Эволюция растений
Планета Земля образовалась более 4,5 млрд. лет назад. Первые одноклеточные формы жизни появились возможно появились около 3 млрд. лет назад. Сначала это были бактерии. Их относят к прокариотам, так как у них нет клеточного ядра. Эукариотические (имеющие в клетках ядра) организмы появились позже.
Растениями считаются эукариоты, способные к фотосинтезу. В процессе эволюции фотосинтез появился раньше, чем эукариоты. В то время он существовал у некоторых бактерий. Это были сине-зеленые бактерии (цианобактерии). Некоторые из них сохранились до наших дней.
Согласно наиболее распространенной гипотезе эволюции, растительная клетка образовалась путем попадания в гетеротрофную эукариотическую клетку фотосинтезирующей бактерии, которая не была переварена. Далее процесс эволюции привел к появлению одноклеточного эукариотического фотосинтезирующего организма, имеющего хлоропласты (их предшественников). Так появились одноклеточные водоросли.
Следующим этапом в эволюции растений было возникновение многоклеточных водорослей. Они достигли большого разнообразия и обитали исключительно в воде.
Поверхность Земли не оставалась неизменной. Там, где земная кора поднималась, постепенно возникала суша. Живым организмам приходилось адаптироваться к новым условиям. Некоторые древние водоросли постепенно смогли приспособиться к наземному образу жизни. В процессе эволюции их строение усложнялось, появлялись ткани, в первую очередь покровная и проводящая.
Первыми наземными растениями считаются псилофиты, которые появились около 400 миллионов лет назад. До наших дней они не дожили.
Дальнейшая эволюция растений, связанная с усложнением их строения, шла уже на суше.
Во времена псилофитов климат был теплым и влажным. Псилофиты произрастали недалеко от водоемов. У них были ризоиды (подобие корней), которыми они закреплялись в почве и всасывали воду. Однако у них не было настоящих вегетативных органов (корней, стеблей и листьев). Продвижение воды и органических веществ по растению обеспечивала появившаяся проводящая ткань.
Позже от псилофитов произошли папоротникообразные и мхи. Эти растения имеют более сложное строение, у них есть стебли и листья, они лучше приспособлены к обитанию на суше. Однако, также как у псилофитов, у них сохранялась зависимость от воды. При половом размножении, чтобы сперматозоид достиг яйцеклетки, им нужна вода. Поэтому «уйти» далеко от влажных мест обитания они не могли.
В каменно-угольном периоде (примерно 300 млн. лет назад), когда климат был влажным, папоротникообразные достигли своего рассвета, на планете росло множество их древесных форм. Позднее, отмирая, именно они сформировали залежи каменного угля.
Когда климат на Земле начал становиться более холодным и сухим папоротники начали массово вымирать. Но некоторые их виды перед этим дали начало так называемым семенным папоротникам, которые по-сути были уже голосеменными растениями. В последующей эволюции растений семенные папоротники вымерли, дав перед этим начало другим голосеменным растениям. Позже появились более совершенные голосеменные — хвойные.
Размножение голосеменных уже не зависело от наличия жидкой воды. Опыление происходило с помощью ветра. Вместо сперматозоидов (подвижных форм) у них образовывались спермии (неподвижные формы), которые доставлялись к яйцеклетке специальными образованиями пыльцевого зерна. Кроме того, у голосеменных образовывались не споры, а семена, содержащие запас питательных веществ.
Дальнейшая эволюция растений ознаменовалась появлением покрытосеменных (цветковых). Это произошло около 130 млн. лет назад. А около 60 млн. лет назад они стали господствовать на Земле. По сравнению с голосеменными, цветковые растения лучше приспособлены для жизни на суше. Можно сказать, они стали больше использовать возможности окружающей среды. Так их опыление стало происходить не только с помощью ветра, но и посредством насекомых. Это повысило эффективность опыления. Семена покрытосеменных находятся в плодах, которые обеспечивают более эффективное их распространение. Кроме того, цветковые растения имеют более сложное тканевое строение, например, в проводящей системе.
В настоящее время покрытосеменные являются наиболее многочисленной по количеству видов группой растений.
Источник
2. Эволюционная оценка основных признаков высших растений.
С эволюционной точки зрения высшие растения представляют собой таксон ранга подцарства, т.е. все высшие растения характеризуются общим происхождением, а следовательно имеют одного общего предка. Кто этот предок? Во-первых, он обитал сначала в водной среде. В частности, у некоторых высших растений половой процесс связан с водой. У мхов, папаротников , хвощей вода необходима для передвижения сперматозоидов, поэтому гаметофит должен находиться во влажной среде. На основании этого предположили, что высшие растения произошли от каких-то водорослей. Предковым считается отдел зеленые водоросли. Близкие в настоящее время из зеленых водорослей к высшим растениям представители Кл. Улотриксовые род Coleochaetae. Они имеют гетеротрихальный таллом, деление клетки – фрагмопластом (как у высших растений), в клетках есть фермент гликолатоксидаза (в пероксисома), который участвует в фотодыхании, монадные стадии представителей этого рода близки по строению сперматозоидам высших растений, а также жизненный цикл и эндоогамный половой процесс. Первые высшие растения известны 415 млн. лет – куксония. Куксония внешне напоминает водоросли, например по характеру ветвления.
С эволюционной точки зрения все признаки высших растений можно разделить на три группы:
А: признаки, унаследованные от водорослей неизменными;
Б: признаки, унаследованные от водорослей, но претерпевшие видоизменения;
В: вновь приобретенные признаки.
3. Причины и основные тенденции в эволюции высших растений.
Основная причина эволюции высших растений – выход растений на сушу. Основные факторы эволюции высших растений – условия атмосферы, перепады температур, влага. Основное направление эволюции — адаптациогенез. Высшие растения приспосабливаются к условиям наземного существования. В наземных условиях растения существуют в двух сферах – почвенной и наземно-воздушной. Здесь наблюдается большая амплитуда колебаний различных факторов, в отличии от водной среды. Единственным условием для выживания здесь является – экологическая пластичность. Наиболее выживаемым и пластичным является диплонт, поэтому у большинства высших растений в жизненном цикле и преобладает спорофит. Кроме того, он продуцирует большое количества спор, что способствует расселению растений.
Одно из направлений эволюции спорофита связано с возрастающим расчленением тела. Когда растения вышли на сушу, они столкнулись с проблемой размножения вида, а большое количество спор гибнет в наземных условиях. В связи с этим нужно было увеличить количество производимых спор, а для этого необходимо много пластических веществ и этот фактор привел к увеличению размера спорофита. При увеличении размера увеличивается фотосинтезирующая поверхность, но объем увеличивается в 3 раза быстрее чем площадь, поэтому растения стремились увеличить площадь при том же самом объеме, что достигалось расчленением тела. Расчленение можно было наблюдать уже у древних высших растений на теломы и мезомы, это простое дихотомичесоке рассечение.
Возникновение таких крупных тел привело к необходимости укрепления тела на поверхности земли и таким образом возникают механические ткани, что связано со способностью клеток к лигнификации и утолщением стели. Лигнин устойчив к химическим воздействиям, впервые он возник у водорослей как продукт отброса, он связывал фенолы и удалялся из организма. Лигнин распространенное вещество у высших растений его количество составляет 60% от массы целлюлозы.
При переходе к наземному образу жизни возник вопрос о водообеспечении растения и сохранения воды, а с другой стороны должен проходить половой процесс который зависел от воды. Это привело к расхождении гаметофита и спорофита по разным средам. Спорофит проходил морфо-физиологический прогресс (возникла проводящая система, покровные и механические ткани) и в этом выражалась адаптация к внешним условиям. А у гаметофита происходит морфо-физиологический регресс, что также является адаптацией к внешним условиям. Он упрощал вегетативное тело, сводил до минимума свои биологические потребности, но обеспечивал половой процесс.
Микориза способствовала более интенсивному использованию минеральных веществ, которые были в почве девонского периода. Мицелий гриба обеспечил минеральное питание растениям, наличие мицелия гриба в подземных органах высших древних растений повышал устойчивость к засыханию, что и способствовало выходу растений на сушу. Подтверждением этой гипотезы: в подземных частях Hormophyton были найден мицелий гриба Pallomyces.
Эволюция высших растений, за исключением мхов и вторично водных форм, шла по пути возрастающему приспособлению к наземному существованию.
Источник
лекции биология / ЭволРаст
Все виды ныне живущих растений в зависимости от их организации делят на две большие группы: низших и высших растений.
Низшие отличаются нерасчлененным телом (таллом, слоевище). Наиболее примитивные формы – одноклеточны.
Высшие растения имеют расчлененное тело, их органы состоят из различных тканей. Растительная клетка имеет одни и те же черты организации: наличие наружной полисахаридной оболочки, являющейся опорной системой, наружным скелетом. Ее возникновение – следствие фототрофного питания – образуется избыток растворимых углеводов. Эти вещества выводятся из клетки и превращаются в нерастворимые элементы клеточной оболочки.
- Автотрофное питание. Когда квант света возбуждает молекулу хлорофилла, один из электронов переходит на более высокий энергетический уровень, затем передается молекуле акцептору, запуская поток электронов, и за долю секунды возвращается в исходное энергетическое состояние. Вся жизнь на нашей планете, за немногими исключениями, зависит от энергии, на мгновение приобретаемой электроном. Альберт Сент-Дьердьи: «Жизнью движет слабый непрекращающийся поток солнечного света».
- Строение клетки. Эта оболочка не препятствует поглощению и выделению растворенных веществ. Т.к. элементы питания (вода, минеральные соли) равномерно рассеяны в окружающей среде, то растения постепенно теряют подвижность. Поглощение элементов питания происходит через наружную поверхность растений →
- Тенденция к увеличению поверхности соприкосновения с внешней средой.
- Появление многоклеточности: появление твердых оболочек приводит к дифференциации клеток. Наличие плазмодесм, являющихся плазматической связью между клетками обеспечивает целостность органа.
- Способность к длительному нарастанию приводит дифференциации тела растения.
- Выход на сушу требует приспособлений к жизни в почвенно – воздушной среде. Происходит стабилизация водного обмена. Низшие растения – пойкилогидрические, высшие – гомойогидрические. Образование тканей (проводящие, образовательные, механические, покровные, запасающие и т.д.)
- Возникновение побегов.
- Возникновение почек – замкнутых вместилищ верхушечных меристем, защищенных листовыми зачатками и почечными чешуями.
- Наличием функционально сходных тканей;
- Морфологически сходных вегетативных органов
- Однотипных (за исключением покрытосеменных) многоклеточных половых органов и спорангиев, кутинизированных спор, правильном чередовании поколений.
- покровные защищали растения от избыточного испарения и повреждений;
- механические (опорные и проводящие).
Источник