Основные пути эволюции растений

13.3.5. Основные пути эволюции наземных растений

Эволюция растений после выхода на сушу была связана с усилением компактности тела, развитием корневой системы, тканей, клеток, проводящей системы, изменением способов размножения, распространения и т.д. Переход от трахеид к сосудам обеспечивал приспо­собление к засушливым условиям, ведь с помощью сосудов можно поднимать воду на большую высоту. В наземных условиях оказались непригодными для размножения свободно плавающие голые поло­вые клетки; здесь для целей размножения формируются разносимые ветром споры или семена. Постепенно происходит дифференциа­ция тела на корень, стебель и лист, развитие сети проводящей систе­мы, совершенствование покровных, механических и других тканей.

С момента выхода на сушу растения развиваются в двух основных направлениях: гаметофитном и спорофитном. Высшим растениям свойственна правильная смена поколений в цикле их развития. Растение имеет две фазы развития, которые сменяют одна другую: гаметофит и спорофит. Гаметофит — это половое поколение, на котором образуются половые органы — антеридии и архегонии. Спорофит — неполовое поколение, на котором формируются органы неполового размножения. Спорофит — это нормально развитое растение, кото­рое имеет корень, стебель и листья. На спорофите образуются споры, которые прорастают и дают начало гаметофиту. Подобная смена поколений в цикле развития растений сложилась эволюционно, в ходе естественного отбора. Гаметофитное направление было представлено мохообразными, а спорофитное — остальными высши­ми растениями, включая цветковые. Спорофитная ветвь оказалась более приспособленной к наземным условиям.

Уже в девоне встречаются пышные леса из прогимноспермов и древних голосеменных. В карбоне растения приспособились удер­живать воду и защищать семена от высыхания; это позволило им завоевать сухие места обитания. В карбоне, характеризующемся ув­лажненным и равномерно теплым климатом в течение всего года, мощные споровые растения — лепидодендроны и сигиллярии — достигали 40 м высоты. В карбоне и перми получают дальнейшее рас­пространение голосеменные, у которых происходил переход от гаплоидности (одинарный набор хромосом) к диплоидности (двойной набор хромосом), что усиливало генетические потенции организма.

Дальнейшая эволюция шла по пути совершенствования семян: превращение мегаспорангия в семязачаток; после оплодотворения (благодаря ветру, переносящему пыльцу, вырабатываемую в доста­точном количестве) семязачаток превращается в семя; оплодотво­ренный эмбрион упаковывается в водонепроницаемую защитную оболочку, наполненную пищей для эмбриона. Внутри семени зародыш мог находиться достаточно долго, пока растение не рассеет семена, и они не попадут в благоприятные условия произрастания. И тогда росток раздувает семенную оболочку, прорастает и питается запасами до тех пор, пока его корни и листья не станут сами поддер­живать и питать растение. Так у всех семенных растений исчезает зависимость процесса полового размножения от наличия водной среды.

Переход к семенному размножению связан с рядом эволюцион­ных преимуществ; диплоидный зародыш в семенах защищен от не­благоприятных условий наличием покровов и обеспечен пищей, а семена имеют приспособления для распространения животными и др. Эти и другие преимущества способствовали широкому распро­странению семенных растений.

В дальнейшем происходит специализация опыления (с помощью насекомых) и распространение семян и плодов животными; усиле­ние защиты зародыша от неблагоприятных условий: обеспечение пищей, образование покровов и др. В раннем меловом периоде у некоторых растений улучшается система защиты семян путем обра­зования дополнительной оболочки. В это же примерно время появляются и первые покрытосеменные растения.

Возникновение покрытосеменных было связано с совершенство­ванием процесса оплодотворения: с переходом к тому, чтобы пыльцу переносил не ветер, а животные (насекомые). Это потребовало значительных трансформаций растительного организма. Такой орга­низм должен содержать средства сигнализации животным о себе, привлечения животных к себе, чтобы затем отнести пыльцу на другое растение того же вида; и в конце концов животное должно само что-либо при этом получить для себя (нектар или пыльцу). Весь этот комплекс вопросов решался на пути возникновения огромного множества прекрасных и разнообразных покрытосеменных (цветковых) растений: цветки каждого растения по внешнему (форме, окраске) виду (и запаху) должны отличаться от цветков прочих растений.

Покрытосеменные возникают в горах тропических стран, где и ныне сосредоточено около 80% покрытосеменных. Цветковым рас­тениям свойственна высокая эволюционная пластичность, разнообразие, порождаемые опылением насекомыми. Ведь отбор шел как по растениям, так и по насекомым. Постепенно распространяясь, цвет­ковые растения завоевали все материки, победили в борьбе за сушу. В этом главную роль играл цветок, обеспечивавший привлечение насекомых-опылителей. Кроме того, цветковые имеют развитую про­водящую систему, плод, значительные запасы пищи зародыша, разви­тие зародыша и семени происходит быстрее и т.д.

В кайнозое формируются близкие к современным ботанико-географические области. Покрытосеменные достигли господства. Леса достигали наибольшего распространения на Земле. Территория Ев­ропы была покрыта пышными лесами: на севере преобладали хвой­ные, на юге — каштаново-буковые леса с участием гигантских секвой. Ботанико-географические области изменялись в зависимости от пе­риодических потеплений и похолоданий, наступления ледников и вызванного ими отступления теплолюбивой растительности на юг, а кое-где и ее полного вымирания, а также возникновения холодо­устойчивых травянистых и кустарниковых растений, смены лесов степью и т.д. А в плейстоцене складываются современные фитоценозы.

Источник

Основные пути эволюции животных и растений

Ученые А.Н. Северцев и И.И. Шмальгаузен установили главные направления эволюции:

Первое направление – ароморфоз – эволюционные изменения, ведущие к общему подъему организации, повышающие интенсивность жизнедеятельности, но не являющиеся узкими приспособлениями к резко ограниченным условиям существования. Ароморфоз позволяет перейти в новую среду обитания, способствует повышению выживаемости и понижению смертности в популяции, а также дает значительное преимущества в борьбе за существование.

Второе направление — идиоадаптация — незначительные эволюцион­ные изменения, способствующие приспособлению к определенным усло­виям среды обитания (частные приспособления). Идиоадаптация тоже приводит к ускорению видообразования, расширению ареала, увеличе­нию численности вида. Путем идиоадаптации появляются систематиче­ские группы — роды, виды, семейства. Но идиоадаптация, в отличие от ароморфоза, не предусматривает изменения основных черт организации, интенсивности жизнедеятельности организмов и общего подъема организационного уровня (например, приспособление придонных рыб к жизни на дне).

Третье направление — общая дегенерация — эволюционные изменения, приводящие к упрощению организации, сопровождающейся исчезновением ряда органов. Дегенерация может привести к биологическому процессу. Это направление вообще означает переход к сидячему или паразитиче­скому образу жизни. Возникают различные приспособления к специфи­ческим условиям, организация становится проще, например, как у паразитов.

Биологический процесс достигается ароморфозом, идиоадаптацией и общей дегенерацией.

Наряду с биологическим процессом в природе действует биологический регресс, который характеризуется уменьшением ареала, снижением видов, особей, популяций, ведущий в конечном итоге к вымиранию видов. С появлением человека возникли проблемы, свя­занные с нарушением отношений живых организмов с окружающей сре­дой из-за изменений ландшафтов планеты.

Говоря об эволюции природы в целом, следует определить понятие уровня организации. Наиболее приемлемым вариантом оценки уровня ор­ганизации животных считается определение характера взаимоотношений организмов данной группы со средой обитания.

Выделяют два направления эволюции групп — в зависимости от изме­нения уровня организации в группах:

1. Аллогенез. В этом случае сохраняются все основные черты строения и работы органов у всех представителей данной группы. Эволюция протекает в рамках адаптивной зоны (совокупности экологических ниш, сходных по общему направлению действия основных средовых факторов на организм данного типа и различных в деталях).
2. Арогенез— направление эволюции, при котором у некоторых групп появляются новые морфофизиологические особенности, приводящие к повышению уровня организации. Новые прогрессивные черты организа­ции называют ароморфозами.

Существуют правила и закономерности эволюции групп, в том числе:

• правило необратимости эволюции. Эволюция — необратимый процесс; организмы не могут вернуться к прежнему состоянию, которое прошли их предки;
• правило прогрессивной специализации. В процессе естественного отбора в условиях данной адаптативной зоны отсеиваются те гены генофондов популяций, которые ей не соответствуют. Следствием данного правила является правило происхождения новых групп организмов от малоспециализированных предков.

Современная биология описывает основные свойства живых организ­мов, или критерии жизни:

• живые организмы представляют собой сложную структуру, имеющую высокий уровень организации;
• живые организмы получают энергию из окружающей среды, используют солнечную энергию;

• живые организмы обладают свойством изменяться и усложняться;

• живые организмы реагируют на изменения в окружающей среде, а также приспосабливаются к месту обитания;
• живые организмы размножаются, передавая по наследству заложен­ную в них информацию.

СТЭ не является застывшей концепцией. Уже есть ряд трудностей, и на них основывается недарвиновские концепции эволюции, одной из которых является пунктуализм. Сторонники этой концепции считают, что процесс эволюции идет путем редких и быстрых скачков, 99% своего времени пребывает в стабильном состоянии.

Возможно в будущем СТЭ и недарвиновские концепции эволюции, дополняя друг друга, объединятся в новую, единую теорию жизни.

Источник