Първите висши растения. Кога се появяват първите сухоземни растения? Отдели на висши растения

Ние, съвременниците, знаем много малко за първите представители на растителния свят. За съжаление, малко от техните вкаменелости са открити. Учените обаче, използвайки вкаменени отпечатъци, оставени от древни растения, въпреки това възстановиха външния им вид и също така изследваха структурните характеристики на растенията, които станаха първите

Науката, която изучава особеностите на структурата и живота на изкопаемите растения, се нарича "палеоботаника". Именно палеоботаниците търсят отговор на въпросите за произхода на растителния свят.

Класификация на споровите растения

Първите растения на Земята се размножават с помощта на спори. Сред съвременните представители на флората има и спорови растения. Според класификацията всички те са обединени в една група - "висши спорови растения". Те са представени от риниофити, зостерофити, тримсрофити, псилотофити, бриофити (бриофити), ликоподиофити (ликоптерни), еквизетофити (хвощ) и полиподиофити (папрати). Сред тези разделения първите три са напълно изчезнали, докато другите съдържат както изчезнали, така и вече съществуващи групи.

Риниофити - първите сухоземни растения

Първите сухоземни растения са представители на флората, заселила Земята преди около 450 милиона години. Те растат в близост до различни резервоари или на места с плитки води, които се характеризират с периодично наводняване и изсушаване.

Всички растения, които са усвоили земята, имат обща черта. Това е разделянето на тялото на две части - надземна и подземна. Подобна структура е характерна и за риниофитите.

Останките от древни растения са открити за първи път през втората половина на 19 век на територията на съвременна Канада. Но по неизвестни причини тази находка не заинтересува ботаниците. И през 1912 г., близо до шотландското село Рейни, местен селски лекар открил още няколко вкаменени растения. Той не знаеше, че държи в ръцете си останките на първите земни обитатели, но тъй като беше много любознателен, реши да проучи задълбочено интересна находка. След като направи разрез, той намери добре запазени останки от растения. Стъблото беше много тънко, голо и към него бяха прикрепени продълговати израстъци (подобни на продълговати топки) с много дебели стени. Информацията за находката бързо достига до палеоботаници, които установяват, че намерените останки са първите сухоземни растения. Имаше съмнения относно името на тези древни останки. Но в резултат на това те решиха да тръгнат по най-простия начин и нарекоха Риниофити по името на селото, близо до което бяха намерени.

Конструктивни особености

Външната структура на риниофитите е много примитивна. Тялото се разклонява според дихотомния тип, тоест на две части. Те все още нямаха листа и истински корени. Прикрепването към почвата се извършва с помощта на ризоиди. Що се отнася до вътрешната структура, напротив, тя беше доста сложна, особено в сравнение с водораслите. И така, той имаше устичен апарат, с помощта на който се извършваха процесите на обмен на газ и изпаряване на водата. Поради липсата им, първите растения на Земята са били относително малки по височина (не повече от 50 см) и диаметър на стъблото (около 0,5 см).

Палеоботаниците смятат, че всички съвременни сухоземни растения произлизат от риниофити.

Псилофитите са първите сухоземни растения. Това истина ли е?

По-скоро не, отколкото да. Името "псилофити" всъщност се появява още през 1859 г. Американският палеоботаник Доусън нарече така едно от откритите растения. Той избра тази опция, тъй като в превод тази дума означава "голо растение". До началото на 20 век Псилофити е името, дадено на род древни растения. Но според резултатите от последващите ревизии този род престана да съществува и използването на това име стана неразрешено. В момента най-пълно описаният род Rinia дава името на целия отдел на най-древните представители на земната флора. Следователно първите сухоземни растения са риниофити.

Типични представители на първите сухоземни растения

Предполага се, че първите сухоземни растения са били куксония и риния.

Един от най-древните представители на флората беше куксония, която изглеждаше като малък храст с височина не повече от 7 см. Блатните низини бяха благоприятна среда за отглеждане за него. Фосилизирани останки от куксония и сродни видове са открити в Чешката република, Съединените американски щати и в някои райони на Западен Сибир.

Тясно свързана, ринията е много по-добре проучена от куксонията. Тялото й беше по-масивно: растението можеше да достигне височина 50 см и диаметър на стъблото 5 мм. В края на стъблото на ринията имаше купол, в който имаше спори.

Древните представители на рода Rinia са дали началото на много растения от тропиците и субтропиците. Според съвременната класификация те са обединени в отдел Псилофити. Среща се много рядко, тъй като включва около 20 вида. В някои отношения те са много подобни на своите древни предци. По-специално, и двете имат приблизителна височина на Psilophytes от 25 до 40 cm.

Съвременни находки

Доскоро палеонтолозите откриваха в находища, по-стари от 425 милиона години, само останки от примитивни трилетни спори с гладка черупка. Такива находки са открити в Турция. Те се приписват на горния ордовик. Намерените екземпляри не можаха да хвърлят светлина върху информацията за времето на възникване на васкуларните растения, тъй като те бяха единични и от тях беше напълно неясно кои конкретни представители на растителния вид принадлежат към гладките спори.

Но не толкова отдавна в Саудитска Арабия бяха открити надеждни останки от тригодишни спори с орнаментирана черупка. Установено е, че възрастта на откритите проби варира от 444 до 450 милиона години.

Цъфтежът на васкуларните растения след заледяването

По време на втората половина на Ордовик, това, което сега е Саудитска Арабия и Турция, представлява северната част на суперконтинента, очевидно, и е било първоначалното местообитание на васкуларни растения. За дълъг исторически период те са живели само в своята "еволюционна люлка", докато планетата е била обитавана от представители на примитивни бриофити с техните криптоспори. Най-вероятно масовото заселване на васкуларни растения е започнало след голямото заледяване, настъпило на границата на Ордовик и Силур.

Теория на теломата

В хода на изучаването на риниофитите се появи така наречената теломна теория, създадена от немския ботаник Цимерман. Той разкри структурните особености на риниофитите, които по това време бяха признати за първите сухоземни растения. Цимерман също показа предполагаемите начини за превръщане във важни вегетативни и репродуктивни органи на висшите растения.

Според немския учен тялото на риниофитите се състои от радиално симетрични оси, чиито крайни разклонения Цимерман нарича теломи (от гръцки telos - "край").

По пътя на еволюцията теломите, претърпели многобройни промени, се превърнаха в основните органи на висшите растения: стъбла, листа, корени, спорофили.

И така, сега можете недвусмислено да отговорите на въпроса "Как се наричаха първите земни растения?". Днес отговорът е очевиден. Това бяха риниофитите. Те бяха първите, които стигнаха до повърхността на Земята и станаха прародители на представителите на съвременната флора, въпреки факта, че тяхната външна и вътрешна структура беше примитивна.

В тази статия ще обсъдим важна и интересна тема - появата и развитието на растителния свят на планетата. Днес, разхождайки се в парка по време на цъфтеж на люляк, събирайки гъби в есенната гора, поливайки домашни цветя на перваза на прозореца, настоявайки за отвара от лайка по време на заболяване, рядко се замисляме как е изглеждала Земята преди появата на растенията. Какъв беше пейзажът по времето, когато едноклетъчните растения току-що се появиха или се появиха първите слаби земни растения? Как са изглеждали горите през палеозоя и мезозоя? Представете си, че предците на тези половинметрови папрати, които сега скромно се крият в сянката на елхите, са достигнали височина от 30 метра или повече преди 300 милиона години!

Нека изброим основните етапи от появата на живия свят.

Произходът на живота

1. 3, 7 милиардапреди години възникна първи живи организми. Времето на тяхната поява (много приблизително, с "разклон" от стотици милиони години) днес може да се предположи от образуваните от тях отлагания. За повече от милион години цианобактериинаучихме кислородна фотосинтезаи така отгледани, че станаха виновници за пренасищането на атмосферата с кислород преди около 2,4 милиарда години - това доведе до изчезването на анаеробни организми, за които кислородът беше отрова. Живият свят на Земята се промени коренно!

2. 2 милиардапреди години вече имаше различни едноклетъчникакто автотрофи, така и хетеротрофи.Тези п първо едноклетъчноне са имали ядра и пластиди – т.нар хетеротрофни прокариоти (бактерии). Именно те дадохатласък за появата на първите едноклетъчнирастения.

3. 1, 8 милиардапреди години се появиха ядрени едноклетъчни организми,тоест еукариоти, скоро (по геоложки стандарти)се появяват типичните животински и растителни клетки.

Появата на многоклетъчните растения

1. Близо до 1, 2 милиардагодини обратно на базата на едноклетъчни произхождамногоклетъчни водорасли.

2. По това време животът съществуваше само в топлите морета и океани, но живите организми активно се развиваха и напредваха - те се подготвяха за развитието на сушата.

Излизане на растенията на сушата

1. 4 20 милионапреди години се появяват първите сухоземни растения - мъховеи псилофити (ринофити). Те са възникнали на много места на планетата.независимо един от друг, от различни многоклетъчни водорасли.Разбира се, отначало те усвоиха само крайбрежния ръб.

2. псилофити(например, riniya) живееше по бреговете, в плитки води,като съвременните м острици. Това бяха малки слаби растения, чийто живот беше усложнен от липсата на издънки и корени.. Вместо корени, които могат правилно да се придържат към почвата, псилофитите имахаризоиди. Горната част на псилофита съдържа зелен пигмент и е способен на фотосинтеза. Тези пионери, смели нашественици на земята, са изчезнали,но успяха да дадат началото на папрати.

4. мъхове - въпреки цялата им необичайност, красота и вездесъщност в наши дни - се превърнаха в задънена улицаклон на еволюцията. Възникнали преди стотици милиони години, те не биха могли да дадат начало на други групи растения.

Първите земни растения

И така, зелената планета, която приемаме за даденост, съществува сравнително отскоро. За да продължат със завладяването на земята, растенията трябваше да станат по-напреднали от водораслите джуджета, които образуват подводни рогозки. Водораслите растат, докато са във водата, но на сушата могат да останат само когато са мокри - в противен случай умират.

Освен това водораслите могат да се възпроизвеждат само във вода: мъжките гамети просто плуват към женските. Например, в зелените водорасли и много други примитивни растения, поколенията се редуват между полово размножаване (с участието на хаплоидни сперматозоиди и яйца) и безполово размножаване (размножаване вегетативно) (фиг. 7.1). Нарича се диплоидно растение, което има както женски, така и мъжки набор от хромозоми спорофит. Мейозата се среща в спорофитите спорангииобразуват се спори и се осъществява половото размножаване. Хаплоидно растение (само с един набор от хромозоми, претърпяло мейоза) се нарича гаметофит. В него в специални органи се образуват отделни сперматозоиди, яйцеклетки или и двата вида гамети. Редуването на поколенията е често срещан репродуктивен механизъм, открит в много групи примитивни растения и животни, включително повечето корали, морски анемонии и медузи, както и група малки амеби от морски раковини, наречени фораминифери. Спорофитите в примитивната земна флора (като папрати) са видимата част на растението. Спорофитът регургитира летливи хаплоидни спори, произведени по време на мейозата. Спорите могат да попаднат на влажно място и да покълнат, за да образуват миниатюрно (високо по-малко от сантиметър) растение гаметофит. Сперматозоидите и яйцата се съхраняват отделно един от друг в гаметофита, така че сперматозоидите могат да плуват до яйцата само във влажна среда. Това ограничава възможностите на повечето примитивни наземни растения; в процеса на възпроизвеждане тази „слаба връзка“ не им позволи да населят по-сухи екосистеми.

Ориз. 7.1.Опростен жизнен цикъл на васкуларно растение без семена. Зрелият спорофит произвежда спори, от които расте гаметофитът, а гаметофитът от своя страна произвежда сперматозоиди и яйца, от които се появява нов спорофит чрез полово размножаване (според Доналд Р. Протеро и Робърт Х. Дот мл.Еволюция на Земята, 6-то изд. - Ню Йорк: McGraw-Hill, 2001)

Възможността за изсъхване е друг проблем, пред който са изправени земните растения. Ако повърхността на растението не е потопена във вода, то изсъхва като изхвърлени на брега водорасли, освен ако растението не е защитено със специално покритие, подобно на восък, или кутикула, за задържане на вода. Но кутикулата също пречи на обмена на вода на повърхността на растението: за нея е по-трудно да абсорбира въглероден диоксид, да отделя кислород и да регулира транспирацията на водните пари. Малките пори, наречени устица, са отвори в кутикулата. Те могат да се отварят и затварят, за да регулират обмена на вода и газ. Водата обаче се губи по време на отварянето на устицата.

И така, какво казват палеонтологичните записи за проникването на растенията на сушата? Първите фосилни следи са спори на мъхове и чернодробни червеи, две закърнели растения, срещащи се в повечето екосистеми днес (Фигура 7.2). По отношение на възрастта тези спори са ордовик (около 450 милиона години), но някои от тях все още може да принадлежат към средния камбрий (преди около 520 милиона години). Днес има около 900 рода и 25 хиляди вида от тези най-примитивни сухоземни растения. Те са заели почти всички екологични ниши на сушата, дори студеното и влажно крайбрежие на Антарктика, но не живеят в солена вода. Тези растения са претърпели много адаптации, които са им помогнали да оцелеят на сушата - по-специално способността да спират метаболизма при неблагоприятни условия, като суша или екстремни температури; склонност към растеж на бучки; способността да покълнат на фрагменти, които се превръщат в нови растения и заселват пусти райони с гол камък, където почти няма почва, или растат на повърхността на други организми - например дървета.

Ориз. 7.2.Спорите от четири части от късния Ордовик, открити в Либия, са най-старите следи от сухоземни растения. 1500x увеличение (Снимка: Джейн Грей)

Първите земни растения

И така, зелената планета, която приемаме за даденост, съществува сравнително отскоро. За да продължат със завладяването на земята, растенията трябваше да станат по-напреднали от водораслите джуджета, които образуват подводни рогозки. Водораслите растат, докато са във водата, но на сушата могат да останат само когато са мокри - в противен случай умират.

Освен това водораслите могат да се възпроизвеждат само във вода: мъжките гамети просто плуват към женските. Например, в зелените водорасли и много други примитивни растения, поколенията се редуват между полово размножаване (с участието на хаплоидни сперматозоиди и яйца) и безполово размножаване (размножаване вегетативно) (фиг. 7.1). Нарича се диплоидно растение, което има както женски, така и мъжки набор от хромозоми спорофит. Мейозата се среща в спорофитите спорангииобразуват се спори и се осъществява половото размножаване. Хаплоидно растение (само с един набор от хромозоми, претърпяло мейоза) се нарича гаметофит. В него в специални органи се образуват отделни сперматозоиди, яйцеклетки или и двата вида гамети. Редуването на поколенията е често срещан репродуктивен механизъм, открит в много групи примитивни растения и животни, включително повечето корали, морски анемонии и медузи, както и група малки амеби от морски раковини, наречени фораминифери. Спорофитите в примитивната земна флора (като папрати) са видимата част на растението. Спорофитът регургитира летливи хаплоидни спори, произведени по време на мейозата. Спорите могат да попаднат на влажно място и да покълнат, за да образуват миниатюрно (високо по-малко от сантиметър) растение гаметофит. Сперматозоидите и яйцата се съхраняват отделно един от друг в гаметофита, така че сперматозоидите могат да плуват до яйцата само във влажна среда. Това ограничава възможностите на повечето примитивни наземни растения; в процеса на възпроизвеждане тази „слаба връзка“ не им позволи да населят по-сухи екосистеми.

Ориз. 7.1.Опростен жизнен цикъл на васкуларно растение без семена. Зрелият спорофит произвежда спори, от които расте гаметофитът, а гаметофитът от своя страна произвежда сперматозоиди и яйца, от които се появява нов спорофит чрез полово размножаване (според Доналд Р. Протеро и Робърт Х. Дот мл.Еволюция на Земята, 6-то изд. - Ню Йорк: McGraw-Hill, 2001)

Възможността за изсъхване е друг проблем, пред който са изправени земните растения. Ако повърхността на растението не е потопена във вода, то изсъхва като изхвърлени на брега водорасли, освен ако растението не е защитено със специално покритие, подобно на восък, или кутикула, за задържане на вода. Но кутикулата също пречи на обмена на вода на повърхността на растението: за нея е по-трудно да абсорбира въглероден диоксид, да отделя кислород и да регулира транспирацията на водните пари. Малките пори, наречени устица, са отвори в кутикулата. Те могат да се отварят и затварят, за да регулират обмена на вода и газ. Водата обаче се губи по време на отварянето на устицата.

И така, какво казват палеонтологичните записи за проникването на растенията на сушата? Първите фосилни следи са спори на мъхове и чернодробни червеи, две закърнели растения, срещащи се в повечето екосистеми днес (Фигура 7.2). По отношение на възрастта тези спори са ордовик (около 450 милиона години), но някои от тях все още може да принадлежат към средния камбрий (преди около 520 милиона години). Днес има около 900 рода и 25 хиляди вида от тези най-примитивни сухоземни растения. Те са заели почти всички екологични ниши на сушата, дори студеното и влажно крайбрежие на Антарктика, но не живеят в солена вода. Тези растения са претърпели много адаптации, които са им помогнали да оцелеят на сушата - по-специално способността да спират метаболизма при неблагоприятни условия, като суша или екстремни температури; склонност към растеж на бучки; способността да покълнат на фрагменти, които се превръщат в нови растения и заселват пусти райони с гол камък, където почти няма почва, или растат на повърхността на други организми - например дървета.

Ориз. 7.2.Спорите от четири части от късния Ордовик, открити в Либия, са най-старите следи от сухоземни растения. 1500x увеличение (Снимка: Джейн Грей)

зародишният стадий на семенното растение, който се образува в процеса на половото размножаване и служи за заселване. Вътре в семето има ембрион, състоящ се от ембрионален корен, дръжка и едно или две листа или котиледони. Според броя на семеделните цъфтящи растения се делят на двусемеделни и едносемеделни. При някои видове, като орхидеите, отделните части на ембриона не са диференцирани и започват да се образуват от определени клетки веднага след покълването.

Типичното семе съдържа запас от хранителни вещества за ембриона, който ще трябва да расте известно време без светлината, необходима за фотосинтезата. Този резерв може да заема по-голямата част от семето, а понякога се намира вътре в самия ембрион - в неговите котиледони (например при грах или боб); тогава те са едри, месести и определят общата форма на семето. Когато семената покълнат, те могат да бъдат извадени от земята на удължена дръжка и да станат първите фотосинтезиращи листа на младо растение. При едносемеделните (например пшеница и царевица) хранителният запас е т.нар. ендоспермът винаги се отделя от ембриона. Смленият ендосперм на зърнени култури е добре известно брашно.

При покритосеменните растения семето се развива от яйцеклетката - миниатюрно удебеление по вътрешната стена на яйчника, т.е. дъното на плодника, разположено в центъра на цветето. Яйчникът може да съдържа от една до няколко хиляди яйцеклетки.

Всяка от тях съдържа яйце. Ако в резултат на опрашване се оплоди от сперма, която прониква в яйчника от поленовото зърно, яйцеклетката се развива в семе. Той расте, а черупката му става плътна и се превръща в двуслойна семенна обвивка. Вътрешният му слой е безцветен, слузест и може да набъбва силно, абсорбирайки вода. Това ще бъде полезно по-късно, когато растящият ембрион ще трябва да пробие обвивката на семето. Външният слой може да бъде мазен, мек, филм, твърд, хартиен и дори дървесен. На кората на семето, т.нар. hilum - зоната, чрез която семето е било свързано с дръжката, която го е прикрепила към родителския организъм.

Семената са в основата на съществуването на съвременната флора и фауна. Без семе на планетата нямаше да има иглолистна тайга, широколистни гори, цъфтящи ливади, степи, зърнени полета, нямаше да има птици и мравки, пчели и пеперуди, хора и други бозайници. Всичко това се появи едва след като растенията в хода на еволюцията имаха семена, вътре в които животът може, без да се декларира по никакъв начин, да се запази седмици, месеци и дори много години. Миниатюрният растителен зародиш в семето е способен да пътува на дълги разстояния; той не е свързан със земята с корени, като родителите си; не се нуждае от вода или кислород; той чака в крилата си, за да стигне до подходящо място и да изчака благоприятни условия, за да започне развитие, което се нарича покълване на семето.

Еволюцията на семената.

В продължение на стотици милиони години животът на Земята е съществувал без семена, както е без тях сега на две трети от повърхността на планетата, покрита с вода. Животът се е зародил в морето и първите растения, завладели сушата, все още са били без семена, но само появата на семена е позволила на фотосинтезиращите организми да овладеят напълно това ново за тях местообитание.

Първите земни растения.

Сред големите организми първият опит да се закрепят на сушата най-вероятно е направен от морски макрофити - водорасли, които се озоваха на камъни, нагрети от слънцето при отлив. Те се възпроизвеждат от спори - едноклетъчни структури, разпръснати от родителския организъм и способни да се развият в ново растение. Спорите на водораслите са заобиколени от тънки черупки, така че не понасят изсушаване. Под вода такава защита е напълно достатъчна. Спорите там се разпространяват чрез течения и тъй като температурата на водата се колебае сравнително малко, те не трябва да чакат дълго за благоприятни условия за покълване.

Първите сухоземни растения също се възпроизвеждат чрез спори, но задължителната смяна на поколенията вече е фиксирана в техния жизнен цикъл. Включеният в него полов процес осигурява съчетаването на наследствените характеристики на родителите, в резултат на което потомството комбинира предимствата на всеки от тях, ставайки по-големи, по-издръжливи и по-съвършени по структура. На определен етап такава прогресивна еволюция доведе до появата на чернодробни мъхове, мъхове, папрати и хвощове, които вече бяха напълно напуснали резервоарите на сушата. Възпроизвеждането на спори обаче все още не им позволява да се разпространят извън блатистите места с влажен и топъл въздух.

Спорови растения от карбонския период.

На този етап от развитието на Земята (преди около 250 милиона години) сред папратовидните и ликопсидите се появяват гигантски форми с частично дървесни стволове. По размери не им отстъпваха и хвощовете, чиито кухи стъбла бяха покрити със зелена кора, напоена със силициев диоксид. Където и да се появиха растения, те бяха последвани от животни, усвояващи нови видове местообитания. Във влажния здрач на въглищната джунгла имаше много големи насекоми (с дължина до 30 см), гигантски стоножки, паяци и скорпиони, земноводни, приличащи на огромни крокодили, и саламандри. Имаше водни кончета с размах на крилата 74 см и хлебарки с дължина 10 см.

Дървесните папрати, клубните мъхове и хвощовете притежаваха всички качества, необходими за живот на сушата, с изключение на едно - не образуваха семена. Корените им ефективно абсорбират вода и минерални соли, съдовата система на стволовете надеждно пренася веществата, необходими за живота на всички органи, а листата активно синтезират органични вещества. Дори спорите са се подобрили и са придобили здрава целулозна обвивка. Не се страхуват от изсъхване, те се пренасят от вятъра на значителни разстояния и не могат да покълнат веднага, а след определен период на латентност (така наречените спящи спори). Но дори и най-съвършената спора е едноклетъчно образувание; за разлика от семената, той изсъхва бързо и не съдържа запас от хранителни вещества и следователно не може да чака дълго за благоприятни условия за развитие. И все пак образуването на спори в покой беше важен крайъгълен камък по пътя към растенията със семена.

В продължение на много милиони години климатът на нашата планета остава топъл и влажен, но еволюцията в плодородните диви земи на въглищните блата не спира. Дървовидните растения, носещи спори, първо са развили примитивни форми на истински семена. Появиха семенни папрати, ликопсиди (известни представители на род Лепидодендрон- на гръцки това име означава "люспесто дърво") и кордаити с масивни дървесни стволове.

Въпреки че има малко вкаменелости от тези организми, живели преди стотици милиони години, известно е, че дървовидните семенни папрати са съществували дори преди карбона. През пролетта на 1869 г. Скохари Крийк в Катскилс, Ню Йорк, се наводнява силно. Наводнението отнесе мостове, събори дървета и отнесе силно брега край село Гилбоа. Този инцидент отдавна щеше да бъде забравен, ако падащата вода не беше разкрила на наблюдателите внушителна колекция от странни пънове. Основите им силно се разширяват, подобно на тези на блатните дървета, диаметърът им достига 1,2 м, а възрастта им е 300 милиона години. Подробности за структурата на кората бяха добре запазени, фрагменти от клони и листа бяха разпръснати наблизо. Естествено всичко това, включително и тинята, от която се издигаха пъновете, се вкамени. Геолозите са датирали вкаменелостите от горния девон, преди карбона, и са установили, че те съответстват на дървесни папрати. През следващите петдесет години само палеоботаниците си спомнят находката, а след това село Гилбоа поднася нова изненада. Заедно с фосилизираните стволове на древни папрати, този път бяха открити техните клони с истински семена. Сега тези изчезнали дървета принадлежат към рода Eospermatopteris, което се превежда като „папрат със семена на зората“. („зора“, защото говорим за най-ранните семенни растения на Земята).

Легендарният период на карбон приключи, когато геоложките процеси усложниха релефа на планетата, смачкаха повърхността й на гънки и я разчлениха с планински вериги. Низинните блата бяха погребани под дебел слой седиментни скали, измити от склоновете. Континентите промениха формата си, избутвайки морето и отклонявайки океанските течения от предишния им курс, ледените шапки започнаха да растат на места и червеният пясък покри огромни пространства от земя. Гигантските папрати, клубните мъхове и хвощовете измряха: техните спори не бяха адаптирани към по-суровия климат и опитът за преминаване към размножаване чрез семена се оказа твърде слаб и несигурен.

Първите истински семенни растения.

Въглищните гори загинаха и бяха покрити с нови слоеве пясък и глина, но някои дървета оцеляха, като образуваха крилати семена със здрава черупка. Такива семена могат да се разпространяват по-бързо, по-дълго и следователно на по-големи разстояния. Всичко това увеличи шансовете им да намерят благоприятни условия за поникване или да ги изчакат да дойдат.

Семената са предназначени да революционизират живота на Земята в началото на мезозойската ера. По това време два вида дървета, цикас и гинко, са избягали от тъжната съдба на друга въгленосна растителност. Тези групи започнаха да населяват мезозойските континенти. Без да срещат конкуренция, те се разпространяват от Гренландия до Антарктика, което прави растителната покривка на нашата планета почти хомогенна. Техните крилати семена пътуваха през планински долини, летяха над безжизнени скали, поникваха в пясъчни петна между скали и сред наносни чакъли. Вероятно малките мъхове и папрати, оцелели след изменението на климата на планетата в дъното на дерета, в сянката на скалите и по бреговете на езерата, им помогнаха да изследват нови места. Те наторяваха почвата с органичните си останки, подготвяйки плодородния й слой за заселване на по-големи видове.

Планински вериги и обширни равнини останаха голи. Два вида "пионерски" дървета с крилати семена, разпространили се по планетата, бяха вързани за влажни места, тъй като яйцата им бяха оплодени от флагелирани, активно плуващи сперматозоиди, като тези на мъхове и папрати.

Много спорови растения образуват спори с различни размери - големи мегаспори, които дават началото на женски гамети, и малки микроспори, по време на деленето на които възникват подвижни сперматозоиди. За да оплодят яйце, те трябва да плуват до него през водата - докато капка дъжд и роса е напълно достатъчна.

При цикасите и гинко мегаспорите не се разпръскват от родителското растение, а остават върху него, превръщайки се в семена, но сперматозоидите са подвижни, така че е необходима влага за оплождане. Външната структура на тези растения, особено листата, също ги доближава до папратовидни предци. Запазването на древния метод на оплождане чрез сперматозоиди, плаващи във вода, доведе до факта, че въпреки сравнително издръжливите семена, продължителната суша остава непреодолим проблем за тези растения и завладяването на земята е спряно.

Бъдещето на сухоземната растителност беше осигурено от дървета от различен тип, растящи сред цикади и гинко, но загубили флагелирани сперматозоиди. Това бяха араукариите (род араукария), иглолистни потомци на карбонови кордаити. В ерата на цикадите араукарията започва да образува огромни количества микроскопични поленови зърна, съответстващи на микроспори, но сухи и плътни. Те бяха пренесени от вятъра до мегаспори, по-точно до яйцеклетките, образувани от тях с яйца, и покълнали с цветен прашец, които доставят неподвижни сперматозоиди до женските гамети.

Така на света се появи цветен прашец. Нуждата от вода за оплождане изчезна и растенията се издигнаха на нов еволюционен етап. Образуването на цветен прашец доведе до огромно увеличаване на броя на семената, развиващи се върху всяко отделно дърво, и следователно до бързото разпространение на тези растения. Древната араукария също има начин на заселване, запазен в съвременните иглолистни дървета, с помощта на твърди крилати семена, лесно носени от вятъра. Така се появиха първите иглолистни дървета и с течение на времето добре познати видове от семейството на боровете.

Борът произвежда два вида шишарки. Мъжка дължина прибл. 2,5 cm и 6 mm в диаметър са групирани в краищата на най-горните клони, често в снопове от десет или повече, така че едно голямо дърво може да има няколко хиляди от тях. Те разпръскват прашец, обсипвайки всичко наоколо с жълт прах. Женските шишарки са по-големи и растат на дървото под мъжките. Всяка от люспите им прилича по форма на лъжичка - широка отвън и стеснена към основата, с която е прикрепена към вдървесинената ос на шишарката. В горната част на скалата, по-близо до тази ос, две мегаспори са открито разположени, чакащи опрашване и оплождане. Поленовите зърна, носени от вятъра, летят вътре в женските шишарки, търкалят се надолу по люспите до яйцеклетките и влизат в контакт с тях, което е необходимо за оплождането.

Cycads и ginkgoes не можеха да се конкурират с по-напреднали иглолистни дървета, които, ефективно разпръсквайки прашец и крилати семена, не само ги изтласкаха, но и овладяха нови, преди това недостъпни кътчета на земята. Taxodiaceae станаха първите иглолистни доминанти (сега те включват по-специално секвои и блатни кипариси). Разпространили се по целия свят, тези красиви дървета за последен път покриха всички части на света с еднаква растителност: техните останки се намират в Европа, Северна Америка, Сибир, Китай, Гренландия, Аляска и Япония.

Цъфтящи растения и техните семена.

Иглолистните, цикасовите и гинките спадат към т.нар. голосеменни. Това означава, че техните яйцеклетки са разположени открито върху семенните люспи. Цветните растения съставляват отдела на покритосеменните: техните яйцеклетки и развиващите се от тях семена са скрити от външната среда в разширена основа на плодника, наречена яйчник.

В резултат на това поленовото зърно не може да достигне директно яйцеклетката. За сливането на гаметите и развитието на семето е необходима напълно нова растителна структура - цвете. Мъжката му част е представена от тичинки, женската част от плодници. Те могат да бъдат в един и същ цвят или в различни цветове, дори на различни растения, които в последния случай се наричат ​​двудомни. Двудомните видове включват например ясени, горски дървета, тополи, върби, финикови палми.

За да се осъществи оплождането, поленовото зърно трябва да кацне на върха на плодника - лепкавото, понякога пересто близалце - и да се придържа към него. Стигмата отделя химикали, под въздействието на които поленовото зърно покълва: живата протоплазма, излизаща изпод твърдата му обвивка, образува дълга поленова тръба, която прониква в стигмата, разпространява се по-навътре в плодника по удължената му част (колона) и в крайна сметка достига до яйчника с яйцеклетки. Под въздействието на химически атрактанти, ядрото на мъжката гамета се движи по поленовата тръба към яйцеклетката, прониква в нея през малка дупка (микропил) и се слива с ядрото на яйцето. Така става оплождането.

След това семето започва да се развива - във влажна среда, обилно снабдена с хранителни вещества, защитена от стените на яйчника от външни влияния. Паралелни еволюционни трансформации са известни и в животинския свят: външното оплождане, типично, да речем, за рибите, се заменя с вътрешно оплождане на сушата, а ембрионът на бозайниците се формира не в яйца, снесени във външната среда, както напр. при типичните влечуги, но вътре в матката. Изолирането на развиващото се семе от външни влияния позволи на цъфтящите растения смело да „експериментират“ с неговата форма и структура, а това от своя страна доведе до лавинообразна поява на нови форми на сухоземни растения, чието разнообразие започна да се увеличава. нарастват с темпове безпрецедентни в предишни епохи.

Контрастът с голосеменните е очевиден. Техните „голи“ семена, разположени на повърхността на люспите, независимо от вида на растението, са приблизително еднакви: капковидни, покрити с твърда кожа, към която понякога е прикрепено плоско крило, образувано от клетките, обграждащи семе. Не е изненадващо, че в продължение на много милиони години формата на голосеменните остава много консервативна: борове, смърчове, ели, кедри, тисове, кипариси са много сходни един с друг. Вярно е, че при хвойните, семената от тис и гинко могат да бъдат объркани с плодове, но това не променя цялостната картина - изключителната еднородност на общия план на структурата на голосеменните растения, размера, вида и цвета на техните семена в сравнение с огромно богатство от цъфтящи форми.

Въпреки оскъдната информация за първите етапи от еволюцията на покритосеменните растения, се смята, че те са се появили в края на мезозойската ера, която приключи преди около 65 милиона години, а в началото на кайнозойската ера те вече са завладели света . Най-старият известен на науката цъфтящ род - Клейтония. Вкаменелостите му са открити в Гренландия и Сардиния, т.е. вероятно дори преди 155 милиона години е бил толкова разпространен, колкото цикадите. Тръгва при Клейтониядлановидно сложен, както при сегашните диви кестени и лупина, а плодовете са ягодовидни с диаметър 0,5 см в края на тънка дръжка. Може би тези растения са били кафяви или зелени на цвят. Ярките цветове на цветята и плодовете на покритосеменните се появиха по-късно, успоредно с еволюцията на насекомите и другите животни, които трябваше да привличат. зрънце Клейтониячетирисеменен; върху него можете да различите нещо, което прилича на остатък от стигма.

В допълнение към изключително редките фосилни останки, необичайни съвременни растения, групирани в разред Gnetales, предоставят известна представа за първите цъфтящи растения. Един от техните представители е иглолистно дърво (род Ефедра), открити особено в пустините на югозападните Съединени щати; външно изглежда като няколко безлистни пръчки, излизащи от дебело стъбло. Друг род е velvichia ( Велвичия) расте в пустинята край югозападното крайбрежие на Африка, а третият е gnetum ( Гнетум) е нисък храст от индийските и малайските тропици. Тези три рода могат да се считат за "живи вкаменелости", демонстриращи възможни пътища за трансформация на голосеменни в покритосеменни. Шишарките на иглолистното дърво външно приличат на цветя: техните люспи са разделени на две части, наподобяващи венчелистчета. Velvichia има само две широки лентовидни листа с дължина до 3 м, напълно различни от иглолистните игли. Семената на Gnetum са снабдени с допълнителна обвивка, което ги прави да изглеждат като костилкови костилкови растения. Известно е, че покритосеменните се различават от голосеменните по структурата на дървесината. Сред потисниците той съчетава чертите и на двете групи.

Разпръскване на семена.

Жизнеспособността и разнообразието на растителния свят зависят от способността на видовете да се разпространяват. Растението-майка се вкоренява на едно място през целия си живот, следователно потомството му трябва да намери друго. Тази задача за разработване на ново пространство беше поверена на семената.

Първо прашецът трябва да кацне върху плодника на цвят от същия вид, т.е. трябва да се извърши опрашване. Второ, поленовата тръба трябва да достигне яйцеклетката, където ще се слеят ядрата на мъжките и женските гамети. Накрая зрялото семе трябва да напусне родителското растение. Вероятността семето да покълне и да се вкорени успешно на ново място е малка част от процента, така че растенията са принудени да разчитат на закона за големите числа и да разпръснат колкото се може повече семена. Последният параметър обикновено е обратно пропорционален на шансовете им за оцеляване. Да сравним например кокосова палма и орхидеи. Кокосовата палма има най-големите семена в растителния свят. Те са в състояние да плуват за неопределено време в океаните, докато вълните не ги хвърлят върху мекия крайбрежен пясък, където конкуренцията на разсад с други растения ще бъде много по-слаба, отколкото в гората по-често. В резултат на това шансовете за установяване на всяко едно от тях са доста високи и една зряла палма, без риск за вида, обикновено дава само няколко десетки семена годишно. Орхидеите, от друга страна, имат най-малките семена в света; в тропическите гори те се носят от слаби въздушни течения сред високите корони и покълват във влажни пукнатини в кората на клоните на дърветата. Ситуацията се усложнява от факта, че на тези клони трябва да намерят специален вид гъбички, без които покълването е невъзможно: малките семена на орхидеите не съдържат хранителни резерви и в първите етапи на развитие на разсад те ги получават от гъбичките. Не е изненадващо, че в един плод на миниатюрна орхидея има няколко хиляди от тези семена.

Покритосеменните не се ограничават до производството на различни семена в резултат на оплождане: яйчниците, а понякога и други части на цветята, се развиват в уникални структури, съдържащи семена - плодове. Яйчникът може да се превърне в зелен боб, който защитава семената, докато узреят, да се превърне в силен кокос, който може да направи дълги морски пътувания, в сочна ябълка, която животното ще яде на уединено място, използвайки пулпата, но не и семената. Плодовете и костилките са любим деликатес на птиците: семената на тези плодове не се усвояват в червата им и попадат в почвата заедно с екскременти, понякога на много километри от родителското растение. Плодовете са крилати и пухкави, а формата на придатъците, които увеличават летливостта, е много по-разнообразна от тази на боровите семена. Крилото на ясеновия плод прилича на весло, на бряста прилича на периферия на шапка, на клена сдвоените плодове - двукрили - приличат на реещи се птици, на айланта крилете на плода са усукани под ъгъл спрямо всяко друго, образуващо, така да се каже, витло.

Тези адаптации позволяват на цъфтящите растения да използват външни фактори много ефективно за разпръскване на семена. Някои видове обаче не разчитат на външна помощ. И така, плодовете на докачливите са един вид катапулт. Гераниумът използва подобен механизъм. Вътре в дългия им плод минава пръчка, към която са прикрепени четири засега прави и съединени клапи - отгоре се държат здраво, отдолу слабо. Когато узреят, долните краища на клапите излизат от основата, завъртат се рязко към върха на пръчката и разпръскват семената. В добре познатия в Америка храст ceanothus яйчникът се превръща в зрънце, подобно по структура на бомба със закъснител. Налягането на сока вътре е толкова високо, че след узряването слънчевият лъч е достатъчно топъл, за да накара семената му да се разпръснат във всички посоки като живи шрапнели. Кутиите с обикновени теменужки, изсъхнали, се спукат и разпръскват семена около тях. Плодовете на хамамелиса действат като гаубица: за да паднат семената по-далеч, те ги изстрелват под висок ъгъл спрямо хоризонта. При девствения възел, на мястото, където семената са прикрепени към растението, се образува пружинна структура, която изхвърля зрелите семена. При оксалис черупките на плода първо набъбват, а след това се напукват и свиват толкова рязко, че семената излитат през пукнатините. Arceutobium е малък, поради хидравличното налягане вътре в плодовете, той изтласква семената от тях като миниатюрни торпеда.

Жизнеспособност на семената.

Ембрионите на много семена са снабдени с хранителни вещества и не страдат от изсъхване под херметична обвивка и следователно могат да чакат благоприятни условия в продължение на много месеци и дори години: в сладка детелина и люцерна - 20 години, в други бобови растения - повече от 75, при пшеница, ечемик и овес - до десет. Семената на плевелите се отличават с добра жизнеспособност: в къдрав киселец, лопен, черен синап и пипер, те покълват, след като лежат в земята половин век. Смята се, че на 1 ха обикновена земеделска почва се заравят 1,5 тона семена от плевели, които само чакат възможност да се доближат до повърхността и да поникнат. Семената на касия и лотос остават жизнеспособни в продължение на векове. Рекордът по жизнеспособност все още се държи от семената на ореховия лотос, открити преди няколко години в дънната тиня на едно от пресъхналите езера в Манджурия. По радиовъглероден метод е установено, че възрастта им е 1040 ± 120 години.