Основные этапы исторического развития и усложнения растительного мира на земле. Основные этапы развития растительного мира — Гипермаркет знаний Появления основных групп растений в процессе эволюции

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.

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.

В книге излагается актуальная проблема современного естествознания - происхождение жизни. Она написана на основе самых современных данных геологии, палеонтологии, геохимии и космохимии, которые опровергают многие традиционные, но устаревшие представления о происхождении и развитии жизни на нашей планете. Глубокая древность жизни и биосферы, соизмеримая с возрастом самой планеты, позволяет автору сделать вывод: происхождение Земли и жизни - единый взаимосвязанный процесс.

Для читателей, интересующихся науками о Земле.

Книга:

Растения как типичные представители фотоавтотрофных организмов нашей планеты возникли в ходе длительной эволюции, которая ведет свое начало от примитивных обитателей освещенной зоны моря - планктонных и бентосных прокариот. Сопоставляя палеонтологические данные с данными сравнительной морфологии и физиологии ныне живущих растений, можно в общем виде наметить следующую хронологическую последовательность их появления и развития:

1) бактерии и синезеленые водоросли (прокариоты);

2) водоросли циановые, зеленые, бурые, красные и др. (эукариоты, как и все последующие организмы);

3) мхи и печеночники;

4) папоротники, хвощи, плауны, семенные папоротники;

6) покрытосеменные, или цветковые, растения.

Бактерии и синезеленые водоросли обнаружены в наиболее древних сохранившихся отложениях докембрия, значительно позже появляются водоросли, и только в фанерозое мы встречаем пышное развитие высших растений: плауновых, хвощей, голосеменных и покрытосеменных.

В течение всего криптозоя в первичных водоемах в эвфотической зоне древних морей развивались преимущественно одноклеточные организмы - водоросли различного типа.

У основных представителей прокариот, обнаруженных в докембрии, питание было автотрофным - с помощью фотосинтеза. Наиболее благоприятные условия для фотосинтеза создавались в освещенной части моря на глубине от поверхности до 10 м, что соответствовало также условиям мелководного бентоса.

К настоящему времени изучение докембрийских микрофоссилий продвинулось вперед, соответственно накоплен большой фактический материал. В целом интерпретация микроскопических препаратов представляет собой трудную задачу, которую нельзя разрешить однозначно.

Лучше всего выявляются и опознаются трихомные бактерии, резко отличающиеся от минеральных образований близкой формы. Полученный эмпирический материал по микрофоссилиям позволяет заключить, что их можно сопоставить с ныне живущими цианобактериями.

Строматолиты, как биогенные постройки далекого прошлого планеты , образовались при накоплении тонкого осадка карбоната кальция, захватываемого фотосинтезирующими организмами микробиологических ассоциаций. Микрофоссилии в строматолитах состоят почти исключительно из прокариотических микроорганизмов, относящихся главным образом к синезеленым водорослям - цианофиты. При изучении остатков бентосных микроорганизмов, слагающих строматопиты, выяснилась одна интересная особенность, имеющая принципиальное значение. Микрофоссилии разного возраста мало изменяют свою морфологию и свидетельствуют в целом о консервативности прокариот. Микрофоссилии, относящиеся к прокариотам, оставались практически постоянными довольно долгое время. Во всяком случае, перед нами установленный факт - эволюция прокариот проходила значительно медленнее, чем высших организмов.

Итак, в ходе геологической истории бактерии-прокариоты обнаруживают максимальную персистентность. К персистентным формам относятся организмы, сохранившиеся в процессе эволюции в неизменном виде. Как отмечает Г. А. Заварзин , поскольку древние сообщества микроорганизмов обнаруживают значительные черты сходства с современными, развивающимися в гидротермах и в областях образования эвапоритов, то это позволяет на современных природных и лабораторных моделях более обстоятельно изучить геохимическую деятельность этих сообществ, экстраполируя их в далекое докембрийское время.

Первые эукариоты возникли в планктонных ассоциациях открытых вод. Конец исключительного господства прокариот относится приблизительно к дате 1,4 млрд лет назад, хотя первые эукариоты появились значительно раньше. Так, по последним данным, облик ископаемых органических остатков из черных сланцев и углистых образований района Верхнего Озера свидетельствует о появлении эукариотических микроорганизмов 1,9 млрд лет назад.

От даты 1,4 млрд лет назад к нашему времени палеонтологическая летопись докембрия значительно расширяется. К этой дате приурочено появление сравнительно крупных форм, относящихся к планктонным эукариотам и получивших название «акритархи» (в переводе с греческого - «существа неизвестного происхождения»). Следует отметить, что группа акритарх (Acritarcha) предложена в качестве неопределенной систематической категории, обозначающей Микрофоссилии различного происхождения, но сходные по внешним морфологическим признакам. В литературе описаны акритархи из докембрия и нижнего палеозоя. Большинство акритарх были, вероятно, одноклеточными фотосинтезирующими эукариотами - оболочками каких-то древних водорослей. Некоторые из них могли еще иметь прокариотическую организацию. На планктонный характер акритарх указывает их космополитическое распространение в одновозрастных осадочных отложениях. Наиболее древние акритархи из отложений раннего рифея Южного Урала обнаружил Т. В. Янкаускас.

В ходе геологического времени размеры акритарх увеличивались. По данным наблюдений, оказалось, что, чем моложе докембрийские Микрофоссилии, тем они крупнее. Допускается, что значительное увеличение размеров акритарх было связано с увеличением размеров эукариотической организации клеток. Они могли появиться как самостоятельные организмы либо, что более вероятно, в симбиозе с другими. Л. Маргелис считает, что эукариотические клетки скомпоновались из уже существовавших прокариотических. Однако для выживания эукариот необходимо было, чтобы среда обитания была насыщена кислородом и, как следствие этого, возник аэробный метаболизм. Первоначально свободный кислород, выделяющийся при фотосинтезе цианофитов, накапливался в ограниченных количествах в мелководных местах обитания. Возрастание его содержания в биосфере вызвало реакцию со стороны организмов: они стали заселять бескислородные места обитания (в частности, анаэробные формы).

Данные докембрийской микропалеонтологии указывают, что в среднем докембрии еще до появления эукариот цианофиты составляли относительно небольшую часть планктона. Эукариоты нуждались в свободном кислороде и все более конкурировали с прокариотами в тех областях биосферы, где появлялся свободный кислород. По имеющимся данным микропалеонтологии можно Судить, что переход от прокариотной к эукариотной флоре древних морей совершался медленно и обе группы организмов долгое время сосуществовали вместе. Впрочем, это сосуществование в иной пропорции происходит и в современную эпоху. К началу позднего рифея уже распространилось множество автотрофных и гетеротрофных форм организмов.

По мере своего развития организмы перемещались за питательными веществами в более глубокие и удаленные от шельфов области моря. В палеонтологической летописи отмечается резкое увеличение разнообразия крупных сфероидальных форм эукариотических акритарх в позднерифейское время, 900-700 млн лет назад. Около 800 млн лет назад в Мировом океане появились представители нового класса планктонных организмов - кубкообразные тельца с массивными раковинами или наружными покровами, минерализованными карбонатом кальция или кремнеземом. В начале кембрийского периода в эволюции планктона произошли существенные сдвиги - возникли разнообразные микроорганизмы со сложной скульптурной поверхностью и улучшенной плавучестью. Они дали начало настоящим шиповатым акритархам.

Появление эукариот создало важную предпосылку для зарождения в раннем рифее (около 1,3 млрд лет назад) многоклеточных растений и животных. Для белтской серии из докембрия западных штатов Северной Америки их описал еще Ч. Уолкотт, Но к какому типу водорослей они относятся (бурые, зеленые или красные), еще неясно. Таким образом, чрезвычайно длительная эра господства бактерий и близких к ним синезеленых водорослей сменилась эрой водорослей, достигавших в водах древних океанов значительного разнообразия форм и красок. На протяжении позднего рифея и венда многоклеточные водоросли становятся разнообразнее, они сопоставляются с бурыми и красными.

По мнению академика Б. С. Соколова , многоклеточные растения и животные появились почти одновременно. В отложениях венда встречаются разнообразные представители водных растений. Наиболее видное место занимают многоклеточные водоросли, слоевища которых нередко переполняют толщи вендских отложений: аргиллитов, глин, песчаников. Часто встречаются макропланктонные водоросли, колониальные, спиральные-нитчатые водоросли Volymella, войлоковидные и другие формы. Весьма разнообразен фитопланктон.

В течение большей части истории Земли эволюция растений проходила в водной среде. Именно здесь зародилась и прошла различные этапы развития водная растительность. В целом водоросли - это обширная группа низших водных растений, содержащих хлорофилл и вырабатывающих органические вещества путем фотосинтеза. Тело водорослей еще не дифференцировано на корни, листья и другие характерные части. Они представлены одноклеточными, многоклеточными и колониальными формами. Размножение бесполое, вегетативное и половое. Водоросли входят в состав планктона и бентоса. В настоящее время их относят к подцарству растений Thallophyta, y которых тело сложено относительно однородной тканью - слоевищем, или Thallus. Слоевище состоит из многих клеток, сходных по своему виду и функциям. В историческом аспекте водоросли прошли наиболее длительный этап в развитии зеленых растений и в общем геохимическом круговороте вещества биосферы сыграли роль гигантского генератора свободного кислорода. Возникновение и развитие водорослей носило крайне неравномерный характер.

Зеленые водоросли (Chlorophyta) представляют собой обширную и широко распространенную группу преимущественно зеленых растений, которая распадается на пять классов. По внешнему виду они сильно отличаются друг от друга. Зеленые водоросли происходят от зеленых жгутиковых организмов. Об этом свидетельствуют переходные формы - пирамидомонас и хламидомонас, подвижные одноклеточные организмы, обитающие в водах. Размножаются зеленые водоросли половым путем. Некоторые группы зеленых водорослей достигли большого развития в триасовый период.

Жгутиковые (Flagellata) объединяются в группу микроскопических одноклеточных организмов. Одни исследователи относят их к царству растений, другие - к царству животных. Подобно растениям, некоторые жгутико-, вые содержат хлорофилл. Однако в отличие от большинства растений они не имеют обособленной клеточной системы и способны переваривать пищу с помощью ферментов, а также жить в темноте, как животные организмы. По всей вероятности, жгутиковые существовали в докембрии, но бесспорные их представители найдены в юрских отложениях.

Бурые водоросли (Phaeophyta) отличаются присутствием бурого пигмента в таком количестве, что он фактически маскирует хлорофилл и придает растениям соответствующую окраску. Бурые водоросли относятся к бентосу и планктону. Самые крупные водоросли достигают 30 м в длину. Почти все они произрастают в соленой воде, поэтому их называют морской травой. К бурым относят саргассовые водоросли - плавающие планктонные формы с большим количеством пузырьков. В ископаемом состоянии известны с силура.

Красные водоросли (Rhodophyta) имеют такую окраску благодаря красному пигменту. Это преимущественно морские растения, сильно разветвленные. У некоторых из них известковый скелет. Эту группу часто называют куллипорами. Они существуют и в настоящее время, а в ископаемом состоянии известны с нижнего мела. Близкие к ним сомипоры, с более крупными и широкими клетками, появились в ордовике.

Харовые водоросли (Charophyta) представляют собой весьма своеобразную и довольно высокоорганизованную группу многоклеточных растений, размножающихся половым путем. Они настолько отличаются от других водорослей, что некоторые ботаники относят их к листо-стебельным ввиду наметившейся дифференциации тканей. Харовые водоросли зеленого цвета, обитают в настоящее время в пресной воде и в солоноватых водоемах. Они избегают морской воды с нормальной соленостью, но можно предположить, что в палеозое они населяли моря. У отдельных харофитов возникают споропочки, пропитанные углекислым кальцием. Харовые водоросли принадлежат к важным породообразующим организмам пресноводных известняков.

Диатомовые водоросли (Diatomeae) - типичные представители планктона. У них продолговатая форма, снаружи покрыты панцирем, состоящим из кремнезема. Первые остатки диатомовых водорослей найдены в отложениях девона, но возможно, они древнее. В целом диатомовые водоросли относительно молодая группа. Эволюция их изучена лучше, чем других водорослей, поскольку кремневые панцири и створки диатомей могут сохраняться в ископаемом состоянии очень длительное время. По всей вероятности, диатомовые водоросли происходят от жгутиковых, окрашенных в желтый цвет и способных отлагать в своих оболочках небольшое количество кремнезема. В современную эпоху диатомей широко распространены в пресных и морских водах, изредка встречаются и во влажных почвах. Остатки диатомей известны в юрских отложениях, однако не исключено, что они появились значительно раньше. Ископаемые диатомовые водоросли от раннего мела дошли до современной эпохи без перерыва в отложениях.

Очень важным событием, способствовавшим резкому ускорению темпов эволюции всего живого населения нашей планеты, был выход растений из морской среды на сушу. Выход растений на поверхность континентов можно считать подлинной революцией в истории биосферы. Развитие наземной растительности создало предпосылку для выхода на сушу животных. Однако массовому переходу растений на сушу предшествовал длительный подготовительный период. Можно предполагать, что растительная жизнь на суше появилась очень давно, во всяком случае локально - во влажном климате на побережьях мелководных заливов и лагун, где при изменениях уровня воды периодически происходило поступление водной растительности на сушу. Советский натуралист Л. С. Берг впервые высказал мысль, что поверхность суши не представляла собой безжизненной пустыни ни в кембрии, ни в докембрии. Видный советский палеонтолог Л. Ш. Давиташвили также допускал, что в докембрии на материках, вероятно, уже было какое-то население, состоящее из низкоорганизованных растений и, возможно, даже животных. Однако их общая биомасса была ничтожной.

Чтобы жить на суше, растения должны были не терять воду. Следует при этом иметь в виду, что у высших растений - мхов, папоротникообразных, голосеменных и цветковых, составляющих в настоящее время главную массу земной растительности, соприкасаются с водой только корни, корневые волоски и ризоиды, остальные же их органы находятся в атмосфере и испаряют воду всей поверхностью.

Наиболее расцвела растительная жизнь на берегах лагунных озер и болот. Здесь появился тип растения, нижняя часть которого находилась в воде, а верхняя - в воздушной среде, под прямыми лучами солнца. Несколько позже, с проникновением растений на незатопляемую сушу, самые первые их представители развили корневую систему и получили возможность потреблять грунтовые воды. Это способствовало их выживанию в засушливые периоды. Таким образом, новые обстоятельства привели к расчленению клеток растений на ткани и выработке защитных приспособлений, каких не было у обитавших в воде предков.

Рис.14. Развитие и генетические связи различных групп наземных растений

Массовое завоевание континентов растениями произошло в силурийский период палеозойской эры. Прежде всего это были псилофиты - своеобразные споровые растения, напоминающие плауны. Часть извилистых стеблей псилофитов была покрыта щетинистыми листьями. Псилофиты были лишены корней, а в основном и листьев. Они состояли из ветвившихся зеленых стеблей высотой до 23 см и горизонтально тянувшегося в почве корневища. Псилофиты, как первые достоверные растения суши, создавали целые зеленые ковры на влажной почве.

Вероятно, продукция органического вещества первых растительных покровов суши была незначительной. Растительность силурийского периода, несомненно, произошла от водорослей моря и сама породила растительность последующего периода.

После завоевания суши развитие растительности привело к образованию многочисленных и разнообразных форм. Интенсивное разделение растительных групп началось в девоне и продолжалось в последующее геологическое время. Общая родословная важнейших групп растений дана на рис. 14.

Мхи произошли от. водорослей. Их ранняя стадия развития очень сходна с некоторыми зелеными водорослями. Однако существует предположение, что мхи произошли от более простых представителей бурых водорослей, приспособившихся к жизни на сырых скалах или вообще в почвах.

На поверхности раннепалеозойских континентов век водорослей сменился веком псилофитов, давших растительность, напоминавшую по своему внешнему виду и размерам современные заросли крупных мхов. Господство псилофитов сменилось в каменноугольный период господством папоротникообразных растений, образовавших довольно обширные леса на болотистых почвах. Развитие этих растений способствовало тому, что состав атмосферного воздуха изменился. Добавилось существенное количество свободного кислорода и накопилась масса пищевых веществ, необходимых для возникновения и развития сухопутных позвоночных животных. В то же время были накоплены огромные массы каменного угля. Каменноугольный период характеризовался исключительным расцветом наземной растительности. Возникли древовидные плауны, достигавшие в высоту 30 м, огромные хвощи, папоротники, начали появляться хвойные. В пермский период продолжалось развитие наземной растительности, которая значительно расширила места своего обитания.

Период господства папоротникообразных сменился периодом шишконосных хвойных растений. Поверхность материков стала приобретать современный облик. В начале мезозойской эры большое распространение получили хвойные, цикадовые, а в меловой период появляются цветковые растения. В самом начале раннемеловой эпохи еще существовали юрские формы растений, но затем состав растительности сильно изменился. В конце раннемеловой эпохи встречается много покрытосеменных растений. С самого же начала позднемеловой эпохи они оттесняют голосеменные и занимают господствующее положение на суше. В целом в наземной флоре происходит постепенная смена мезозойской растительности голосеменных (хвойных, цикадовых, гинкговых) растительностью кайнозойского облика. Растительность позднемеловой эпохи уже характеризуется присутствием значительного количества таких современных цветковых растений, как бук, ива, береза, платан, лавр, магнолия. Эта перестройка растительности подготовила хорошую кормовую базу для развития высших наземных позвоночных животных - млекопитающих и птиц. Развитие цветковых растений было связано с расцветом многочисленных насекомых, которые играли важную роль в опылении.

Наступление нового периода в развитии растений не приводило к полному уничтожению древних растительных форм. Часть организмов биосферы сохранялась. Бактерии с появлением цветковых растений не только не исчезли, но продолжали существовать, найдя новые источники питания в почве и в органическом веществе растений и животных. Водоросли разных групп изменялись и развивались наряду с высшими растениями.

Хвойные леса, появившиеся в мезозое, произрастают и сейчас наряду с лиственными. Они дают приют папоротникообразным растениям, так как эти древние обитатели туманного и влажного климата каменноугольного периода боятся открытых мест, освещенных солнцем.

Наконец, следует отметить наличие персистентных форм в составе современной флоры. Наиболее персистентными оказались отдельные группы бактерий, практически не изменившиеся со времени раннего докембрия. Но и из более высокоорганизованных форм растений также образовались роды и виды, которые мало изменились к настоящему времени.

Следует отметить несомненное присутствие в составе современной флоры относительно высокоорганизованных многоклеточных родов растений. Позднепалеозойские и мезозойские формы растений, которые без изменений прожили десятки и сотни миллионов лет, безусловно, относятся к персистентным. Таким образом, в настоящее время среди растительного мира сохранились «живые ископаемые» (рис. 15) из групп папоротников, голосеменных и плаунов. Термин «живое ископаемое» впервые употребил Ч. Дарвин, указав в качестве примера восточноазиатское дерево из голосеменных Ginkgo biloba. Из мира наземных растений к живым ископаемым относятся наиболее известные папоротниковые пальмы, гинкговое дерево, араукарии, мамонтово дерево, или секвойя.

Как отмечал знаток ископаемой флоры А. Н. Кршптофович, многие роды растений, владыки древних лесов, также существовали чрезвычайно долго, особенно в палеозое; например, Sigillaria, Lepidodendron, Calamites - не менее 100-130 млн лет. Столько же - мезозойские папоротники 11 хвойные Metasequoia. Род Ginkgo насчитывает более 150 млн лет, а современный вид Ginkgo biloba, если включать в него, по существу, неотличимую форму Ginkgo adiantoides, - около 100 млн лет.

Живые ископаемые современного растительного мира иначе можно назвать филогенетически законсервированными типами. Хорошо изученные в палеоботаническом отношении растения, относимые к живым ископаемым, являются консервативными группами. Они совсем не изменились или изменились очень мало по сравнению с родственными формами геологического прошлого.

Естественно, что наличие живых ископаемых в современной флоре ставит проблему их образования в истории биосферы. Консервативные организации присутствуют во всех крупных филогенетических ветвях и существуют в самых различных условиях: в глубоководных и мелководных зонах моря, в древних тропических лесах, на открытых степных просторах и во всех без исключения водоемах. Важнейшее условие для существования консервативных в эволюционном отношении организмов - наличие мест обитания с постоянной средой жизни. Однако стабильные условия обитания не являются решающими. Присутствие только отдельных форм, а не всех сообществ флоры и фауны указывает на другие факторы сохранности живых ископаемых. Изучение их географического распространения свидетельствует о том, что они приурочены к строго определенным территориям, при этом характерна географическая изоляция. Так, Австралия, острова Мадагаскар и Новая Зеландия - это типичные области распространения наземных живых ископаемых.

В своей эволюции растительный мир создает общий облик древних ландшафтов, в которых происходило развитие животного мира. Поэтому подразделение геологического времени может быть проведено на основании смены различных растительных форм. Немецкий палеоботаник В. Циммерман еще в 1930 г. подразделил все геологическое прошлое с точки зрения развития растительного мира на шесть эр. Он дал им буквенное обозначение и расположил в последовательности от древних эр к более молодым.

Сопоставление обычной шкалы геологического времени, построенной преимущественна по палеозоологическим данным, со шкалой развития растений представлено в табл. 11.

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.

Первые растительные организмы возникли в воле в очень далекие времена. Первые живые существа были микроскопически мелкими комочками слизи. Значительно позже у некоторых из них появилась зеленая окраска, и эти живые организмы стали похожи на одноклеточные водоросли. Одноклеточные существа дали начало многоклеточным организмам, которые, как и одноклеточные, возникли в воде. Из одноклеточных водорослей развивались разнообразные многоклеточные водоросли.

Поверхность материков и дно океана со временем изменялись. Поднимались новые материки, уходили под воду существовавшие ранее. Из-за колебаний земной коры на месте морей возникала суша. Изучение ископаемых остатков показывает, что растительный мир Земли также постепенно менялся.

Переход растений к наземному образу жизни, по мнению ученых, был связан с существованием периодически заливаемых и освобождаемых от воды участков суши. Отступившая вода задерживалась во впадинах. Они то пересыхали, то вновь заполнялись водой. Осушение этих участков происходило постепенно. У некоторых водорослей появились приспособления к обитанию вне воды.

Климат в то время на земном шаре был влажным и теплым. Начался переход некоторых растений от водного к наземному образу жизни. Строение этих растений постепенно усложнялось. Они дали начало первым наземным растениям. Самая древняя группа из известных наземных растений - псилофиты.

Развитие растительного мира на Земле — долговременный процесс, в основе которого лежит переход растений от водного к наземному образу жизни.

Псилофиты существовали уже 420-400 млн лет назад, а позже вымерли. Псилофиты росли по берегам водоемов и были небольшими многоклеточными зелеными растениями. Они не имели корней, стеблей, листьев. Роль корней у них выполняли ризоиды. У псилофитов, в отличие от водорослей, более сложное внутреннее строение - наличие покровной и проводящей тканей. Размножались спорами.

От псилофитов произошли мохообразные и папоротникообразные, у которых уже были стебли, листья и корни. Расцвет папоротникообразных был около 300 млн. лет назад в каменноугольный период. Климат в это время был теплым и влажным. В конце каменноугольного периода климат Земли стал заметно суше и холоднее. Древовидные папоротники, хвощи и плауны начали вымирать, но к этому времени появились примитивные голосеменные растения - потомки некоторых древних папоротникообразных. Как утверждают ученые, первыми голосеменными растениями были семенные папоротники, впоследствии полностью вымершие. Семена у них развивались на листьях: шишек у этих растений не было. Семенные папоротники были древовидными, лиановидными н травянистыми растениями. От них и произошли голосеменные.

Условия жизни продолжали меняться. Там, где климат был более суровым, древние голосеменные растения постепенно вымирали и на смену им появились более совершенные растения - древние хвойные, затем их сменили современные хвойные: сосна, ель, лиственница и др.

Переход растений на сушу тесно связан не только с появлением таких органов, как стебель, лист, корень, но, главным образом, с появлением семян, особым способом размножения этих растении. Растения, размножавшиеся семенами, лучше приспособились к жизни на суше, чем растения, размножавшиеся спорами. Особенно четко это проявилось, когда климат стал менее влажным.

На развивающихся из спор заростках (у мхов, плаунов, папоротников) образуются женские и мужские гаметы (половые клетки) - яйцеклетки и сперматозоиды. Для того чтобы произошло оплодотворение (после слияния гамет), необходима атмосферная или грунтовая вода, в которой сперматозоиды передвигаются к яйцеклеткам.

Голосеменным свободная вода для оплодотворения не нужна, так как оно происходит внутри семязачатков. У них мужские гаметы (сперматозоиды) подходят к женским (яйцеклеткам) по растущим внутри семязачатков пыльцевым трубкам. Таким образом, оплодотворение у споровых растений находится в полной зависимости от наличии воды, у растений, размножающихся семенами, этой зависимости нет.

Покрытосеменные растения - потомки древних голосеменных - появились па Земле свыше 130-120 млн. лет назад. Они оказались наиболее приспособленными к жизни на суше, так как только у них есть специальные органы размножения - цветки, а их семена развиваются внутри плода и хорошо защищены околоплодником.

Благодаря этому покрытосеменные быстро расселились по всей Земле и заняли самые разнообразные местообитания. Уже более 60 млн. лет покрытосеменные растения господствуют на Земле. На рис. 67 показана не только последовательность появления тех или иных отделов растений, но и их количественный состав, где покрытосеменным отведено значительное место.

1. Какие растения относятся к низшим? В чём их отличие от высших?
2. Какая группа растений в настоящее время занимает господствующее положение на нашей планете?

Методы изучения древних растений . Мир современных растений многообразен (рис. 83). Но в прошлом растительный мир Земли был совсем иным. Картину исторического развития жизни от её начала до наших дней помогает нам проследить палеонтология (от греческих слов «палайос» - древний, «он/онтос» - сущее и «логос») - наука о вымерших организмах, о смене их во времени и в пространстве.

Рис. 83. Примерное число видов современных растений

Одно из подразделений палеонтологии - палеоботаника - изучает ископаемые остатки древних растений, сохранившиеся в пластах геологических отложений. Доказано, что на протяжении веков видовой состав растительных сообществ менялся. Многие виды растений вымирали, другие приходили им на смену. Иногда растения попадали в такие условия (в болото, под пласт обвалившейся породы), что без доступа кислорода они не перегнивали, а пропитывались минеральными веществами. Происходило окаменение. Окаменевшие деревья нередко находят в угольных шахтах. Они настолько хорошо сохранились, что можно изучать их внутреннее строение. Иногда на твёрдых породах остаются отпечатки, по которым можно судить о внешнем виде древних ископаемых организмов (рис. 84). Многое могут рассказать учёным споры и пыльца, встречающиеся в осадочных породах. Используя специальные методы, молено определить возраст ископаемых растений, их видовой состав.

Рис. 84. Отпечатки древних растений

Изменение и развитие растительного мира . Ископаемые остатки растений свидетельствуют о том, что в далёкие времена растительный мир нашей планеты был совсем иным, чем сейчас.

В самых древних слоях земной коры не удаётся найти признаки живых организмов. В более поздних отложениях находят остатки примитивных организмов. Чем моложе слой, тем чаще встречаются более сложные организмы, которые приобретают всё большее сходство с современными.

Много миллионов лет назад жизни на Земле не было. Затем появились первые примитивные организмы, которые постепенно менялись, преобразовывались, уступая место новым, более сложным.

В процессе длительного развития многие растения на Земле бесследно исчезли, другие неузнаваемо изменились. Поэтому полностью восстановить историю развития растительного мира очень трудно. Но учёными уже доказано, что все современные виды растений произошли от более древних форм.

Начальные этапы развития растительного мира . Изучение древнейших слоев земной коры, отпечатков и окаменелостей ранее живших растений и животных и многие другие исследования позволили установить, что Земля образовалась более 5 млрд лет назад.

Первые живые организмы появились в воде примерно 3,5-4 млрд лет назад. Простейшие одноклеточные организмы по строению были схожи с бактериями. Они ещё не имели обособленного ядра, но обладали системой обмена веществ и способностью к размножению. В пищу они использовали органические и минеральные вещества, растворённые в воде первичного океана. Постепенно запасы питательных веществ в первичном океане стали истощаться. Между клетками началась борьба за пищу. В этих условиях у некоторых клеток появился зелёный пигмент - хлорофилл, и они приспособились к использованию энергии солнечного света для превращения в пищу воды и углекислого газа. Так возник фотосинтез, то есть процесс образования органических веществ из неорганических с использованием энергии света. С появлением фотосинтеза в атмосфере стал накапливаться кислород. Состав воздуха стал постепенно приближаться к современному, то есть в основном включать азот, кислород и небольшое количество углекислого газа. Такая атмосфера способствовала развитию более совершенных форм жизни.

Появление водорослей . От древних простейших одноклеточных организмов, способных к фотосинтезу, произошли одноклеточные водоросли. Одноклеточные водоросли - родоначальники царства растений. Наряду с плавающими формами среди водорослей появились и прикреплённые ко дну. Такой образ жизни привёл к расчленению тела на части: одни из них служат для прикрепления к субстрату, другие осуществляют фотосинтез. У некоторых зелёных водорослей это было достигнуто благодаря гигантской многоядерной клетке, расчленённой на листовидную и корневидную части. Однако более перспективным оказалось разделение многоклеточного тела на части, выполняющие различные функции.

Важное значение для дальнейшего развития растений имело возникновение у водорослей полового размножения. Размножение половым путём способствовало изменчивости организмов и приобретению ими новых свойств, которые помогали приспособиться к новым условиям жизни.

Выход растений на сушу . Поверхность материков и дно океана со временем изменились. Поднимались новые материки, уходили под воду существовавшие раньше. Из-за колебаний земной коры на месте морей возникала суша. Изучение ископаемых остатков показывает, что растительный мир Земли тоже изменялся.

Переход растений к наземному образу жизни, по-видимому, был связан с существованием периодически заливавшихся и освобождавшихся от воды участков суши. Осушение этих участков происходило постепенно. У некоторых водорослей стали появляться приспособления к обитанию вне воды.

В это время на земном шаре был влажный и тёплый климат. Начался переход некоторых растений от водного к наземному образу жизни. У древних многоклеточных водорослей строение постепенно усложнялось, и они дали начало первым наземным растениям (рис. 85).

Рис. 85. Первые растения суши

Одними из первых наземных растений были росшие по берегам водоёмов риниофиты, например риния (рис. 86). Они существовали 420-400 млн лет назад, а потом вымерли.

Рис 86. Риниофиты

Строение риниофитов ещё напоминало строение многоклеточных водорослей: отсутствовали настоящие стебли, листья, корни, в высоту они достигали около 25 см. Ризоиды, с помощью которых они прикреплялись к почве, поглощали из неё воду и минеральные соли. Наряду с подобием корней, стебля и примитивной проводящей системы риниофиты имели покровную ткань, предохранявшую их от высыхания. Размножались они спорами.

Происхождение высших споровых растений . От риниофитоподобных растений произошли древние плауны, хвощи и папоротники и, по-видимому, мхи, у которых уже были стебли, листья, корни (рис. 87). Это были типичные споровые растения, своего расцвета они достигли около 300 млн лет назад, когда климат был тёплым и влажным, что благоприятствовало росту и размножению папоротников, хвощей и плаунов. Однако их выход на сушу и отрыв от водной среды не были ещё окончательными. При половом размножении споровым растениям для оплодотворения необходима водная среда.

Рис. 87. Происхождение высших растений

Развитие семенных растений . В конце каменноугольного периода климат Земли почти повсеместно стал суше и холоднее. Древовидные папоротники, хвощи и плауны постепенно вымирали. Появились примитивные голосеменные растения - потомки некоторых древних папоротниковидных.

Условия жизни продолжали меняться. Там, где климат становился более суровым, древние голосеменные растения постепенно вымирали (рис. 88). Им на смену приходили более совершенные растения - сосна, ель, пихта.

Растения, размножавшиеся семенами, лучше приспособились к жизни на суше, чем растения, размножавшиеся спорами. Это связано с тем, что возможность оплодотворения у них не зависит от наличия воды во внешней среде. Особенно явно превосходство семенных растений над споровыми проявилось, когда климат стал менее влажным.

Покрытосеменные растения появились на Земле около 130 млн лет назад.

Покрытосеменные оказались наиболее приспособленными к жизни на суше растениями. Только у покрытосеменных имеются цветки, их семена развиваются внутри плода и защищены околоплодником. Покрытосеменные быстро расселились по всей Земле и заняли все возможные места обитания. Уже более 60 млн лет покрытосеменные растения господствуют на Земле.

Приспособившись к различным условиям существования, покрытосеменные создали разнообразный растительный покров Земли из деревьев, кустарников и трав.

Новые понятия

Палеонтология. Палеоботаника. Риниофиты

Вопросы

1. На основании каких данных можно утверждать, что растительный мир развивался и усложнялся постепенно?
2. Где появились первые живые организмы?
3. Какое значение имело появление фотосинтеза?
4. Под влиянием каких условий древние растения перешли от водного образа жизни к наземному?
5. Какие древние растения дали начало папоротниковидным, а какие - голосеменным растениям?
6. В чём преимущество семенных растений перед споровыми?
7. Сравните голосеменные и покрытосеменные растения. Какие особенности строения обеспечили преимущество покрытосеменным растениям?

Задания для любознательных

Летом исследуйте крутые берега рек, склоны глубоких оврагов, карьеров, куски каменного угля, известняка. Найдите окаменевшие древние организмы или их отпечатки.

Зарисуйте их. Постарайтесь определить, к каким древним организмам они принадлежат.

Знаете ли вы, что...

Самый древний отпечаток цветков растения был найден в штате Колорадо (США) в 1953 г. Растение было похоже на пальму. Возраст отпечатка 65 млн лет.

Некоторые формы древних покрытосеменных: тополя, дубы, ивы, эвкалипты, пальмы - сохранились и в настоящее время.

Царство Растения удивительно многообразно. В него входят водоросли, мхи, плауны, хвощи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные (цветковые) растения.

Низшие растения - водоросли - имеют сравнительно простое строение. Они могут быть одноклеточными или многоклеточными, но их тело (слоевище) не расчленено на органы. Различают зелёные, бурые и красные водоросли. Они вырабатывают огромное количество кислорода, который не только растворяется в воде, но и выделяется в атмосферу.

Человек использует морские водоросли в химической промышленности. Из них получают йод, калийные соли, целлюлозу, спирт, уксусную кислоту и другие продукты. Во многих странах водоросли используют для приготовления разнообразных блюд. Они очень полезны, так как содержат много углеводов, витаминов, богаты иодом.

Лишайники состоят из двух организмов - гриба и водоросли, которые находятся в сложном взаимодействии. Лишайники в природе играют важную роль, первыми поселяясь в самых бесплодных местах. Отмирая, они образуют почву, на которой могут жить другие растения.

Высшими растениями называют мхи, плауны, хвощи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные. Их тело расчленено на органы, каждый из которых выполняет определённые функции.

Мхи, плауны, хвощи, папоротники размножаются спорами. Их относят к высшим споровым растениям. Голосеменные и покрытосеменные - высшие семенные растения.

Покрытосеменные растения имеют наиболее высокую организацию. Они широко распространены в природе и являются господствующей группой растений на нашей планете.

Практически все сельскохозяйственные растения, выращиваемые человеком, относятся к покрытосеменным растениям. Они обеспечивают человека продуктами питания, сырьём для различных отраслей промышленности, используются в медицине.

Изучение ископаемых остатков доказывает историческое развитие растительного мира в течение многих миллионов лет. Из растений первыми появились водоросли, которые произошли от более простых организмов. Они жили в воде морей и океанов. Древние водоросли дали начало первым сухопутным растениям - риниофитам, от которых произошли мхи, хвощи, плауны и папоротники. Своего расцвета папоротниковидные достигли в каменноугольном периоде. С изменением климата им на смену пришли сначала голосеменные, а затем покрытосеменные растения. Покрытосеменные - самая многочисленная и высокоорганизованная группа растений. Она стала господствующей на Земле.