этот важный процесс взаимодействия
жидкости и солнечного света стал источником выделения свободного кислорода. Благодаря
этому и зародился растительный мир.
Часто люди задаются вопросом о том, какие виды были первыми и как появились они на
нашей планете. Ответ дали ученые. Первыми представителями флоры, сумевшими
появиться на земле, были риния и куксония. Последняя выглядела как небольшой кустик,
размер которого не превышал 5-7 см. Наиболее благоприятными условиями для развития
куксония обладала болотная местность. Следы присутствия этой куксонии были
обнаружены на территории Чехии, США и Западной Сибири. Риния — растение, похожее
на куксонию. Несмотря на родство происхождения, размеры ринии были более
существенными — до 50 см в высоту. Изначально каждое из растений имело только 1 вид.
По другой версии, одним из первых на земле стал появившийся мох. Кроме того, были
обнаружены остатки одноклеточных водорослей и грибов. Местами их происхождения
также считаются болотистые и тенистые области.

6. Время появления

На вопрос о том, когда на земле появились растения, нет
однозначного ответа. Каждый из представителей земной флоры
начинал появляться в определенное время:
• первые
одноклеточные (мхи, лишайники) — 2 млрд лет
назад;
• более
сложные растения
папоротники) — 4 млн лет;
• хвойные
• возраст
(похожи
на
современные
и сосновые появились около 3 млн лет назад;
первых цветковых составляет 150 млн лет.

7. Мхи и лишайники

У мхов и лишайников нет семян. Они размножаются спорами – мельчайшими
пылинками, не защищенными
оболочкой и не содержащими питательных веществ.
Соединиться «отцовская» и «материнская» пылинка могут только в воде. Из-за этого лишь
одна из миллионов пылинок может превратиться в новое растение. Гораздо эффективнее
другой способ размножения, когда часть растения отделяется и разрастается. Кстати, так
могут размножаться практически все растения. Однако так новое растение появится рядом,
а споры ветер может унести за многие километры от растения-«родителя».
У мхов нет корня, есть лишь уже знакомые нам выросты-ризоиды, которыми растение
крепится к земле, камню или дереву. Из-за этого мох не может получать воду и азот из
почвы. Поэтому мхи поселяются в сырых местах, где они могут всей поверхностью
впитывать воду и питательные вещества, растворенные в ней. Чаще всего мхи растут на
почве, в которой мало питательных веществ – ведь здесь им не будут мешать расти другие
растения.

8. Мхи и лишайники

Лишайник – это очень интересное растение. Точнее, его и растением назвать
трудно. Ведь лишайник – это водоросли и грибы, живущие вместе. Гриб умеет
впитывать воду и азот из почвы, а водоросли, живущие на его поверхности, умеют
осуществлять фотосинтез, образуя из воды и углекислого газа под действием
солнечного света углеводы. Таким образом эти живые организмы отлично
дополняют друг друга. Гриб и водоросль так хорошо приспособились друг к другу
Мхи и лишайники считаются очень несовершенными растениями. Однако именно
это «несовершенство» позволяет им жить в таких условиях, где любые другие
растения не смогут существовать. Они легко переносят даже глубокое
замораживание и последующее высыхание. Благодаря тому, что мхи и лишайники
невероятно неприхотливы, они распространены по всей планете. Они растут даже
на побережьях Антарктиды! Ученые возлагают на лишайник большие надежды,
пытаясь выращивать это растение в космосе.

10. Более сложное растения (похожи на современные папоротники)

Около 4 млн
лет назад возникли более сложные растения. Они
напоминали современные папоротники. Папоротники первыми имели
корни, стебель и листья. Это признаки высших растений.
Ко времени появления динозавров Земля уже была покрыта лесами. Эти
растения размножались семенами.
Папоротники –довольно распространенные травянистые растения наших
лесов.
Папоротник имеет корень ,стебель , лист ,но не имеет цветков . У
папоротника никогда не бывает плодов и семян .

12. Папоротники

13. Сосны и хвойные деревья

К первым хвойным деревьям относятся
сосна, ель, лиственница и кедр . Они
появились позже, 3 млн лет назад. Все
эти деревья прячут свои семена в
шишках.
Сосна – хвойное дерево с ровным
стволом желтого цвета . Хвоинки сосны
длинные ,сидят парами. Шишки сосны
имеют округлую.
Достигают 40м высоты
Диаметры 1,5 м
Живет до 350-400 лет .

15. Цветущие растения

Биологи
проанализировали
историю эволюции цветочных
растений и выяснили, что
первые цветы Земли были
больше всего похожи на белые
лилии и троллиуями по своей
форме
и
раскраске.
Традиционно считается, что
первые цветковые растения,
появившиеся на Земле в
меловом периоде, около 150
миллионов лет назад, произвели
революцию в мире флоры и
растительноядных существ.

English    
Русский
Правила

Видео: Как растения изменили нашу планету?



Видео: Как растения изменили нашу планету? | Калифорнийская академия наук

Похоже, JavaScript либо отключен, либо не поддерживается вашим браузером. Для просмотра этого сайта включите JavaScript, изменив параметры браузера, и повторите попытку.

Перейти к основному содержанию

Наземные растения, превратившись из сосудистых в несосудистые, коренным образом изменили нашу планету. Вернитесь во времени — до появления динозавров — на 420 миллионов лет назад, чтобы узнать, как они совершили этот подвиг, с доказательствами, предоставленными по пути.

Об этом видео

Уровень: 6–12
Продолжительность: 5 минут
Научные стандарты нового поколения: HS-ESS2-7;   ESS2.D, ESS2.E; Аргументация на основании фактов

Видео Синопсис
Ботаник Академии доктор Натали Нагалингум объясняет, как более 400 миллионов лет назад ранние растения играли заметную роль в изменении физической поверхности Земли, а также климата нашей планеты. Она встречается со сверстником, чтобы обсудить доказательства, которыми в настоящее время располагают ученые в поддержку ее истории.

Доступны субтитры на испанском, китайском и многих других языках!
Нажмите кнопку CC и переключите настройки, чтобы выбрать свой язык.

Наводящие вопросы

При просмотре видео обдумайте следующее:

• Когда растения впервые вышли на сушу и как со временем изменились их размер и структура?
• Какую роль сыграли ранние наземные растения в изменении нашей планеты, как в физическом, так и в химическом отношении? Попробуйте привести не менее трех примеров.
• Каким образом углерод «запирается» в живых тканях растения? Откуда берется этот углерод?
• Как углерод может попасть в почву?
• Учитывайте указанные шкалы времени. Сколько времени потребовалось для развития растений с сосудистой системой? За какое время растения изменили климат Земли?
• Какие доказательства представили ученые в поддержку своего объяснения того, что произошло на Земле миллионы лет назад? Рассмотрим один тип свидетельств, относящихся к прошлому, и другой тип свидетельств, связанных с наблюдениями за природой в настоящее время.
• Считаете ли вы выводы, сделанные ботаником, убедительными? Почему или почему нет?
• На какие доказательства ссылались, но не показали? Как вы могли бы изучить больше информации, чтобы лучше понять эти утверждения?

Связи с научными стандартами следующего поколения

Хотя это видео не обязательно подробно описывает следующие стандарты, это полезный ресурс, который вы можете использовать в дополнение к своему учебному плану.

Соответствующие ожидаемые результаты

HS-ESS2-7: Сформулируйте аргумент, основанный на доказательствах одновременной совместной эволюции земных систем и жизни на Земле.

• Акцент делается на динамических причинах, следствиях и обратных связях между биосферой и другими системами Земли, посредством чего факторы науки о Земле контролируют эволюцию жизни, которая, в свою очередь, постоянно изменяет поверхность Земли.

• Примеры включают в себя то, как фотосинтезирующая жизнь изменила атмосферу за счет производства кислорода, что, в свою очередь, увеличило скорость выветривания и способствовало эволюции животной жизни; и как микробная жизнь на суше увеличила образование почвы, что, в свою очередь, способствовало эволюции наземных растений.

Основные дисциплинарные идеи

• ESS2.D: Погода и климат. Постепенные атмосферные изменения происходили из-за растений и других организмов, которые поглощали углекислый газ и выделяли кислород.
• ESS2.E Биогеология. Многочисленные динамичные и тонкие обратные связи между биосферой и другими системами Земли вызывают непрерывную совместную эволюцию земной поверхности и жизни, существующей на ней.

Научная и инженерная практика

• Оцените утверждения, доказательства и/или аргументацию, лежащую в основе принятого в настоящее время объяснения, чтобы определить достоинства аргумента.

• Применять научные рассуждения, теории и/или модели, чтобы связать доказательства с утверждениями, чтобы оценить степень, в которой рассуждения и данные подтверждают объяснение или вывод.

Видео по теме

video-youtube

Как ученые работают вместе?

Эти персонажи из разных областей знаний сотрудничают, чтобы понять растения — от 400 млн лет назад до наших дней.

стандарт изображения

Как ученые исследуют прошлое?

Ученые используют новые методы изучения окаменелостей и ДНК, чтобы понять, как эволюционировали растения на этой планете.

видео-youtube

Как изменение климата в прошлом повлияло на современные растения?

Доктор Натали Нагалингум рассказывает об истории развития можжевельника и кипарисов в холодное и засушливое время.

Хранилище научных видео

Наша коллекция обучающих видео поможет вашим учащимся визуализировать данные и понять научные концепции.

25.1B: Эволюция наземных растений

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Безграничный
• Безграничный

Геологические периоды палеозоя отмечены изменениями в растительной жизни, населявшей землю.

Цели обучения

• Обобщение развития адаптаций у наземных растений

Ключевые моменты

• Наземные растения впервые появились в ордовикский период, более 500 миллионов лет назад.
• Эволюция растений происходила путем поэтапного развития физических структур и репродуктивных механизмов, таких как сосудистая ткань, производство семян и цветение.
• Палеоботоники прослеживают эволюцию морфологии растений посредством изучения летописи окаменелостей в контексте окружающих геологических отложений.

Ключевые термины

• Палеоботаника : раздел палеонтологии или палеобиологии, занимающийся извлечением и идентификацией растительных остатков из геологических контекстов
• микориза : симбиотическая ассоциация между грибком и корнями сосудистого растения

Эволюция наземных растений

Любое обсуждение эволюции наземных растений невозможно без краткого обзора хронологии геологических эпох. Ранняя эра, известная как палеозой, делится на шесть периодов. Он начинается с кембрийского периода, за которым следуют ордовик, силур, девон, каменноугольный период и пермь. Важнейшим событием ордовика, произошедшим более 500 миллионов лет назад, была колонизация земли предками современных наземных растений. Окаменелые клетки, кутикулы и споры ранних наземных растений датируются ордовикским периодом раннего палеозоя. Эволюция растений происходила путем постепенного развития новых структур и механизмов воспроизводства. Защита зародыша развилась до развития сосудистых растений, которые, в свою очередь, эволюционировали до семенных и цветковых растений. Древнейшие из известных сосудистых растений обнаружены в отложениях девона. Одним из богатейших источников информации является кремень Райни, отложение осадочных пород, обнаруженное в Райни, Шотландия, где были идентифицированы встроенные окаменелости некоторых из самых ранних сосудистых растений.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Месторождение осадочных пород в кремнях Райни: кремни Райни содержат окаменелый материал сосудистых растений. Область внутри круга содержит луковичные подземные стебли, называемые клубнелуковицами, и корневидные структуры, называемые ризоидами.

Постепенная эволюция наземных растений : Адаптация растений к жизни на суше происходила постепенно посредством поэтапного развития физических структур и механизмов размножения

Как организмы приобрели черты, позволяющие им колонизировать новые среды, и как современная экосистема формируется, являются фундаментальными вопросами эволюции. Палеоботаника (наука о вымерших растениях) решает эти вопросы посредством анализа окаменелых образцов, извлеченных из полевых исследований, воссоздавая морфологию давно исчезнувших организмов. Палеоботаники прослеживают эволюцию растений, следя за изменениями в морфологии растений, что проливает свет на связь между существующими растениями путем выявления общих предков, обладающих одинаковыми чертами. Эта область направлена ​​​​на поиск переходных видов, которые преодолевают пробелы на пути к развитию современных организмов. Палеоботаники собирают ископаемые образцы в полевых условиях и помещают их в контекст геологических отложений и других окаменелых организмов, окружающих их.

Палеоботаники проводят различие между вымершими видами в виде окаменелостей и существующими видами, которые все еще живут. У вымерших сосудистых растений, классифицируемых как зостерофиллы и тримерофиты, скорее всего, не было настоящих листьев и корней, и они образовывали невысокие растительные коврики, по размерам схожие с современными мхами, хотя некоторые триметофиты могли достигать метра в высоту. Более поздний род Cooksonia , процветавший в силурийском периоде, был тщательно изучен на хорошо сохранившихся экземплярах. Отпечатки Cooksonia имеют тонкие ветвящиеся стебли, оканчивающиеся чем-то вроде спорангиев. Из извлеченных образцов невозможно точно установить, обладал ли Cooksonia сосудистыми тканями. Окаменелости указывают на то, что к концу девонского периода ландшафт заселили папоротники, хвощи и семенные растения, давшие начало деревьям и лесам. Эта пышная растительность помогла обогатить атмосферу кислородом, облегчив колонизацию суши дышащими воздухом животными.