§24. Основные этапы эволюции растительного мира

Определения и обозначения

Ароморфоз — крупное эволюционное изменение, которое повышает общий уровень организации организма. У растений к таким изменениям относят появление проводящих тканей, семени и цветка. Благодаря ароморфозам растения эффективнее использовали ресурсы суши и осваивали новые местообитания.

Риниофиты — древние сосудистые растения, у которых не было настоящих листьев и корней. Их тело состояло из разветвлённых побегов, а закрепление и поглощение воды обеспечивали простые подземные структуры. Риниофиты показывают, что проводящие ткани появились раньше настоящих органов растения.

Семенные растения — растения, размножение и распространение которых связаны с образованием семян. В отличие от споры, семя содержит зародыш, защитную оболочку и запас питательных веществ. Это помогает зародышу пережить неблагоприятное время и начать развитие, когда условия станут подходящими.

Покрытосеменные растения — растения, у которых семязачатки находятся внутри завязи цветка, а семена развиваются внутри плода. Цветок обеспечивает размножение, а плод защищает семена и нередко помогает их распространению. Такое сочетание признаков отличает покрытосеменные от голосеменных.

Как это устроено

Происхождение растений связывают с древними зелёными водорослями, жившими в воде. В водной среде организм получает воду со всех сторон, а тело поддерживается самой средой, поэтому на суше возникли новые трудности: высыхание, сила тяжести и необходимость добывать воду из почвы. Чтобы выжить, предкам наземных растений требовались защитные покровы, способы удерживать влагу и структуры для закрепления. Так сформировались приспособления, позволившие растениям выйти из воды, хотя этот переход происходил постепенно.

На суше растениям нужно было ограничить потерю воды, не прекращая газообмен и фотосинтез. Защитные покровы уменьшали высыхание, а споры с оболочкой могли переноситься воздухом и сохранять жизнеспособность при неблагоприятных условиях. Размножение спорами позволяло расселяться на новые участки, но не устраняло зависимость от воды полностью. У многих споровых растений мужские половые клетки могут добраться до яйцеклетки только в водной плёнке.

Проводящие ткани сделали перенос воды и растворённых веществ по растению более эффективным. Это позволило увеличивать размеры тела и доставлять воду к удалённым от почвы частям. Настоящие корни закрепляли растения и поглощали воду с минеральными веществами, а листья увеличивали площадь фотосинтеза. Риниофиты уже имели проводящие ткани, но ещё не обладали настоящими корнями и листьями; позднее эти органы усложнили освоение суши.

У папоротникообразных были хорошо развиты корни, стебли и листья, однако размножались они спорами. Следующий крупный шаг состоял в переходе к семенному размножению: пыльца переносит мужские половые клетки к семязачатку без свободной воды. Семя защищает зародыш и снабжает его питательными веществами, поэтому он имеет больше шансов пережить засуху или холод. Благодаря этим преимуществам семенные растения смогли размножаться в более разнообразных условиях.

У покрытосеменных появились цветок и плод, тесно связанные с размножением и расселением. Цветок обеспечивает образование семян и может привлекать опылителей, что повышает вероятность переноса пыльцы между растениями. После оплодотворения завязь развивается в плод, который защищает семена и может способствовать их переносу животными, ветром или водой. Разнообразие способов опыления и распространения помогло покрытосеменным занять множество местообитаний.

Основные этапы эволюции растительного мира

Читайте таблицу слева направо: так видна связь между средой, новыми признаками и их пользой. Сравнивайте соседние этапы, чтобы понять, какое изменение расширяло возможности растений. Последовательность показывает общие рубежи эволюции, а не то, что каждая группа обязательно произошла непосредственно от предыдущей.

Разбор задач

Задача 1. Расположите зелёные водоросли, риниофиты, голосеменные и покрытосеменные в порядке появления и укажите признак, обосновывающий каждое место.

1. Сначала выбираем исходную группу: древние зелёные водоросли жили в воде и дали начало наземной линии растений. У них ещё не было органов, характерных для сложных наземных растений. Поэтому водоросли ставим первыми.

2. После выхода на сушу появились ранние сосудистые растения, в том числе риниофиты. Их отличительный признак — проводящие ткани, но настоящих корней и листьев ещё нет. Значит, риниофиты следуют за водорослями.

3. Голосеменные образуют семена, не заключённые в плод, и размножаются с помощью пыльцы. Покрытосеменные появились позднее и отличаются цветком и плодом, внутри которого развиваются семена. Поэтому их порядок — третьи и четвёртые соответственно.

Ответ: зелёные водоросли → риниофиты → голосеменные → покрытосеменные. Последовательность основана на усложнении строения и размножения: от водной фотосинтезирующей группы к сосудистым, затем к семенным растениям с цветком и плодом.

Задача 2. У древнего растения есть проводящие ткани и корни, но оно размножается спорами. Определите, к какому крупному этапу эволюции оно относится, и назовите ограничения по сравнению с семенными растениями.

1. Проводящие ткани и корни показывают, что растение хорошо приспособлено к жизни на суше и относится к сосудистым споровым растениям. Оно не семенное, поскольку размножается спорами, а не образует семена. По сочетанию признаков его можно отнести к этапу папоротникообразных.

2. Затем проверяем ограничение размножения: у многих споровых растений подвижным мужским половым клеткам нужна вода, чтобы добраться до яйцеклетки. Поэтому размножение сильнее зависит от влажности, чем у семенных растений. Споры также не содержат зародыша с запасом питательных веществ, как семя.

Ответ: это сосудистое споровое растение, соответствующее этапу папоротникообразных. Его размножение ограничено необходимостью влажных условий для оплодотворения, а у потомства нет защиты и запаса питания, которые обеспечивает семя.

Задача 3. Первое растение образует семена открыто на чешуях, второе — в плоде после цветения. Определите группы растений и объясните преимущество второго.

1. Смотрим, где расположены семена. Открытые семена на чешуях характерны для голосеменных, а семена внутри плода — для покрытосеменных. Значит, первое растение относится к голосеменным, второе — к покрытосеменным.

2. Связываем плод с цветком: цветок участвует в опылении и образовании семян, а плод формируется из завязи и окружает их. Такое строение защищает семена и может помогать переносить их на новые места. У покрытосеменных также разнообразны способы опыления, в том числе с участием животных.

Ответ: первое растение — голосеменное, второе — покрытосеменное. Цветок повышает эффективность опыления, а плод защищает семена и способствует их распространению, что расширяет возможности расселения.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что все наземные растения произошли от современных водорослей. Так думают, потому что водоросли похожи на предполагаемых предков по среде обитания и способности к фотосинтезу. Речь идёт о древних общих предках; проверяйте формулировку, отделяя их от ныне живущих видов.

Ошибка — приравнивать появление первых наземных растений к возникновению сосудистых. Её допускают, когда переход на сушу представляют как одно событие, хотя наземная жизнь началась раньше формирования проводящих тканей. Проверьте, сказано ли о первых наземных формах или именно о ранних сосудистых растениях.

Ошибка — считать, что споровые растения совсем не приспособлены к суше. Они действительно имеют наземные приспособления, но у многих для оплодотворения нужна вода; путаница возникает из-за смешения места жизни и условий размножения. Проверяйте, о каком процессе идёт речь: рост растения возможен на суше, а оплодотворение может зависеть от влаги.

Ошибка — называть семена голосеменных плодами. Поскольку семена бывают заметны на чешуях, их иногда ошибочно принимают за плод или его часть. Проверьте, есть ли завязь и образованный из неё плод: у голосеменных семена лежат открыто, плод характерен для покрытосеменных.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении растительной клетки и фотосинтезе: они объясняют, как растения создают органические вещества. Представления о размножении спорами и чередовании поколений помогают сравнивать жизненные циклы разных групп. Без них трудно увидеть, почему зависимость оплодотворения от воды стала важным ограничением.

Эволюция растений связывает учение о развитии живого мира с систематикой: группы различают по общим признакам и истории изменений. Сравнивая приспособления, можно объяснить, почему одни растения преобладают во влажных местах, а другие размножаются в более сухих условиях. Эти знания пригодятся при изучении жизненных циклов мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных.

Что запомнить

• Эволюция растений связана с переходом от водной среды к наземной.
• Проводящие ткани позволили растениям эффективнее транспортировать воду и вещества.
• Корни и листья обеспечили закрепление в почве и усиление фотосинтеза.
• Появление семени повысило защищённость зародыша и его шансы на выживание.
• У голосеменных семена не заключены в плод.
• Цветок и плод — характерные признаки покрытосеменных.