Происхождение и этапы эволюции растений

Происхождение и этапы эволюции
растений
Растительный мир удивляет своим разнообразием форм, размеров,
красок. Но как и откуда взялось такое разнообразие и такая
разноплановость? Когда-то, давным-давно была одна-единственная
форма жизни – маленькие примитивные бактерии, из которых за много
миллионов лет появилось огромное множество высокоорганизованных
живых организмов. На сегодняшнем уроке мы узнаем, как же это
происходило.
Палеоботаника
Палеонтология – наука об ископаемых останках растений и животных.
Палеоботаника – раздел палеонтологии, который изучает ископаемые останки растений,
залегающие в геологических пластах.
Погибшие растения иногда попадали в безкислородную среду (болота, обвалившиеся пласты
земли), где они не перегнивали, а пропитывались минеральными веществами и
образовывали окаменелости (см. Рис. 1).
Рис. 1. Окаменелые растения
На затвердевших породах могут оставаться отпечатки, которые хорошо передают внешний
вид вымерших организмов (см. Рис. 2).
Рис. 2. Отпечатки растений
С помощью специальных методов определяют возраст ископаемых растений.
Изменение и развитие растительного мира
В далекие времена растительный мир Земли отличался от нынешнего. В самых древних отложениях
нет признаков жизни, в более поздних находят останки примитивных организмов (см. Рис. 3).
Эпохой возникновения жизни считают архейскую эру, в которой возникли условия для зарождения
жизни (нормальная температура, вода).
Рис. 3. Строматолит (окаменевшее бактериальное сообщество)
Чем моложе слой, тем более сложные организмы там встречаются. В процессе исторического развития
многие растения вымерли, другие очень изменились.
Происхождение растений
Самые старые геологические породы земли сформировались около 4 млрд лет назад. Но не ясно,
сколько лет заняло их формирование.
Первые живые организмы появились в воде примерно 3,5 – 4 млрд лет назад. Простейшие организмы
были бактериями (см. Рис. 4), они не имели собственного ядра, но обладали способностью к обмену
веществ и размножению.
Рис. 4. Бактериальная клетка
В пищу, они использовали органические и минеральные вещества, растворенные в океане. Постепенно
количество органических веществ в океане уменьшилось, и появился фотосинтез.
Это период называют первым кризисом жизни, который возник из-за недостатка органических
веществ. Второй кризис жизни связан с насыщением атмосферы кислородом, в результате чего
погибло большинство безкислородных бактерий, а выжившие клетки стали использовать кислород для
своих обменных процессов.
Фотосинтез – процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды с использованием
энергии света. С его появлением в атмосфере стал накапливаться кислород. Постепенно состав воздуха
стал приближаться к современному. Такая атмосфера способствовала развитию более совершенных
форм жизни.
Появились первые эукариоты (см. Рис. 5). Их клетки имели настоящие ядро и митохондрии, пластиды.
Рис. 5. Эукариотическая клетка
Появились одноклеточные водоросли. Одни из самых древних – цианобактерии (сине-зеленые
водоросли) – прокариотические организмы.
Существует множество групп эукариотических водорослей. Одноклеточные водоросли –
родоначальники царства зеленых растений. Среди многоклеточных водорослей, наряду с плавающими,
появились и донные формы (фукус, ламинария). Такой образ жизни привел к разделению растения на
части: одни служат для прикрепления к субстрату, другие – для фотосинтеза.
У водорослей возникло половое размножение, что привело к увеличению изменчивости и появлению
новых свойств, которые иногда помогали приспосабливаться к изменчивым условиям окружающей
среды.
Выход растений на сушу
Со временем поверхность материков и дно океана изменились. За счет колебаний земной коры на
месте моря могла возникать суша.
Переход растений к наземному образу жизни был связан с существованием периодически
заливавшихся водой и освобождавшихся от нее участков суши. Осушение участков происходило
постепенно, и у некоторых водорослей стали появляться приспособления к наземному образу жизни. И
древние многоклеточные водоросли дали начало высшим растениям.
Приспособления растений к жизни на суше:





Появление механической ткани
Появление проводящей ткани
Появление устьиц на листьях
Способность запасать воду
Размножение постепенно перестает быть связанным с водой (у голосеменных и
покрытосеменных)
Основные этапы формирования
растительного мира
Первые наземные растения
Во влажном климате силурийского периода группа многоклеточных водорослей приобрела
приспособления к обитанию вне воды.
Свойства первых наземных растений:



Ризоиды для поглощения минеральных солей и воды
Покровная ткань и устьицы
Проводящая система. Растения, имеющие развитую проводящую систему, называются
сосудистыми (хвощ полевой (см. Рис. 1)). Моховидные не имеют развитой проводящей
системы. Вместе сосудистые и моховидные представляют высшие растения.
Рис. 1. Хвощ полевой
Риниофиты
Риниофиты (см. Рис. 2) – одни из известных первых наземных растений. К риниофитам принадлежит
единственный род – куксония. Они росли на берегах водоемов. У них отсутствуют истинные листья,
стебли, корни. Примитивно развита проводящая система. Достигали высоты 50 см, к почве
прикреплялись ризоидами. Имели покровную ткань, предохраняющую от высыхания. Размножались
спорами. Спорангии располагались верхушечно. Стебли имели дихотомическое ветвление.
Рис. 2. Риниофит
Происхождение высших споровых растений
От риниофитов произошли плауны, хвощи, папоротники, мхи, которые преобразили растительный
мир.
Мохообразные – группа высших растений, с преобладанием гаметофита в жизненном цикле.
У плаунов, хвощей и папоротников имеются настоящие стебли, листья, корни. Своего расцвета
достигли около 300 млн. лет назад. Но для их размножения необходима капельная влага. В жизненном
цикле доминирует спорофит (см. Рис. 3).
Рис. 3. Жизненный цикл папоротников
Развитие семенных растений
В конце каменноугольного периода климат стал суше и холоднее. Древовидные плауны, хвощи и
папоротники постепенно вымирали. Появились первые примитивные голосеменные растения.
Палеонтологами найдены переходные формы от папоротников к голосеменным – семенные
папоротники. По внешнему строению они не отличались от обычных папоротников, но размножались
семенами. Эта черта дает основания полагать, что голосеменные произошли от папоротникообразных.
Голосеменные растения
Семенным растениям при оплодотворении не нужна капельная влага. Это дало семенным растениями
превосходство над споровыми, когда климат стал сухим. Но там, где климат становился более
суровым, гинкговые, саговниковые (см. Рис. 4) и прочие семенные постепенно вымирали.
Рис. 4. Саговник
Им на смену приходили хвойные растения. Хвойные – очень древние растения, так, ископаемая пыльца
сосны известна из юрских отложений.
Покрытосеменные растения
Покрытосеменные появились около 130 млн лет назад. Они наиболее приспособлены к жизни на суше.
Они имеют цветки, семена развиваются внутри плода и защищены околоплодником. Цветковые
растения распространены повсеместно. И создают растительный покров Земли из деревьев,
кустарников и трав.
Влияние человека на растительный мир,
охрана растений
Антропогенное влияние
Человек разумный появился на земле около 200 тыс. лет назад.
Антропогенные факторы – факторы, которые по происхождению связаны с деятельностью человека.
Экология – наука об отношении организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой.
Около 10 000 лет назад человек начал одомашнивание растений и животных. Так человек перешел от
охоты и собирательства к земледелию и скотоводству. В результате хозяйственной деятельность
уменьшилось количество диких животных, площади лесов.
Уменьшение площади лесов привело к обмелению рек. Истощились почвы, стало больше оврагов,
участились суховеи. Во многих водоемах вода стала непригодной для питья.
Аральское море
Аральское море (см. Рис. 1) – бывшее соленое озеро на границе Казахстана и Узбекистана. Начиная с
60-х годов прошлого века, из питающих его рек производился забор воды для орошения полей. И
уровень воды в море стал падать, оно распалось на 2 водоема. До обмеления Аральское море было 4-м
по величине озером мира. На бывшем дне озера откладывались ядохимикаты с полей, которые с пылью
разносятся на окружающие территории. И рост дикой растительности тормозится. Согласно расчетам
ученых, спасти Аральское море невозможно даже при полном отказе от забора воды.
Рис. 1. Аральское море
Загрязнение воды, воздуха, почвы может вызывать нарушение и гибель природных сообществ.
Поэтому в разных странах есть законы, регламентирующие использование природных богатств.
Но в середине XX века хозяйственная деятельность человека привела к очень серьезным последствиям.
Влияние вредных факторов на растения
Растения подвержены действию загрязнения окружающей среды. Загрязнение может быть химическим
(выхлопные газы), физическим (нагрев воды от ТЭЦ, шум) и биологическим (ввоз борщевика
Сосновского (см. Рис. 2) на территорию России, ввоз кроликов на территорию Австралии, что привело
к значительному уменьшению кормовой базы).
Рис. 2. Борщевик Сосновского (Источник)
Газы (выхлопные, промышленные) вызывают гибель растений: листья опадают, корни отмирают. И
многие растения могут совсем исчезнуть. Для оздоровления окружающей среды на выхлопных трубах
устанавливают фильтры, которые задерживают ядовитые вещества. Исчезновение растений губительно
скажется на человеке.
В настоящее время во всех развитых странах принимают законы и проводят мероприятия по защите
окружающей среды.
Охраняемые природные территории
Охраняемые природные территории создаются для сохранения наиболее редких и ценных видов.
Заповедник – территория, где полностью запрещена любая хозяйственная деятельность.
Заказник – территория, где охраняется часть природного комплекса, которая обеспечивает выживание
определенных видов растений и животных. Хозяйственная деятельность, которая не затрагивает эту
часть комплекса, здесь может быть разрешена.
Национальный природный парк – территория, где в целях охраны окружающей среды ограничена
деятельность человека. В отличие от заповедника, сюда допускаются туристы. В ограниченных
масштабах разрешена хозяйственная деятельность.
Ботанический сад – территория, на которой содержится коллекция живых редких растений.
Красная книга – список редких и находящихся под угрозой исчезновения животных, растений и
грибов. Красные книги бывают различного уровня — международные, национальные и региональные.
Зеленая книга является государственным документом, в котором собраны сведения о современном
состоянии редких, исчезающих и типичных природных растительных сообществ, нуждающихся в
охране и имеющих важное значение как составная часть биологического разнообразия.
Использование растений для защиты окружающей среды
Растения имеют разную чувствительность к условиям окружающей среды, наиболее чувствительны
мхи, пихта, граб.
Особенно чуткие виды называют видами-индикаторами, наблюдая за ними можно оценить состояние
окружающей среды.
Лихеноиндикация
Лихеноиндикация – метод определения состояния окружающей среды при помощи лишайников.
Лишайники впитывают влагу всем телом, так же могут поступать и токсичные вещества. Поэтому
лишайники особо уязвимы к действию загрязнения воздуха. Первые сообщения о массовой гибели
лишайников в окрестностях промышленных городов относятся ко второй половине XIX века.
Лихеноиндикация предназначена для длительных исследований.
Наиболее устойчивые растения следует использовать для озеленения и создания защитных лесополос.
К загрязнениям атмосферного воздуха устойчивы тополь, лиственница. Они поглощают многие
вредные вещества и являются хорошими пылеуловителями.
Леса вокруг промышленных городов поглощают и обезвреживают вредные вещества.
Вымирание – естественный процесс
Животный и растительный мир древности сильно отличался от современного. Многие группы
растений полностью вымерли. Вымирание – один из основных процессов эволюции. За жизнь планеты
насчитывают 5 массовых вымираний видов. Последнее из них – вымирание динозавров.
В России работают общественные и государственные организации защитников окружающей среды.