Самые древние представители царства растений: Скажите особенности строения водорослей) — ответ на Uchi.ru

Самые древние деревья

Баньян — терновый венец

Баньяновое дерево (Ficus benghalensis) является священным для многих народов Индийского субконтинента, Гималаев, Китая и многих районов Юго-Восточной Азии. Его представители могут вырасти до необычайных размеров, что делает их одними из самых впечатляющих деревьев в мире. Ширина купола баньяна может стать настолько огромной, что, согласно легенде, Александр Великий (356−323 гг. до н.э.) и вся его армия смогли укрыться под одним деревом.

Самый знаменитый своими размерами баньян, известный как Великий баньян, расположен в Chandra Bose Botanic Garden, недалеко от Калькутты, в Индии. Он зародился в кроне финиковой пальмы (баньян — эпифит), которая росла в ботаническом саду всего около 200 лет назад. С этих скромных начал он разросся так, что в сейчас считается самым «размашистым» деревом в мире. В 1925 году удар молнии выжег сердцевину дерева, и теперь оно больше похоже на лес, чем на одно дерево, кроме того с тех пор оно образовало колонию, состоящую из более чем 3000 воздушных корней. Занимая огромную площадь около 14 500 кв. м. (где-то 2/3 Красной площади), нынешняя крона имеет окружность около 1 км.

Претендент на звание Древа познания

Ficus Religiosa известен под разными именами, чаще всего «бо» или «бодхи». Большое быстрорастущее лиственное дерево с рифленым стволом, покрытым гладкой серой корой. В отличие от многих других видов фиг у него нет воздушных корней и он не относится к «фикусам-душителям», но, тем не менее, разламывает своего хозяина по мере роста. Дело в том, что фикусы — эпифиты. У него большие листья в форме сердца, которые сужаются в тоненький длинный кончик и расположены на длинных тонких стеблях, за счет чего листва трепещет от малейшего ветерка. [Эпифи́ты — растения, произрастающие или постоянно прикреплённые на других растениях, при этом не получающие от них никаких питательных веществ]

Бо почитаются, как одни из самых священных деревьев в Индии, Шри-Ланке и Непале, где им поклоняются как индусы, так и буддисты. Говорят, что «Дерево Бодхи», которое сейчас растет в храме Махабодхи в Бодх-Гая на северо-востоке Индии, является прямым потомком дерева, под которым основатель буддизма Сиддхартха Гаутама обрел просветление 2600 лет назад. Иллюстрации часто изображают это событие, показывая Будду под большим раскидистым деревом, с демонами, нападающими на него с одной стороны, и побежденными демонами, убегающими с другой. Согласно древней традиции, то самое дерево бодхи в Бодх-Гайе было выращено богиней земли, и в самый момент просветления Будды все цветущие деревья в мире распустились и принесли плоды. Буддисты считают бодхи олицетворением Будды.

Опыление

Существует около 750 видов фиговых деревьев, и каждому для опыления нужна специальная миниатюрная оса (длиной всего 1,5 мм). Недавние исследования д-ра Стива Комптона из Университета Лидса в Великобритании показали, что осы не меняли способа опыления цветков инжира в течение как минимум 34 миллионов лет. Окаменелости, найденные на острове Уайт в Великобритании, показывают, что доисторические фиговые осы использовали те же самые части своего тела, чтобы нести пыльцу и проникать внутрь цветов фиг (сикониев), что и живущие сегодня.

грибы немало потрудились для придания жизни на Земле современного вида // Смотрим

  • Профиль

Происхождение и развитие жизни на Земле

19 декабря 2017, 17:25
19 декабря 2017, 18:25
19 декабря 2017, 19:25
19 декабря 2017, 20:25
19 декабря 2017, 21:25
19 декабря 2017, 22:25
19 декабря 2017, 23:25
20 декабря 2017, 00:25
20 декабря 2017, 01:25
20 декабря 2017, 02:25
20 декабря 2017, 03:25

  • Дарья Загорская

  • Фото Wikimedia Commons.

Похоже, роль грибов в становлении жизни на Земле, какой мы её знаем, явно недооценивалась. Согласно результатам нового исследования, представители именно этого царства стали ключевыми фигурами в наполнении атмосферы нашей планеты кислородом.

Сегодня на Земле доминируют растения и животные, в то время как представители царства грибов пребывают в тени. Но вполне возможно, что именно они помогли кардинально изменить условия на нашей планете и сделать её пригодной для бурного развития других форм жизни.

Учёные из Университета Лидса провели серию экспериментов, в ходе которых растения и грибы выращивали в атмосфере, похожей на ту, что была на древней Земле. Обработка полученных результатов с помощью компьютерной модели показала, что грибы были необходимы для насыщения воздуха кислородом, без которого не могли развиваться более сложные организмы.

Современные растения с помощью развитой корневой системы самостоятельно собирают из почвы питательные вещества и доставляют их к другим органам по системе сосудов. Но их самые древние предки, жившие в совершенно ином климате, не имели корней и проводящих тканей, поэтому не могли перекачивать воду, столь необходимую для фотосинтеза. Кроме того в ранней почве отсутствовали органические вещества. Так что для выживания и развития растениям понадобились союзники, которых они нашли в лице грибов.

Доктор Кэти Филд (Katie Field) и её коллеги выяснили, что более 500 миллионов лет назад грибы извлекали из горных пород фосфор и передавали его растениям для ускорения фотосинтеза. Для этого они выделяли органические кислоты, растворяющие частицы минералов.

Лабораторные эксперименты подтвердили, что различные виды древних грибов, сохранившиеся до наших дней, проводили этот обмен с разной скоростью, а значит, по-разному влияли на интенсивность фотосинтеза.

Это, в свою очередь, повлияло на скорость, с которой в атмосфере уменьшалось количество углекислого газа и повышалось содержание кислорода.

«Мы смоделировали то, что могло бы происходить с климатом на протяжении всей палеозойской эры, если бы различные типы ранних симбиозов растений и грибов были включены в глобальные циклы фосфора и углерода, — рассказывает доктор Филд в пресс-релизе университета.

Описание результатов своей работы учёные опубликовали в издании Philosophical Transactions of the Royal Society B. Среди прочего авторы отмечают, что, в конце концов, наземные растения благодаря развитому процессу фотосинтеза отвечают за производство примерно половины кислорода на Земле. Но этот процесс требует постоянных поставок фосфора и в настоящее время учёные всё ещё не могут похвастаться детальным пониманием того, как эта система работает в глобальном масштабе.

Вполне возможно, что дальнейшие исследования грибов и их истории сотрудничества с растениями дадут ответы на все оставшиеся вопросы.

Очевидно, что к грибам не стоит относиться легкомысленно. Мало того, что они являются ценным источником пищи для человека и животных, и даже подозреваются в омоложивающих свойствах, грибы также предупреждают растения о нашествии вредителей и прекрасно переносят марсианские условия.

  • новости

Весь эфир

Познакомьтесь с самым старым горшечным растением в мире

OAP (Old Age Plant)

Среди сочных зеленых листьев и парящего тепла нашего тропического Пальмового дома живет одно замечательное растение-рекордсмен – восточно-капский гигантский саговник ( Encephalartos altensteinii ).

Этот саговник весом более тонны и высотой более четырех метров является старейшим горшечным растением в мире.

Удивительный образец впервые прибыл сюда в 1775 году после того, как первый охотник за растениями Кью, ботаник Фрэнсис Массон, принес его обратно в сады. Он собрал растение в Восточно-Капской провинции Южной Африки, стране происхождения этого вида.

Посаженное на борт деревянного парусного корабля, похожее на пальму растение, долгое путешествие из Южной Африки в Лондон заняло бы несколько месяцев.

Во время путешествия саговник был привязан к палубе, чтобы дать ему доступ к дождевой воде и солнечному свету, прежде чем его перевезли на барже по Темзе в Кью.

Восточно-Капский гигантский саговник (Encephalartos altensteinii) в Кью в 1895 г. © RBG Kew

Одна шишка чудо

Хотя восточнокапский гигантский саговник живет в Кью уже более 240 лет, за все время своего пребывания здесь растение произвело только одну шишку.

Это было в 1819 году, и его засвидетельствовал натуралист сэр Джозеф Бэнкс, первый неофициальный директор Кью, за год до его смерти.

Медленный рост

Саговник-долгожитель, сидящий сейчас в большом горшке, переехал в Пальмовый дом в 1848 году и растет со средней скоростью всего 2,5 см в год.

В молодые годы этот вид декоративного саговника кажется бесствольным и имеет перистые, похожие на пальмы зеленые листья, которые мутовчато образуют густую прямостоящую крону.

По мере того, как растение продолжает расти, начинает развиваться толстый ствол, достигающий в зрелом возрасте четырех или пяти метров в высоту. Единственный ствол стоит прямо до более старшего возраста, когда он начинает откидываться.

Как и некоторые пожилые люди, наш пожилой восточно-капский гигантский саговник должен опираться на подпорки, чтобы оставаться на ногах. Без них растение не может поддерживать собственный вес.

Но не только наш экземпляр старожил. Саговники существовали еще до того, как динозавры ходили по Земле. Доисторические растения были широко распространены более 250 миллионов лет назад.

Восточно-Капский гигантский саговник (Encephalartos altensteinii) в Пальмовом доме © RBG Kew

Уход за гигантом

Восточнокапский гигантский саговник прекрасно себя чувствует в Пальмовом доме, где много тепла, света и влаги. Наша команда садоводов ухаживает за ним несколькими способами:

  • Полив растения меняется в течение года с большим количеством полива, необходимого в летние месяцы. Естественно, саговник будет расти в засушливых районах, где выпадают летние дожди.
  • Растение не требует никакой обрезки, кроме удаления опавших листьев.
  • Его расположение в южной части Пальмового дома является одним из самых солнечных мест в теплице, поэтому он получает достаточно света.
  • Одной из самых больших проблем при уходе за этим растением является правильный уровень орошения. Он в очень большом горшке, поэтому лучше поливать обильно и реже, чем по чуть-чуть. Растение не сильно меняется визуально в течение года и очень медленно растет, спорадически производя новые листья каждые несколько лет. Это затрудняет определение того, сколько воды он использует.
  • В июле 2009 года саговник был поднят и пересажен в новый контейнер из древесины сапеле. Для этого потребовалась команда из девяти человек. Его также засыпали специально приготовленным компостом.

«Я очень горжусь тем, что ухаживаю за этим растением, — говорит управляющий Palm House Уилл Споэльстра. «Я вижу в этом символ невероятной истории Palm House и Кью в целом.

‘Меня до сих пор поражает, как давно он здесь и как сильно изменился мир за это время.

‘Надеюсь, он проживет намного дольше, так как я не хочу, чтобы меня называли «смотрителем Пальмового дома, который уничтожил самое старое горшечное растение в мире».’

Иллюстрация шишки Encephalartos altensteinii, 1891 г. © RBG Kew

Природоохранная концентрация

Вид классифицируется как уязвимый (VU) в дикой природе в результате расчистки земель в соответствии с критериями Красного списка МСОП.

Тем не менее, он довольно распространен в своей родной Южной Африке, встречается у побережья в местах обитания, варьирующихся от открытых кустарников на крутых скалистых склонах до сомкнутых вечнозеленых лесов в долинах.

Этот вид внесен в Приложение I СИТЕС, которое разрешает торговлю только в исключительных случаях. Более жесткое регулирование помогает защитить дикие популяции.

Мы проводим мониторинг гигантского саговника Восточной Капской провинции здесь, в Кью, в рамках выборочного индекса Красной книги растений, целью которого является оценка сохранения репрезентативной выборки видов растений в мире.

Эта информация поможет лучше понять риск исчезновения и сосредоточить усилия по сохранению там, где они нужны больше всего.

  • 15 декабря 2022 г.

    Как питаться более рационально

    Грейс Брюэр

  • 14 декабря 2022 г.

    Борьба с отмиранием ясеня в Уэйкхерсте

    Джессика Хейн

  • 30 ноября 2022 г.

    Следующая фасоль

    Эдди Джонстон

Ранняя жизнь растений | Биология II

Цели обучения

К концу этого раздела вы должны решить следующие задачи:

  • Обсудить проблемы растительной жизни на суше
  • Опишите приспособления, которые позволили растениям заселить землю
  • Описать хронологию эволюции растений и влияние наземных растений на другие живые существа

Царство Plantae включает большие и разнообразные группы организмов. Существует более 300 000 видов каталогизированных растений. Из них более 260 000 семенных растений. Мхи, папоротники, хвойные и цветковые растения — все это представители царства растений. Большинство биологов также считают зеленые водоросли растениями, хотя другие исключают все водоросли из царства растений. Причина этого разногласия связана с тем, что только зеленые водоросли, Charophytes имеют общие характеристики с наземными растениями (например, использование хлорофилла a и b плюс каротин в той же пропорции, что и у растений). Эти характеристики отсутствуют у других видов водорослей.

Evolution Connection

Водоросли и эволюционные пути к фотосинтезу

Некоторые ученые считают все водоросли растениями, тогда как другие утверждают, что только Charophytes принадлежат к царству Plantae. Эти расхождения во мнениях связаны с разными эволюционными путями фотосинтеза, выбранными для разных типов водорослей. Хотя все водоросли являются фотосинтезирующими, то есть содержат ту или иную форму хлоропласта, не все они стали фотосинтезирующими одним и тем же путем.

Предки зеленых водорослей стали фотосинтезирующими путем эндосимбиоза с зеленой фотосинтезирующей бактерией около 1,65 миллиарда лет назад. Эта линия водорослей превратилась в Charophytes и, в конечном итоге, в современные мхи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные растения. Их эволюционная траектория была относительно прямой и монофилетической. Напротив, другие водоросли — красные, бурые, золотистые, страменопилы и т. д. — все стали фотосинтезирующими в результате вторичных или даже третичных эндосимбиотических событий; то есть они эндосимбиозировали клетки, которые уже эндосимбиозировали цианобактерии. Эти опоздавшие к фотосинтезу аналогичны харофитам с точки зрения автотрофности, но они не распространились в той же степени, что и харофиты, и не колонизировали сушу.

Различные взгляды на то, все ли водоросли являются Plantae, возникают из-за того, как рассматриваются эти эволюционные пути. Ученые, которые прослеживают исключительно прямые эволюционные линии (то есть монофилию), считают растениями только Charophytes. Для биологов, которые набрасывают широкую сеть на живые существа, имеющие общие характеристики (в данном случае на фотосинтезирующих эукариот), все водоросли являются растениями.

Ссылка на обучение

Посетите этот интерактивный веб-сайт, чтобы получить более подробную информацию о Charophytes.

Адаптация растений к жизни на суше

Поскольку организмы приспособились к жизни на суше, им пришлось столкнуться с рядом проблем в земной среде. Вода была описана как «вещество жизни». Внутренняя часть клетки представляет собой водянистый суп: в этой среде растворяется и диффундирует большинство малых молекул, и происходит большинство химических реакций обмена веществ. Иссушение, или высыхание, представляет постоянную опасность для организма, подвергающегося воздействию воздуха. Даже когда части растения находятся близко к источнику воды, надземные части, скорее всего, высохнут. Вода также обеспечивает плавучесть организмам. На суше растениям необходимо развивать структурную поддержку в среде, которая не дает такой подъемной силы, как вода. Организм также подвергается бомбардировке мутагенным излучением, так как воздух не фильтрует ультрафиолетовые лучи солнечного света. Кроме того, мужские гаметы должны достичь женских гамет, используя новые стратегии, потому что плавание больше невозможно. Следовательно, и гаметы, и зиготы должны быть защищены от высыхания. Успешные наземные заводы разработали стратегии для решения всех этих проблем. Не все приспособления появились сразу. Некоторые виды никогда не уходили далеко от водной среды, в то время как другие продолжали завоевывать самые засушливые места на Земле.

Чтобы сбалансировать эти проблемы выживания, жизнь на суше предлагает несколько преимуществ. Во-первых, много солнечного света. Вода действует как фильтр, изменяя спектральное качество света, поглощаемого фотосинтетическим пигментом хлорофиллом. Во-вторых, углекислый газ более доступен в воздухе, чем в воде, поскольку он быстрее диффундирует в воздухе. В-третьих, наземные растения возникли раньше наземных животных; поэтому, пока суша не была заселена животными, никакие хищники не угрожали жизни растений. Эта ситуация изменилась, когда животные вышли из воды и питались обильными источниками питательных веществ укоренившейся флоры. В свою очередь, растения разработали стратегии отпугивания хищников: от шипов и шипов до ядовитых химикатов.

Ранние наземные растения, как и ранние наземные животные, жили недалеко от обильного источника воды и разработали стратегии выживания для борьбы с засухой. Одна из этих стратегий называется толерантностью. Многие мхи, например, могут высохнуть и превратиться в коричневый и ломкий мат, но как только дождь или наводнение сделает воду доступной, мхи впитают ее и вернут свой здоровый зеленый вид. Другая стратегия заключается в колонизации среды с высокой влажностью, где засухи случаются редко. Папоротники, которые считаются ранней линией растений, процветают во влажных и прохладных местах, таких как подлесок умеренных лесов. Позже растения ушли из влажной или водной среды, используя устойчивость к высыханию, а не толерантность. Эти растения, как и кактусы, сводят к минимуму потерю воды до такой степени, что могут выжить в чрезвычайно сухой среде.

Наиболее успешным адаптационным решением была разработка новых структур, которые давали растениям преимущество при колонизации новой и сухой среды. У всех наземных растений обнаруживаются четыре основных приспособления: чередование поколений, спорангий, в котором образуются споры, гаметангий, образующий гаплоидные клетки, и апикальная меристема в корнях и побегах. Эволюция восковой кутикулы и клеточной стенки с лигнином также способствовала успеху наземных растений. Эти приспособления заметно отсутствуют у близкородственных зеленых водорослей — еще одна причина споров об их отнесении к царству растений.

Смена поколений

Рисунок 1. Показано чередование поколений между гаметофитом 1n и спорофитом 2n. (кредит: Питер Коксхед)

Чередование поколений описывает жизненный цикл, в котором организм имеет как гаплоидные, так и диплоидные многоклеточные стадии (рис. 1).

Гаплоидный относится к жизненному циклу, в котором преобладает гаплоидная стадия, а диплоидный относится к жизненному циклу, в котором диплоидная стадия является доминирующей. Люди диплотичны. У большинства растений наблюдается чередование поколений, которое описывается как haplodiplodontic: за гаплоидной многоклеточной формой, известной как гаметофит, следует в последовательности развития многоклеточный диплоидный организм: спорофит. Гаметофит дает начало гаметам (половым клеткам) путем митоза. Это может быть наиболее очевидная фаза жизненного цикла растения, как у мхов, или она может проявляться в микроскопической структуре, такой как пыльцевое зерно, у высших растений (общий собирательный термин для сосудистых растений). У низших растений стадия спорофита едва заметна (собирательный термин для растительных групп мхов, печеночников и лишайников). Высокие деревья представляют собой диплотическую фазу жизненного цикла таких растений, как секвойи и сосны.

Защита зародыша является основным требованием для наземных растений. Уязвимый эмбрион должен быть защищен от высыхания и других опасностей окружающей среды. Как у бессемянных, так и у семенных растений женский гаметофит обеспечивает защиту и питательные вещества для зародыша, когда он развивается в новое поколение спорофита. Эта отличительная черта наземных растений дала группе альтернативное название эмбриофитов .

Спорангии в бессемянных растениях

Рисунок 2. Спорообразующие мешочки, называемые спорангиями, растут на концах длинных тонких стеблей на этой фотографии мха Esporangios bryum. (кредит: Хавьер Мартин)

Спорофит бессемянных растений является диплоидным и возникает в результате сингамии (слияния) двух гамет. Спорофит несет спорангии (единственное число, спорангии): органы, впервые появившиеся у наземных растений. Термин «спорангий» буквально означает «спора в сосуде», так как это репродуктивный мешок, содержащий споры. n число хромосом уменьшено до 1 n (обратите внимание, что многие спорофиты растений полиплоидны: например, твердая пшеница — тетраплоид, мягкая пшеница — гексаплоид, а некоторые папоротники — 1000-плоид). Позже споры высвобождаются из спорангиев и рассеиваются в окружающей среде. У наземных растений образуются споры двух разных типов, что приводит к разделению полов на разных этапах жизненного цикла. Бессемянные несосудистые растения производят споры только одного вида и называются односпоровыми . У этих растений преобладает фаза гаметофитов. После прорастания из споры образующийся гаметофит производит как мужские, так и женские гаметангии, обычно у одной и той же особи. Напротив, гетероспоровые растения образуют два морфологически различных типа спор. Мужские споры называются микроспорами из-за их меньшего размера и развиваются в мужской гаметофит; сравнительно более крупные мегаспор развиваются в женский гаметофит. Гетероспория наблюдается у нескольких бессемянных сосудистых растений и у всех семенных растений.

Когда гаплоидная спора прорастает в благоприятной среде, она образует многоклеточный гаметофит путем митоза. Гаметофит поддерживает зиготу, образовавшуюся в результате слияния гамет, и образовавшегося молодого спорофита (вегетативная форма). Затем цикл начинается заново.

Споры бессемянных растений окружены толстыми клеточными стенками, содержащими прочный полимер, известный как спорополленин . Это сложное вещество характеризуется длинными цепочками органических молекул, связанных с жирными кислотами и каротиноидами: отсюда и желтый цвет большинства пыльцы. Спорополленин необычайно устойчив к химическому и биологическому разложению. У семенных растений, которые используют пыльцу для переноса мужской спермы в женскую яйцеклетку, прочность спорополленина объясняет существование хорошо сохранившихся окаменелостей пыльцы. Спорополленин когда-то считался нововведением наземных растений; однако зеленые водоросли Coleochaetes образует споры, содержащие спорополленин.

Гаметангии в бессемянных растениях

Гаметангии (единственное число, гаметангии) представляют собой структуры, наблюдаемые на многоклеточных гаплоидных гаметофитах. В гаметангиях клетки-предшественники дают начало гаметам путем митоза. Мужской гаметангий ( антеридий ) выделяет сперму. Многие бессемянные растения производят сперматозоиды, оснащенные жгутиками, которые позволяют им плавать во влажной среде к архегониям 9.0112 : женский гаметангий. Зародыш развивается внутри архегония как спорофит. Гаметангии заметны у бессемянных растений, но очень редко встречаются у семенных растений.

Апикальные меристемы

Рисунок 3. Добавление новых клеток в корень происходит в апикальной меристеме. Последующее увеличение этих клеток вызывает рост и удлинение органа. Корневой чехлик защищает хрупкую апикальную меристему, поскольку кончик корня проталкивается через почву за счет удлинения клеток.

Побеги и корни растений увеличиваются в длину за счет быстрого деления клеток в ткани, называемой апикальной меристемой, которая представляет собой небольшую зону клеток, расположенную на кончике побега или корня (рис. 3). Апикальная меристема состоит из недифференцированных клеток, которые продолжают размножаться на протяжении всей жизни растения. Меристематические клетки дают начало всем специализированным тканям организма. Удлинение побегов и корней позволяет растению получить доступ к дополнительному пространству и ресурсам: свету в случае побега и воде и минеральным веществам в случае корней. Отдельная меристема, называемая боковой меристемой, производит клетки, увеличивающие диаметр стволов деревьев.

Дополнительные адаптации наземных растений

По мере того, как растения приспосабливались к суше и становились независимыми от постоянного присутствия воды во влажных местообитаниях, у них появлялись новые органы и структуры. Ранние наземные растения не вырастали выше нескольких дюймов от земли, конкурируя за свет на этих низких циновках. Развивая побег и становясь выше, отдельные растения улавливали больше света. Поскольку воздух обеспечивает значительно меньшую поддержку, чем вода, наземные растения содержат более жесткие молекулы в своих стеблях (а позже и в стволах деревьев). У небольших растений, таких как одноклеточные водоросли, достаточно простой диффузии для распределения воды и питательных веществ по всему организму. Однако для развития более крупных форм у растений предпосылкой была эволюция сосудистой ткани для распределения воды и растворенных веществ. Сосудистая система состоит из тканей ксилемы и флоэмы. Ксилема проводит воду и минеральные вещества, поглощенные из почвы, к побегам, а флоэма переносит пищевые продукты, полученные в результате фотосинтеза, по всему растению. Корневая система развилась, чтобы поглощать воду и минералы из почвы и закреплять в почве все более высокие побеги.

У наземных растений восковой водостойкий покров, называемый кутикулой, защищает листья и стебли от высыхания. Однако кутикула также предотвращает поступление углекислого газа, необходимого для синтеза углеводов посредством фотосинтеза. Чтобы преодолеть это, у растений появились устьица или поры, которые открываются и закрываются, чтобы регулировать поток газов и водяного пара, когда они перемещаются из влажной среды в более сухую среду обитания.

Вода фильтрует ультрафиолетовый свет типа B (UVB), который вреден для всех организмов, особенно для тех, которые должны поглощать свет, чтобы выжить. Эта фильтрация не происходит для наземных растений. Это стало дополнительной проблемой для колонизации суши, которая была решена эволюцией путей биосинтеза для синтеза защитных флавоноидов и других соединений: пигментов, которые поглощают УФ-свет и защищают надземные части растений от фотодинамического повреждения.

Растения не могут избежать поедания животными. Вместо этого они синтезируют большое количество ядовитых вторичных метаболитов: сложные органические молекулы, такие как алкалоиды, чей ядовитый запах и неприятный вкус отпугивают животных. Эти токсичные соединения также могут вызывать тяжелые заболевания и даже смерть, что препятствует хищничеству. Люди веками использовали многие из этих соединений в качестве лекарств, лекарств или специй. Напротив, поскольку растения развивались вместе с животными, развитие сладких и питательных метаболитов привлекало животных к оказанию ценной помощи в распространении пыльцевых зерен, фруктов или семян. Таким образом растения привлекали животных себе в помощники на протяжении сотен миллионов лет.

Эволюция наземных растений

Никакое обсуждение эволюции растений на суше не может быть предпринято без краткого обзора временной шкалы 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. Древнейшие из известных сосудистых растений обнаружены в отложениях девона. Одним из богатейших источников информации являются кремни Райни, месторождение осадочных пород, обнаруженное в Райни, Шотландия (рис. 4), где были идентифицированы встроенные окаменелости некоторых из самых ранних сосудистых растений.

Рис. 4. Кремни Райни содержат окаменелый материал сосудистых растений. Область внутри круга содержит луковичные подземные стебли, называемые клубнелуковицами, и корневидные структуры, называемые ризоидами. (кредит b: модификация работы Питера Коксхеда на основе оригинального изображения «Smith609» / Wikimedia Commons; данные масштабной линейки от Мэтта Рассела)

Палеоботаники различают вымерших видов в виде ископаемых и существующих видов, которые все еще живут. Вымершие сосудистые растения, классифицируемые как зостерофиллы и тримерофиты, скорее всего, не имели настоящих листьев и корней и образовывали низкие растительные коврики, по размерам сходные с современными мхами, хотя некоторые триметофиты могли достигать метра в высоту. Более поздний род Cooksonia , которая процветала в силурийском периоде, была тщательно изучена на хорошо сохранившихся экземплярах. На отпечатках Cooksonia видны тонкие ветвящиеся стебли, оканчивающиеся чем-то вроде спорангиев. Из извлеченных образцов невозможно точно установить, имел ли Cooksonia сосудистые ткани. 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. Растения также установили ранние симбиотические отношения с грибами, создав микоризу: отношения, при которых грибковая сеть нитей увеличивает эффективность корневой системы растений, а растения обеспечивают грибы побочными продуктами фотосинтеза.

Карьера Связь

Палеоботаник

Как организмы приобрели черты, которые позволяют им колонизировать новые среды, и как формируется современная экосистема — это фундаментальные вопросы 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: проливая свет на связь между существующими растениями, идентифицируя общих предков, обладающих одинаковыми чертами. Эта область направлена ​​​​на поиск переходных видов, которые преодолевают пробелы на пути к развитию современных организмов. Окаменелости образуются, когда организмы попадают в отложения или среду, где сохраняются их формы. Палеоботаники собирают ископаемые образцы в полевых условиях и помещают их в контекст геологических отложений и других окаменелых организмов, окружающих их. Эта деятельность требует большой осторожности, чтобы сохранить целостность хрупких окаменелостей и слоев горных пород, в которых они обнаружены.

Одним из самых захватывающих недавних достижений в палеоботанике является использование аналитической химии и молекулярной биологии для изучения окаменелостей. Для сохранения молекулярных структур необходима среда, свободная от кислорода, так как от его присутствия зависит окисление и деградация материала под действием микроорганизмов. Одним из примеров использования аналитической химии и молекулярной биологии является идентификация олеанана, соединения, отпугивающего вредителей. До этого момента олеанан был присущ только цветковым растениям; однако теперь он был извлечен из отложений, датируемых пермским периодом, намного раньше, чем современные даты появления первых цветковых растений. Палеоботаники также могут изучать ископаемую ДНК, которая может дать большой объем информации, анализируя и сравнивая последовательности ДНК вымерших растений с последовательностями ДНК живых и родственных организмов. Благодаря этому анализу можно построить эволюционные отношения для линий растений.

Некоторые палеоботаники скептически относятся к выводам, сделанным на основе анализа молекулярных окаменелостей. Например, интересующие химические материалы быстро разлагаются при воздействии воздуха во время их первоначального выделения, а также при дальнейших манипуляциях. Всегда существует высокий риск загрязнения образцов посторонними материалами, в основном микроорганизмами. Тем не менее, по мере совершенствования технологий анализ ДНК окаменелых растений предоставит бесценную информацию об эволюции растений и их адаптации к постоянно меняющейся среде.

Основные подразделения наземных растений

Зеленые водоросли и наземные растения объединены в подтип, называемый Streptophytina, и поэтому называются Streptophytes. В дальнейшем наземные растения подразделяются на две основные группы в зависимости от отсутствия или наличия сосудистой ткани, как показано на рис. 5. Растения, у которых отсутствует сосудистая ткань, образованная из специализированных клеток для транспортировки воды и питательных веществ, относятся к относятся к несосудистым растениям . Печеночники, мхи и роголистники — это бессемянные несосудистые растения, которые, вероятно, появились на ранней стадии эволюции наземных растений. Сосудистые растения развили сеть клеток, проводящих воду и растворенные вещества. Первые сосудистые растения появились в конце ордовика и, вероятно, были сходны с плауновидными, к которым относятся плауны (не путать с мхами) и птерофиты (папоротники, хвощи, метелки). Ликофиты и птерофиты относят к бессемянным сосудистым растениям, потому что они не дают семян. Семенные растения, или сперматофиты, составляют самую большую группу всех существующих растений и, следовательно, доминируют в ландшафте. К семенным растениям относятся голосеменные, прежде всего хвойные (голосеменные), дающие «голые семена», и самые успешные из всех растений — цветковые (покрытосеменные). Покрытосеменные растения защищают свои семена внутри камер в центре цветка; стенки камеры позже развиваются в плод.

Art Connection

Рисунок 5. В этой таблице показаны основные группы зеленых растений.

Какое из следующих утверждений о подразделениях растений неверно?

  1. Ликофиты и птерофиты представляют собой бессемянные сосудистые растения.
  2. Все сосудистые растения дают семена.
  3. Все несосудистые эмбриофиты являются мохообразными.
  4. Семенные растения включают покрытосеменные и голосеменные растения.