Развитие растительного мира на Земле. Основные этапы исторического развития и усложнения растительного мира. Создание культурных растений человеком. Усложнение растений в процессе исторического развития

В процессе эволюции растений происходили следующие события. Примерно 2000 млн. лет назад появились сине-зеленые водоросли, которых относят к цианобактериям: это были одноклеточные и многоклеточные прокариотические организмы, способные к фотосинтезу с выделением кислорода. Это привело к обогащению атмосферы Земли кислородом, необходимым для всех аэробных организмов. В протерозойской эре господствовали зеленые и красные водоросли. Водоросли продолжали господствовать и в палеозое (возраст палеозоя примерно 570 млн. лет), однако в силурийском периоде палеозоя появляются древнейшие высшие растения — риниофиты (или псилофиты). Эти растения уже имели побеги, но у них еще не было листьев и корней. Размножались они спорами и вели наземный или полуводный образ жизни. В девонском периоде палеозоя появляются моховидные и папоротникообразные (плауны, хвощи, папоротники), а господствуют на Земле риниофиты и водоросли. В девоне же появляется и новое царство — Грибы.

Моховидные и папоротникообразные — это высшие споровые растения. У мхов появляются стебли и листья (выросты стебля), однако корней еще нет; функцию корней выполняют ризоиды — корнеобразные отростки от стебля. В цикле развития мхов преобладает гаплоидное поколение (гаметофит) — это само растение мха. Диплоидное поколение (спорофит) у них не способно к самостоятельному существованию и питается за счет гаметофита. У папоротникообразных появляются корни; в цикле их развития преобладает спорофит (само растение), а гаметофит представлен заростком — это маленькая сердцевидная пластинка у папоротников или клубенек у плаунов и хвощей. В древности это были огромные древовидные растения. Размножение у высших споровых невозможно без воды, так как оплодотворение яйцеклетки у них происходит таким образом: подвижные мужские гаметы — сперматозоиды движутся к яйцеклеткам в капельках воды. Именно поэтому вода для высших споровых — ограничивающий фактор; если не будет капельной воды, размножение этих растений станет невозможно.

В карбоне (каменноугольном периоде) появляются семенные папоротники, от которых в дальнейшем, как полагают ученые, произошли голосеменные растения. Господствуют на планете гигантские древовидные папоротникообразные (именно они и дали залежи каменного угля), а риниофиты этом периоде полностью вымирают.

В пермском периоде палеозоя появляются древние голосеменные растения. Господствуют в этом периоде семенные и травянистые папоротники, а древовидные папоротникообразные вымирают. Голосеменные растения относятся к высшим семенным растениям. Размножаются они семенами, которые не защищены стенками плода (цветков и плодов у голосеменных растений нет). Появление этих растений было связано с поднятием суши и колебаниями температуры и влажности. Размножение этих растений уже не зависит от воды. В мезозое (возраст мезозоя примерно 240 млн. лет) различают три периода — триасовый, юрский и меловой.

В мезозое появляются современные голосеменные (в триасе) и первые покрытосеменные (в юре). Господствующие растения — голосеменные. Древние голосеменные растения и папоротники в эту эру вымирают.

Появление покрытосеменных растений было связано с целым рядом ароморфозов. У этих растений появляется цветок — видоизмененный укороченный побег, приспособленный для образования спор и гамет. В цветке осуществляется опыление, оплодотворение, формируется зародыш и плод. Семена покрытосеменных растений защищены околоплодником — это способствует их сохранению и распространению. При половом размножении у этих растений происходит двойное оплодотворение: один спермий оплодотворяет яйцеклетку, а второй спермий — центральную клетку зародышевого мешка, в результате чего образуются зародыш и триплоидный эндосперм — питательная ткань зародыша. Оплодотворение происходит в зародышевом мешке, который развивается в семяпочке, защищенной стенками завязи. Среди покрытосеменных растений есть и травы, и кустарники, и деревья. Вегетативные органы (корень, стебель, лист) имеют множество видоизменений. Эволюция покрытосеменных растений шла очень быстро. Для них характерна высокая эволюционная пластичность. Большую роль в их эволюции и расселении сыграли насекомые-опылители. Покрытосеменные — единственная группа растений, образующая сложные многоярусные сообщества. Это способствует более интенсивному использованию среды и успешному завоеванию новых территорий. В кайнозойской эре (ее возраст примерно 62-70 млн. лет) на Земле господствуют современные покрытосеменные и голосеменные растения, а высшие споровые растения подвергаются биологическому регрессу.

Сельскохозяйственные (культурные) растения произошли от дикорастущих видов. Первобытный человек, находя растения со съедобными плодами, семенами, корнями, позднее стал выращивать их вблизи своего жилища. При этом он заметил, что уход за растениями (рыхление почвы, полив, уничтожение сорняков и вредителей) увеличивает и улучшает урожай. Кроме того, происходил постоянный отбор особей с наиболее ценными свойствами, поскольку именно они являлись самым качественным посевным материалом. В результате происходила стихийная селекция культурных растений, и появились различные их сорта.

Сортом называется однородная группа (популяция) растений с определенными признаками и свойствами, искусственно созданная человеком. Признаки сорта передаются по наследству, хотя в полной мере проявляются лишь при определенных климатических условиях и соответствующем уходе (агротехнике). Характерно, что в полеводстве и овощеводстве подавляющее большинство растений размножается семенами, и чисто генетических факторов достаточно для сохранения свойств сорта. В плодоводстве обычно используется вегетативное размножение (черенки, прививки и т.п.).

В настоящее время селекция представляет собой одну из прикладных областей биологии и использует для создания и улучшения сортов растений не только традиционные способы скрещивания и отбора, но и различные генетические и молекулярно-биологические методы. Они позволяют создавать полиплоидные сорта, проводить отдаленную (межвидовую) гибридизацию, а также проводить направленные изменения ДНК растений, придавая им устойчивость к различным заболеваниям и т.п.

Чем разнообразнее исходный материал, используемый для селекции, тем больше возможностей он дает для успешного создания новых сортов и тем эффективнее селекция. Источником такого разнообразия служат, прежде всего, исходные («дикие») популяции растений — предков современных пшеницы, картофеля и т.п. При этом те районы, где обнаружено наибольшее генетическое разнообразие предков какого-либо вида культурного растения, является, очевидно, и местом его происхождения и одомашнивания. Систематическое исследование таких районов было проведено Н.И. Вавиловым, который установил основные центры древнего земледелия.

В экологических системах растения играют роль продуцентов. Благодаря растениям происходит образование и накопление органики, выделение в атмосферу кислорода, включение в круговорот веществ углекислого газа. При прямом участии растений образуются почва, торф; ископаемые растения образовали залежи бурого и каменного угля.

Окружающая среда постоянно влияет на растительные организмы, Свет, температура, химический состав почвенного раствора и ряд других абиотических факторов вызывают у растений выработку ответных адаптаций. Так, есть светолюбивые и теневыносливые растения. Существуют растения галофиты, которые произрастают на засоленных почвах. На растения оказывают влияние другие виды растений, а животные (биотические факторы).

В свою очередь, растения влияют на окружающую среду. Растения изменяют химический состав почвы, влажность воздуха, они насыщают атмосферу кислородом. Растения укрепляют почву, заселяют ранее безжизненные пространства, то есть участвуют в почвообразовании.

Все растения объединяют в царство растения, которое включает три подцарства: багрянки, настоящие водоросли и высшие растения.

Особое значение для человека имеют высшие семенные растения, прежде всего покрытосеменные (цветковые). Эти растения дают человеку пищу, топливо, одежду, строительный материал, сырье для химической промышленности, лекарства и т.д.

В процессе эволюции растений происходили следующие события. Примерно 2000 млн. лет назад появились сине-зеленые водоросли, которых относят к цианобактериям: это были одноклеточные и многоклеточные прокариотические организмы, способные к фотосинтезу с выделением кислорода. Это привело к обогащению атмосферы Земли кислородом, необходимым для всех аэробных организмов. В протерозойской эре господствовали зеленые и красные водоросли. Водоросли продолжали господствовать и в палеозое (возраст палеозоя примерно 570 млн. лет), однако в силурийском периоде палеозоя появляются древнейшие высшие растения — риниофиты (или псилофиты). Эти растения уже имели побеги, но у них еще не было листьев и корней. Размножались они спорами и вели наземный или полуводный образ жизни. В девонском периоде палеозоя появляются моховидные и папоротникообразные (плауны, хвощи, папоротники), а господствуют на Земле риниофиты и водоросли. В девоне же появляется и новое царство — Грибы.

Моховидные и папоротникообразные — это высшие споровые растения. У мхов появляются стебли и листья (выросты стебля), однако корней еще нет; функцию корней выполняют ризоиды — корнеобразные отростки от стебля. В цикле развития мхов преобладает гаплоидное поколение (гаметофит) — это само растение мха. Диплоидное поколение (спорофит) у них не способно к самостоятельному существованию и питается за счет гаметофита. У папоротникообразных появляются корни; в цикле их развития преобладает спорофит (само растение), а гаметофит представлен заростком — это маленькая сердцевидная пластинка у папоротников или клубенек у плаунов и хвощей. В древности это были огромные древовидные растения. Размножение у высших споровых невозможно без воды, так как оплодотворение яйцеклетки у них происходит таким образом: подвижные мужские гаметы — сперматозоиды движутся к яйцеклеткам в капельках воды. Именно поэтому вода для высших споровых — ограничивающий фактор; если не будет капельной воды, размножение этих растений станет невозможно.

В карбоне (каменноугольном периоде) появляются семенные папоротники, от которых в дальнейшем, как полагают ученые, произошли голосеменные растения. Господствуют на планете гигантские древовидные папоротникообразные (именно они и дали залежи каменного угля), а риниофиты этом периоде полностью вымирают.

В пермском периоде палеозоя появляются древние голосеменные растения. Господствуют в этом периоде семенные и травянистые папоротники, а древовидные папоротникообразные вымирают. Голосеменные растения относятся к высшим семенным растениям. Размножаются они семенами, которые не защищены стенками плода (цветков и плодов у голосеменных растений нет). Появление этих растений было связано с поднятием суши и колебаниями температуры и влажности. Размножение этих растений уже не зависит от воды. В мезозое (возраст мезозоя примерно 240 млн. лет) различают три периода — триасовый, юрский и меловой.

В мезозое появляются современные голосеменные (в триасе) и первые покрытосеменные (в юре). Господствующие растения — голосеменные. Древние голосеменные растения и папоротники в эту эру вымирают.

Появление покрытосеменных растений было связано с целым рядом ароморфозов. У этих растений появляется цветок — видоизмененный укороченный побег, приспособленный для образования спор и гамет. В цветке осуществляется опыление, оплодотворение, формируется зародыш и плод. Семена покрытосеменных растений защищены околоплодником — это способствует их сохранению и распространению. При половом размножении у этих растений происходит двойное оплодотворение: один спермий оплодотворяет яйцеклетку, а второй спермий — центральную клетку зародышевого мешка, в результате чего образуются зародыш и триплоидный эндосперм — питательная ткань зародыша. Оплодотворение происходит в зародышевом мешке, который развивается в семяпочке, защищенной стенками завязи. Среди покрытосеменных растений есть и травы, и кустарники, и деревья. Вегетативные органы (корень, стебель, лист) имеют множество видоизменений. Эволюция покрытосеменных растений шла очень быстро. Для них характерна высокая эволюционная пластичность. Большую роль в их эволюции и расселении сыграли насекомые-опылители. Покрытосеменные — единственная группа растений, образующая сложные многоярусные сообщества. Это способствует более интенсивному использованию среды и успешному завоеванию новых территорий. В кайнозойской эре (ее возраст примерно 62-70 млн. лет) на Земле господствуют современные покрытосеменные и голосеменные растения, а высшие споровые растения подвергаются биологическому регрессу.

Сельскохозяйственные (культурные) растения произошли от дикорастущих видов. Первобытный человек, находя растения со съедобными плодами, семенами, корнями, позднее стал выращивать их вблизи своего жилища. При этом он заметил, что уход за растениями (рыхление почвы, полив, уничтожение сорняков и вредителей) увеличивает и улучшает урожай. Кроме того, происходил постоянный отбор особей с наиболее ценными свойствами, поскольку именно они являлись самым качественным посевным материалом. В результате происходила стихийная селекция культурных растений, и появились различные их сорта.

Сортом называется однородная группа (популяция) растений с определенными признаками и свойствами, искусственно созданная человеком. Признаки сорта передаются по наследству, хотя в полной мере проявляются лишь при определенных климатических условиях и соответствующем уходе (агротехнике). Характерно, что в полеводстве и овощеводстве подавляющее большинство растений размножается семенами, и чисто генетических факторов достаточно для сохранения свойств сорта. В плодоводстве обычно используется вегетативное размножение (черенки, прививки и т.п.).

В настоящее время селекция представляет собой одну из прикладных областей биологии и использует для создания и улучшения сортов растений не только традиционные способы скрещивания и отбора, но и различные генетические и молекулярно-биологические методы. Они позволяют создавать полиплоидные сорта, проводить отдаленную (межвидовую) гибридизацию, а также проводить направленные изменения ДНК растений, придавая им устойчивость к различным заболеваниям и т.п.

Чем разнообразнее исходный материал, используемый для селекции, тем больше возможностей он дает для успешного создания новых сортов и тем эффективнее селекция. Источником такого разнообразия служат, прежде всего, исходные («дикие») популяции растений — предков современных пшеницы, картофеля и т.п. При этом те районы, где обнаружено наибольшее генетическое разнообразие предков какого-либо вида культурного растения, является, очевидно, и местом его происхождения и одомашнивания. Систематическое исследование таких районов было проведено Н.И. Вавиловым, который установил основные центры древнего земледелия.

В экологических системах растения играют роль продуцентов. Благодаря растениям происходит образование и накопление органики, выделение в атмосферу кислорода, включение в круговорот веществ углекислого газа. При прямом участии растений образуются почва, торф; ископаемые растения образовали залежи бурого и каменного угля.

Окружающая среда постоянно влияет на растительные организмы, Свет, температура, химический состав почвенного раствора и ряд других абиотических факторов вызывают у растений выработку ответных адаптаций. Так, есть светолюбивые и теневыносливые растения. Существуют растения галофиты, которые произрастают на засоленных почвах. На растения оказывают влияние другие виды растений, а животные (биотические факторы).

В свою очередь, растения влияют на окружающую среду. Растения изменяют химический состав почвы, влажность воздуха, они насыщают атмосферу кислородом. Растения укрепляют почву, заселяют ранее безжизненные пространства, то есть участвуют в почвообразовании.

Все растения объединяют в царство растения, которое включает три подцарства: багрянки, настоящие водоросли и высшие растения.

Особое значение для человека имеют высшие семенные растения, прежде всего покрытосеменные (цветковые). Эти растения дают человеку пищу, топливо, одежду, строительный материал, сырье для химической промышленности, лекарства и т.д.

Многообразие растений и их происхождение. Доказательство исторического развития растений: ископаемые остатки. Усложнение растений в процессе исторического развития. Общая площадь нашей планеты составляет свыше 500 млн. кв. км. На долю суши приходится около 150 млн. кв. км. Мировой океан занимает 361 млн. кв. км. И суша, и океан заселены растениями. Разнообразие их слишком велико. В настоящее время насчитывается примерно 500 000 видов (включая грибы) растений. Среди растений различают разные по окраске и строению водоросли, грибы, семенные растения, в том числе голосеменные и цветковые. В подавляющем своем большинстве растения - автотрофные организмы, в основном фототрофные. Но грибы - гетеротрофы, т.е. они не сами строят необходимые для поддержания жизни органические вещества, а черпают их из окружающей среды. В этом отношении с ними сходны бактерии, тоже относимые обычно к миру растений и практически все тоже гетеротрофные. При большом видовом разнообразии трудно найти признаки, общие для всех растений, и притом такие, которые не встречались хотя бы у некоторых животных. Тем не менее, можно указать, хотя и немногие из них, свойственные подавляющему большинству растительных организмов. Среди них прежде всего - наличие в составе клетки растений твердой клеточной оболочки. Эта деталь строения характерна и клетке гриба, и бактериальной клетке, и клеткам водорослей, и клеткам высших зеленых растений. Приобретение твердой оболочки наложило отпечаток на всю дальнейшую эволюцию растений - питание их стало зависеть от размера поверхности соприкосновения тела растения с окружающей его средой. Восприятие питания "всасыванием" было, вероятно, причиной и еще одного свойства растений - их малой подвижности. Относительная неподвижность растений обусловила и особый способ их расселения. Они расселяются в основном спорами и семенами, а также частями вегетативного тела. Большинство ученых полагают, что жизнь вообще и растительная жизнь в частности возникла в воде. Очень длительный период, в течение которого развились многообразные типы водорослей, предшествовал происхождению наземной растительности. Самым ранним из известных ископаемых, представленным несколькими типами мелких, сравнительно простых клеток, примерно 3,5 млрд. лет. Они найдены в некоторых древнейших горных породах. Как известно, для обеспечения жизненных функций клетки должны получать энергию. Согласно современным теориям эту энергию они могли получать от химических соединений, в изобилии окружающих их в первичном мировом океане, имеющих ядерные оболочки и ограниченные мембранами органеллы. По мере развития и усложнения организмы становились все более самостоятельными, приобретая способность, расти, размножаться и передавать свои признаки следующим поколениям. Клетки, которые удовлетворяли свои энергетические нужды, потребляя органические соединения из окружающей среды, являлись гетеротрофами. По мере увеличения численности примитивных гетеротрофов запас сложных молекул, от которых зависит их существование, накапливаемый в течение миллионов лет, начал истощаться. Органических соединений за пределами клеток оставалось все меньше и между ними началась конкуренция. В течение длительного медленного процесса вымирания наименее приспособленных, возникли организмы, способные создавать собственные богатые энергией молекулы из простых неорганических веществ. Они и были первыми автотрофами. Без появления этих первых автотрофов жизнь на Земле прекратилась бы. Наиболее преуспевающими оказались автотрофы, у которых появилась система для непосредственного использования солнечной энергии, т.е. фотосинтеза. Этот период и можно считать временем появления на земле одноклеточных водорослей. Они были намного проще современных, но уже значительно сложнее, чем примитивные гетеротрофы. Для поглощения и использования солнечной энергии потребовалась особая, улавливающая световую энергию пигментная система и сопряженная с ней система запасания этой энергии в связях органических молекул. По мере увеличения количества одноклеточных автотрофов облик планеты изменился. Эта биологическая революция связана с одним из наиболее эффективных способов фотосинтеза, используемым почти всеми живущими ныне автотрофами и включающим расщепление молекулы воды с высвобождением кислорода. В результате количество газообразного кислорода в атмосфере увеличилось, а это имело два важных последствия. Во-первых, часть кислорода во внешнем слое атмосферы превращалась в озон, который, накопившись в достаточном количестве, начал поглощать ультрафиолетовые лучи падающего на Землю солнечного света и губительного для живого. Во-вторых, увеличение количества свободного кислорода дало возможность более эффективно использовать богатые энергией углеродосодержащие молекулы, образованные в ходе фотосинтеза, позволив организмам расщеплять и окислять их в процессе дыхания. Согласно палеонтологическим данным увеличение концентрации свободного кислорода сопровождалось появлением первых эукариотов, имеющих ядерные оболочки и ограниченные мембранами органеллы. По мере формирования, размножения и увеличения числа клеточных колоний минеральные компоненты в океане быстро истощались. В результате жизнь начала развиваться более интенсивно у берегов, где вода обогащалась нитратами и минеральными солями, приносимыми с суши. Под влиянием новых условий организмы эволюционировали в сторону все большего усложнения своей структуры и увеличения разнообразия. В результате появились водоросли, состоящие из множества клеток, объединенных в единое многоклеточное тело. В бурных прибрежных водах многоклеточным автотрофам было легче противостоять волнам, а взаимодействуя с каменистым дном, они дали начало новым формам. Под давлением этих новых обстоятельств появились специализированные, проводящие питательные вещества ткани, пронизывающие тело и связывающие все его части. Началось заселение суши растениями. Эволюция растений неразрывно связана с постепенным завоеванием суши. Одним из ключевых моментов раннего этапа выхода на берег было появление спор с прочными защитными оболочками, позволяющими переносить сухие условия. Это дало возможность спорам распространяться по поверхности земли ветром. С увеличением размеров растений развивались структуры, способствующие более эффективному высвобождению и рассеиванию спор. Важным эволюционным процессом, сопровождавшим увеличение размеров, было возникновение кутина, воскоподобного вещества, предохраняющего тело растений от избыточного испарения. Развитие у растений эффективной проводящей системы, состоящей из ксилемы и флоэмы, решило проблему транспорта воды и органических веществ в сухопутных условиях. В дальнейшем подземные части у первых наземных растений превратились в корни, выполняющие функции поглощения и закрепления, а на надземных частях обособились листья. Эта морфологическая дифференцировка упрочила положение первых растений в новой среде и способствовала эффективному фотосинтезу. В дальнейшем гаметофитное поколение постепенно уменьшалось в размере и становилось все более зависимым от спорофита в отношении питания и защиты. И наконец, в некоторых эволюционных линиях возникли семена - структуры, предохраняющие зародыш спорофита от неблагоприятных воздействий среды и питающие его.

Остатки сосудистых растений обнаружены в отложениях силурийского периода. Первенцы наземной растительности жили в тесной зависимости от воды, по берегам теплых лагун. Но они уже не были целиком погружены в воду, как водоросли. Чередование поколений гаметофита и спорофита, появившееся еще у предков наземных растений, было очень выгодным, так как одно из поколений не теряло связи с водой (гаметофит), а другое могло специализироваться на сухопутном образе жизни, при этом добывая необходимую воду лишь подземными частями.

В силурийском периоде появились псилофиты. Эти примитивные формы доминировали до среднего девона. Они известны из отложений, обнаруженных в Западной Европе, Урале, Западной Сибири и др. Псилофиты образовывали обширные заросли на болотистых почвах. По высоте их стебли достигали нескольких метров и имели боковые ветви. Корни и листья отсутствовали. Поверхность стеблей была голой или покрывалась многочисленными шипами. Исходя из имеющихся данных можно предполагать, что первоначальным органом спорофита высших растений был ветвящийся стебель псилофитов.

Многие ученые считают, что ископаемые псилофиты могли быть предками мхов, плаунов, хвощей и папоротников.

Среди высших растений мхи образуют наиболее обособленную группу. Древность мхов убедительно доказана ископаемыми находками. Считается, что в карбоне они уже существовали. Мхи представляют собой слепую ветвь эволюции растений. С давних пор они заняли свое особое место в природе и сохранили его в сложных условиях формирования континентов, изменений климата и растительного покрова. Значительное участие мхов в растительном покрове земли оказывает существенное воздействие на среду обитания других растений.

В местах повышенного увлажнения в умеренных зонах северного и южного полушарий постепенно накапливались и продолжали накапливаться значительные толщи торфяных отложений с преобладающим участием мхов. Общеизвестно ландшафтное значение мхов в тундре. Хотя изобилие этих растений отмечается и для тропиков. Большинство мхов это многолетние и редко встречаются однолетние растения. Но при этом все они низкорослые. У мхов очень простая внутренняя организация. В их теле есть ассимиляционная ткань, а также слабовыраженная проводящая, механическая и покровная. Мхи имеют малоразвитые вегетативные органы - листья и стебли. Доминирующее положение в цикле развития мхов занимает гаплоидный гаметофит. Он часто живет в воде или на сырых местах, однако для многих мхов свойственны и сухие места обитания. Спорофит мха помещается на гаметофите и питается полностью за его счет.

Среди высших растений, населяющих нашу планету, хвощи, плауны и папоротники относятся к наиболее древним. Значительного расцвета эти растения достигли в позднем палеозое. Все эти растения отличаются резким обособлением спорофита и гаметофита. Оба поколения вполне самостоятельны, причем гаметофит развит слабо и остается в значительной зависимости от воды. У него имеется лишь ризоиды. Половой акт происходит только в воде. Однако спорофит у этих растений в сухопутных условиях получил значительное развитие. Уже в древнейшие времена появились их древовидные формы, расчлененные на корни, ствол и листья. Современные хвощи и плауны - многолетние травянистые растения, плауны обычно вечнозеленые. Что касается папоротников, то среди них отмечается очень большое разнообразие наземных форм, они отличаются внутренним строением и размерами. По своим размерам папоротники варьируют от тропических древовидных форм, достигающих 25 м в высоту, до крошечных растений длиной всего лишь в несколько миллиметров. Почти у всех папоротников многолетний спорофит.

В современном растительном покрове хвощи и плауны играют очень скромную роль и число их видов невелико, что касается папоротников, то они продолжают процветать. Хотя сейчас они играют несколько меньшую роль, чем в прошлые геологические периоды. Папоротники распространены очень широко по всему земному шару, и встречаются в самых различных местах обитания. Во второй половине девонского периода появляются первые голосеменные растения. Впервые на Земле возникли леса. Эти леса росли на илистой, все еще пропитанной водой почве берегов лагун, на наносах. Они подмывались разливами, деревья падали в воду, покрывались наносами и под их тяжестью прессовались. С течением времени, при затрудненности процесса разложения, древние остатки, теряя все больше и больше водород, кислород и азот, превращались в мощные залежи каменного угля, которыми характеризуется каменноугольный период, последовавший за девонским. В этот период было наибольшее развитие всех названных групп растений. В России каменноугольное отложение с остатками этих растений занимает большие территории в Кузбассе. В следующий, пермский период плауны и хвощи пошли на убыль. Началось развитие хвойных. Папоротники стали завоевывать северное полушарие. В более поздние периоды голосеменные развивались несравненно больше, и мезозойскую эру считают эрой господства голосеменных растений.

Голосеменные - уже совсем сухопутные растения: у них гаметофит потерял свою самостоятельность. Получилось обратное тому, что мы видим у мхов. Редукция гаметофита зашла дальше, чем у хвощей, плаунов и папоротников. Спорофит сделался, наоборот, более мощным и более разнообразным. При этом приспособляемость спорофита к условиям существования приобрела значительно больший диапазон. У голосеменных находим первое появление пыльцевой трубки. По мнению многих современных авторов, древнейшие покрытосеменные растения появились в раннем меловом периоде. Появление цветковых растений было очень важным поворотным пунктом в развитии растительного и животного мира. Однако в раннем мелу цветковые растения играли лишь ничтожную роль в растительном покрове Земли и встречались довольно редко. Тем не менее, в дальнейшем происходит одно из наиболее глубоких и резких изменений растительного мира - растения за сравнительно короткий промежуток геологического времени широко распространяются по всему земному шару и быстро достигают Арктики и Антарктики. Одним из основных условий их быстрого распространения была, вероятно, их высокая эволюционная пластичность, что выражается в необычайном разнообразии многочисленных приспособлений к самым различным экологическим условиям. Водные растения среди цветковых - вторичное явление: они произошли от наземных цветковых.

Развитие защитного органа для семяпочек в виде завязи пестика, развитие рыльца, возникновение множества приспособлений к переносу пыльцы, многочисленные приспособления для распространения плодов и семян, многообразие форм стебля, листьев, корневых систем, развитие органов вегетативного размножения - все это связано с сухопутным образом жизни. Чрезвычайно большое значение для быстрой эволюции и широкого массового расселения цветковых растений имели насекомые как опылители и птицы как агенты распространения семян, а затем и плодов. В результате быстрой адаптации цветковые растения оказались способными к образованию большого разнообразия сообществ, входящих в состав самых различных экосистем. В отличие от голосеменных, среди которых неизвестны травянистые формы, у цветковых возникло очень большое разнообразие трав. Цветковые оказались единственной группой растений, способной к образованию многоярусных сообществ, состоящих главным образом из самих цветковых растений. Возникновение таких сообществ не могло не способствовать как более интенсивному и полному использованию среды, так и более успешному завоеванию новых территорий. Развилось громадное количество видов, родов, семейств цветковых растений. Им в современную эру принадлежит господство. Они оказались победителями в борьбе за существование.

Основные этапы в развитии растительного мира: возникновение одноклеточных и многоклеточных водорослей; возникновение фотосинтеза; выход растений на сушу (псилофиты, мхи, папоротники, голосеменные, покрытосеменные).Первыми обитателями Земли были прокариоты - организмы без оформленного ядра, похожие на современных бактерий. Они были анаэробами, т.е. не использовали для дыхания свободный кислород, которого еще не было в атмосфере. Источником пищи для них были органические соединения, возникшие еще на безжизненной Земле в результате действия ультрафиолетового солнечного излучения, грозовых разрядов и тепла вулканических извержений. Другим источником энергии для них были восстановленные неорганические вещества (сера, сероводород, железо и т.д.). Сравнительно рано возник и фотосинтез. Первыми фотосинтетиками были также бактерии, но они использовали в качестве источника ионов водорода (протонов) не воду, а сероводород или органические вещества. Жизнь тогда была представлена тонкой бактериальной пленкой на дне водоемов и во влажных местах суши. Эту эру развития жизни называют архейской, древнейшей (от греческого слова archaios - древний).

В конце архея произошло важное эволюционное событие. Около 3,2 млрд. лет назад одна из групп прокариот - цианобактерии выработала современный оксигенный механизм фотосинтеза с расщеплением воды под действием света. Образующийся при этом водород соединялся с углекислым газом, и получались углеводы, а свободный кислород поступал в атмосферу. Атмосфера Земли постепенно становилась кислородной, окислительной.

Все это имело важные последствия для жизни. Кислород в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей превратился в озон. Озоновый экран надежно защитил поверхность Земли от жестокого солнечного излучения. Стало возможным возникновение кислородного дыхания, энергетически более выгодного, чем брожение, гликолиз, а следовательно, и возникновение более крупных и более сложно устроенных эукариотических клеток. Возникли сначала одноклеточные, а затем и многоклеточные организмы. Кислород сыграл и отрицательную роль - все механизмы связывания атмосферного азота подавляются им. Поэтому азот атмосферы связывают до сих пор бактерии-анаэробы и цианобактерии. От них практически зависит жизнь всех остальных организмов на Земле, возникших позже, уже в кислородной атмосфере.

Цианобактерии наряду с бактериями были широко распространены на поверхности Земли в конце архея и последующей эре - протерозойской, эре первичной жизни (от греческих слов proteros - более ранний и zoe - жизнь).

Неясно, когда появились эукариоты, имеющие клетки с оформленным ядром. Считают, что это произошло 1,5 млрд. лет назад, однако в последние годы в Канаде найдены остатки клеток с темными пятнышками внутри (очевидно, ядрами) в слоях давностью 2 млрд. лет.

Возникли эукариоты, вероятно, в результате симбиоза их предков с какими-то аэробными бактериями. Так, вероятно, произошли энергетические фабрики эукариотной клетки - митохондрии.

Несколько позже симбионтами каких-то первых эукариот стали цианобактерии - предки хлоропластов. Остатки первых несомненных эукариот - простейших и колониальных водорослей - найдены в отложениях протерозойской эры. Они похожи на вольвоксов. Первые эукариоты - простейшие, одноклеточные водоросли и грибы - широко распространились в протерозое.

В палеозойскую эру растительный мир достиг большого разнообразия, стала развиваться наземная жизнь. В палеозое различают шесть периодов: кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный, пермский. В кембрийском периоде жизнь была сосредоточена в воде (она покрывала значительную часть нашей планеты) и представлена более совершенными многоклеточными водорослями, имевшими расчлененное слоевище, благодаря которому они активнее синтезировали органические вещества и явились исходной ветвью для наземных листостебельных растений. На суше обитали лишь бактерии и грибы. В ордовикском периоде в пресных и солоноватых водах хорошего развития достигли планктонные водоросли. Широко представлены бактерии. В конце силурийского периода в связи с горообразовательными процессами и сокращением площади морей часть водорослей оказалась в мелких водоемах и на суше; многие из них погибли. Однако в результате разнонаправленной изменчивости и отбора отдельные представители приобрели признаки, способствовавшие выживанию в новых условиях. Появились первые наземные споровые растения – псилофиты. Они имели цилиндрический стебель и вместо листьев чешуи. Важнейшие приспособления у них – возникновение покровной и механической тканей, корнеподобных выростов – ризоидов, а также элементарной проводящей системы. В девоне количество псилофитов резко сокращается, на смену им приходят – высшие растения – плауновидные, моховидные и папоротниковидные. У них развиваются настоящие вегетативные органы – корень, стебель, лист. В каменноугольном периоде распространились гигантские папоротникообразные, которые в условиях теплого влажного климата расселились повсеместно. В пермский период климат стал более сухим и холодным, и на смену древовидным споровым папоротникообразным пришли семенные папоротники, от которых произошли голосеменные растения. Они имели развитую стержневую корневую систему и семена; оплодотворение у них проходило в отсутствие воды. Далее следует мезозойская эра, которая включает 3 периода: триасовый, юрский и меловой. В триасе широко распространились голосеменные растения, особенно хвойные, занявшие господствующее положение. В меловом периоде мезозоя от голосеменных отделилась ветвь растений, имевших орган семенного размножения – цветок. После оплодотворения завязь цветка превращается в плод, поэтому семена внутри плода защищены мякотью и оболочками от неблагоприятных условий среды. Многообразие цветков, различных приспособлений для опыления и распространения плодов и семян позволило покрытосеменным (цветковым) растениям широко распространиться в периоде и занять господствующее положение. За мезозойской эрой следует кайнозойская, которая также подразделяется на три периода: палеоген, неоген и четвертичный. В палеогене, неогене и начале четвертичного периода цветковые растения благодаря приобретению многочисленных частных приспособлений заняли большую часть суши и представляли тропическую и субтропическую флору. В связи с похолоданием, вызванным наступлением ледника, субтропическая флора отступила к югу. В составе растительности умеренных широт стали преобладать листопадные деревья, приспособленные к сезонному ритму температуры, а также кустарники, травянистые растения. Расцвет травянистых приходится на четвертичный период.

Господство покрытосеменных в настоящее время, их многообразие и распространение на земном шаре. Влияние хозяйственной деятельности человека на растительный мир.В настоящее время цветковые растения представляют собой самый большой отдел растительного мира, насчитывающий около 250 000 видов растений. Цветковые растения произрастают во всех климатических зонах и в самых различных экологических условиях - от тропических лесов до тундры, от болот до пустынь и от морских побережий до высочайших гор. Они составляют основную массу растительного вещества биосферы и являются самой главной для человека группой растений. Все важнейшие культурные растения, в том числе хлебные злаки и почти все овощи и плодовые деревья, относятся к цветковым растениям. Среди них многие используются для различных сфер деятельности человека в качестве технических, лекарственных, парфюмерных и т.д.

Несмотря на широкое распространение растений по земному шару интенсификация хозяйственной деятельности человека, начиная с середины ХIХ века и особенно со второй половины текущего столетия оказала значительное негативное влияние на растительный мир нашей планеты.

Научно-техническая революция последних лет поставила перед человечеством целый ряд новых, весьма сложных проблем, с которыми оно до этого или не сталкивалось вовсе, или они не были столь масштабны. Среди них особое место занимают отношения между человеком и окружающей средой. В отличие от животного, лишь приспосабливающегося к окружающей среде в процессе биологической эволюции, человек сознательно и активно изменяет ее для удовлетворения своих потребностей. Воздействие человека на природу обычно связано со стремлением достигнуть каких-то целей, однако они не всегда совпадают с возможностями биосферы. И человек, осваивая и используя богатства природы, не всегда учитывает проявление негативных последствий.

В результате деятельности человека и процесса естественной эволюции в мире быстро исчезают различные виды растений и животных. Во многих странах, в том числе и в России, уничтожена значительная часть лесов, древесной и кустарниковой растительности, нарушение почвенного покрова привело к резкому сокращению травяного разнообразия. Характерной чертой современного развития общества является урбанизация - процесс сосредоточения промышленности и населения в крупных городах, а это в значительной степени влияет на растительный покров вокруг гигантских жилых массивов. В результате воздействия человека на природу коренным образом меняется облик нашей планеты. То, что ныне совершается на поверхности Земли и за ее пределами, не имело ничего подобного в длительной естественной истории ее развития. Проблема сохранения природной среды и целесообразного использования природных богатств приобрела в наше время большую актуальность. Но прогресс человечества не возможен без воздействия на природу, без расходования ее ресурсов, разумного преобразования природы, рационального ее использования в интересах живущих сейчас и будущих поколений. Прогнозируя возможные пути дальнейшего развития человеческого общества, следует учитывать, что увеличение численности населения приведет к росту потребления всех видов ресурсов, в том числе и растительных. В связи с этим ведутся все большие работы по повышению урожайности сельскохозяйственных культур, достигнуты значительные результаты в области химического синтеза биологических ресурсов, повышения эффективности фотосинтеза и так далее. Следовательно, научно-технический прогресс открывает не только новые пути в удовлетворении потребностей человека, но и создает новые возможности для сохранения и восстановления природных условий на Земле.

Возникновение одноклеточных и многоклеточных водорослей, возникновение фотосинтеза: выход растений на сушу (псилофиты, мхи, папоротники, голосеменные, покрытосеменные).

Развитие растительного мира совершалось в 2 этапа и связано с появлением низших и высших растений. По новой систематике к низшим относят водоросли (а раньше относили бактерии, грибы и лишайники. Теперь они выделены в самостоятельные царства), а к высшим - мхи, папоротникообразные, голосеменные и покрытосеменные.

В эволюции низших организмов выделяются 2 периода, существенно различающиеся между собой организацией клетки. В течении 1 периода господствовали организмы, сходные с бактериями и сине-зеленые водорослями. Клетки этих жизненных форм не имели типичных органоидов (митохондирий, хлоропластов, аппарата Гольджи и др.).Ядро клетки не было ограничено ядерной мембраной (это прокариотический тип клеточной организации). 2 период был связан с переходом низших растений (водорослей) к автотрофному типу питания и с образованием клетки со всеми типичными органоидами (это эукариотический тип клеточной организации, который сохранился и на последующих ступенях развития растительного и животного мира). Этот период можно назвать периодом господства зеленых водорослей, одноклеточных, колониальных и многоклеточных. Простейшими из многоклеточных являются нитчатые водоросли (улотрикс), которые не имеют никакого ветвления своего тела. Их тело представляет собой длинную цепочку, состоящую из отдельных клеток. Другие же многоклеточные водоросли расчленены большим количеством выростов, поэтому их тело ветвится ( у хары, у фукуса).

Многоклеточные водоросли в связи с их автотрофной (фотосинтетичесой) деятельностью развивались в направлении увеличения поверхности тела для лучшего поглощения питательных веществ из водной среды и солнечной энергии. У водорослей появилась более прогрессивная форма размножения - половое размножение, при котором начало новому поколению дает диплоидная (2н) зигота, сочетающая в себе наследственность 2-х родительских форм.

Многоклеточные водоросли явились источником 2-ого этапа эволюции растительног мира, на протяжении которого возникли высшие растения. Прежде чем проследить этот главный путь исторического развития растений, охарактеризуем 2 боковые эволюционные ветви, представленные грибами и лишайниками. Грибы и лишайники в связи с их узкой приспособленностью к условиям среды пока не дали начала каким-либо другим организмам. Грибы появились в результате утраты пигментов и перехода к гетеротрофному питанию готовыми органическими веществами. Но они сохранили много признаков водорослей: а) высокую потребность в воде; б) размножение зооспорами; в) характер полового размножения. Лишайники могли возникнуть только на основе объединения уже существовших организмов - водорослей и грибов. Это объединение, возможно, первоначально произшло или на основе паразитизма, или на основе симбиоза гриба и водоросли. Современные лишайники можно определить как целостные симбиотические организмы, характеризующиеся специфичиским способом питания, особым способом размножения, которые не свойственны ни одному из компонентов, входящих в состав их тела.

2 эволюционный этап развития растений необходимо связывать с постепенным переходом их от водного образа жизни к наземному. Первичным наземным организмами оказались псилофиты, которые сохранились в виде ископаемых остатков в силурийских и девонских отложениях. Строение этих растений более сложное по сравнению с водорослями: а) они имели специальные органы прикрепления к субстрату - ризоиды; б) стеблевидные органы с древесиной, окруженной лубом; в) зачатки проводящих тканей; г) эпидермис с устьицами.

Начиная с псилофитов, нужно проследить 2 линии эволюции высших растений, одна из которых представлена мохообразными, а вторая - папоротникообразными, голосеменными и покрытосеменными.

Главное, что характеризует мохообразные, это преобладание в цикле их индивидуального развития гаметофита над спорофитом. Гаметофит - это все зеленое растение, способное к самостоятельному питанию. Спорофит представлен коробочкой (кукушкин лен) и полностью зависит в своем питании от гаметофита. Доминирование у мхов влаголюбивого гаметофита в условиях воздушно-наземного образа жизни оказалось нецелеособразным, поэтому мхи стали особой ветвью эволюции высших растений и пока не дали после себя совершенных групп растений. Этому способствовал и тот факт, что гаметофит по сравнению со спорофитом имел обеденную наследственность (гаплоидный (1н) набор хромосом). Эта линия в эволюции высших растений называется гаметофитной.

Вторая линия эволюции на пути от псилофитов к покрытосеменным является спорофитной, потому что у папоротникообразных, голосеменных и покрытосеменных в цикле индивидуального развития растений доминирует спорофит. Он представляет собой растение с корнем, стеблем, листьями, органами спороношения (у папоротников) или плодоношения (у покрытосеменных). Клетки спорофита имеют диплоидный набор хромосом, т.к. они развиваются из диплоидной зиготы. Гаметофит сильно редуцирован и приспособлен только для образования мужских и женских половых клеток. У цветковых растений женский гаметофит представлен зародышевым мешком, в котором находится яйцеклетка. Мужской гаметофит образуется при проростании пыльцы. Он состоит из одной вегетативной и одной генеративной клеток. При прорастании пыльцы из генеративной клетки возникает 2 спермия. Эти 2 мужские половые клетки участвуют в двойном оплодотворении у покрытосеменных. Оплодотворенная яйцеклетка дает начало новому поколению растения - спорофиту. Прогресс покрытосеменных обусловлен совершенствованием функции размножения.

Выводы:

1. Изучение геологического прошлого Земли, строения и состава ядра и всех оболочек, полеты космических аппаратов на Луну, Венеру, изучение звезд приближает человека к познанию этапов развития нашей планеты и жизни на ней. 2. Процесс эволюции носил естественный характер. 3. Растительный мир многообразен, это многообразие есть результат его развития в течение длительного времени. Причина его развития - не божественная сила, - а изменение и усложнение строения растений под влиянием изменяющихся условий среды обитания.

Научные доказательства: клеточное строение растений, начало развития из одной оплодотворенной клетки, необходимость воды для жизненных процессов, нахождение отпечатков различных растений, наличие "живых" ископаемых, вымирание некоторых видов и образование новых.