§ 48. Историческое развитие растительного мира на Земле (эволюция мира растений)

Определения и обозначения

Эволюция растительного мира — историческое изменение растений и их разнообразия на протяжении длительного времени. Иначе говоря, растения постепенно менялись, а в разные эпохи существовали разные группы. Это понятие помогает объяснить, почему растения отличаются строением и приспособлены к разным условиям жизни.

Водоросли — преимущественно водные растения, тело которых обычно не разделено на настоящие корни, стебли и листья. Воду и нужные вещества они получают всей поверхностью тела или его частями. Это определение помогает отличать водоросли от многих наземных растений с отдельными органами.

Споровые растения — растения, размножающиеся спорами; к ним относятся, например, мхи и папоротникообразные. Споры помогают им расселяться, но для дальнейшего размножения у многих таких растений необходима вода. Понятие объединяет группы со сходным способом размножения, хотя их строение может различаться.

Семенные растения — растения, у которых размножение связано с образованием семян; к ним относятся голосеменные и покрытосеменные. В семени находятся зародыш будущего растения и запас питательных веществ. Это определение важно, чтобы сравнивать семенное размножение со споровым и понимать его преимущества.

Как это устроено

Растительная жизнь возникла в воде, потому что там клетки не пересыхали и могли получать воду и растворённые вещества из окружающей среды. Водоросли использовали солнечный свет для фотосинтеза: из воды и углекислого газа они создавали питательные вещества и выделяли кислород. Чем больше таких организмов жило и фотосинтезировало, тем больше кислорода могло накапливаться в окружающей среде. Это изменяло условия на Земле и со временем делало возможным существование новых форм жизни.

На суше растения столкнулись с трудностями, которых не было в воде: их поверхность могла высыхать, а тело нужно было поддерживать без помощи окружающей воды. Поэтому первые наземные растения были небольшими и занимали главным образом влажные места. Для жизни на суше требовались приспособления, уменьшающие потерю воды и помогающие получать её из почвы. Освоение суши шло постепенно, поскольку растениям приходилось приспосабливаться сразу к нескольким новым условиям.

Когда растения стали крупнее, им понадобилось переносить воду и растворённые питательные вещества от одной части тела к другой. Эту задачу выполняют проводящие ткани — особые ткани, по которым перемещаются вещества. Появление настоящих органов, в том числе корней и стеблей, помогло закрепляться, получать воду и поддерживать тело. Благодаря сочетанию органов и проводящих тканей растения могли эффективнее использовать ресурсы и вырастать выше.

Спора может прорасти только при подходящих условиях, а размножение многих споровых растений связано с водой. Семя содержит зародыш и запас питательных веществ, поэтому может пережить неблагоприятное время и начать развитие, когда условия станут подходящими. Это сделало размножение менее зависимым от постоянной влажности. У покрытосеменных появились цветок и плод: цветок участвует в опылении, а плод защищает семена и помогает им распространяться.

Историю растений нельзя представить как прямое превращение каждой группы в следующую. Появление новых групп происходило в разные периоды, и некоторые из них существовали одновременно. Кроме того, современные водоросли, мхи или папоротники не являются просто «ступеньками», которые обязательно превратятся в современные семенные растения. Удобнее представлять эволюцию как разветвлённую историю, в которой группы развивались по-разному.

Основные этапы исторического развития растений

В таблице показан общий порядок появления основных групп и признаки, по которым их можно сравнить. Порядок обозначает этапы истории, а не прямое происхождение каждой группы от соседней. Используй столбцы о среде, приобретениях и размножении, чтобы увидеть, какие задачи решали растения на разных этапах.

Разбор задач

Задача 1. Расположите водоросли, папоротникообразные, голосеменные и покрытосеменные в порядке появления основных групп. Нужно назвать последовательность этапов, но не представлять её как цепочку прямых превращений. Для этого вспомним, какие группы связаны с водой, какие размножаются спорами, а какие образуют семена. Затем проверим, где в последовательности находятся цветок и плод.

1. Водоросли существовали в водной среде раньше наземных групп.
2. Папоротникообразные относятся к споровым наземным растениям.
3. Голосеменные — семенные растения, появившиеся позже споровых групп.
4. Покрытосеменные также образуют семена и характеризуются цветками и плодами; их относят к более поздним этапам истории.

Ответ: водоросли → папоротникообразные → голосеменные → покрытосеменные. Стрелки показывают общий порядок появления групп, а не то, что все современные растения одной группы непосредственно произошли от современных растений предыдущей группы. Эволюция была разветвлённой, и разные ветви могли существовать одновременно.

Задача 2. Почему освоение суши было связано с появлением у растений новых приспособлений? Назовите два таких приспособления и их значение. Сначала сравним условия в воде и на суше: на суше растению грозит высыхание, а воду нужно получать из почвы. Затем подберём приспособления, которые помогают решить эти задачи, и объясним их пользу.

1. Корень закрепляет растение в почве и помогает поглощать из неё воду и минеральные вещества.
2. Проводящие ткани переносят воду и растворённые вещества к разным частям растения.
3. Эти признаки позволяют снабжать растущее тело и поддерживать его работу вдали от непосредственного контакта всей поверхности с водой.

Ответ: на суше растениям требовались приспособления, чтобы получать воду, удерживаться и не пересыхать. Например, корни закрепляют растение и поглощают воду, а проводящие ткани распределяют её по телу. Можно также назвать защитные покровы, которые уменьшают потерю воды.

Задача 3. Сравните споровые и семенные растения по способу размножения и зависимости от воды. Объясните, какое преимущество давало семя. Вначале определим, чем служит спора и что находится внутри семени, затем сравним условия, необходимые для развития. Так станет понятно, почему семенное размножение помогло растениям осваивать более сухие места.

1. Мхи и папоротникообразные размножаются спорами; у многих споровых растений для размножения требуется вода.
2. Семенные растения образуют семена с зародышем и запасом питательных веществ.
3. Запас помогает зародышу пережить неблагоприятный период, а семя может распространяться и прорастать при подходящих условиях.

Ответ: спора не содержит зародыша и запаса питательных веществ, характерных для семени; размножение споровых растений часто связано с водой. Семя защищает зародыш и снабжает его запасом, поэтому семенные растения меньше зависят от постоянной влажности для размножения.

Типичные ошибки

• Неверно считать, что все современные растения произошли непосредственно от водорослей. Так думают, потому что водоросли связаны с ранними этапами истории растительного мира. Проверяй себя: отделяй общую историю и древнее происхождение групп от утверждения, что современные представители были предками всех остальных.

• Эволюция — не движение от «низших» растений к «высшим» по одной лестнице. Такое представление возникает, если расположить группы только по времени появления. Проверяй себя: помни, что ветви эволюции могли развиваться параллельно, а древние группы могут существовать и сегодня.

• Спору нельзя путать с семенем: у споры нет зародыша и запаса питательных веществ, характерных для семени. Путаница возникает потому, что и спора, и семя участвуют в размножении и расселении. Проверяй себя вопросом: что защищает и питает зародыш? Это свойства семени.

• У мхов нет настоящих корней: у них есть ризоиды — образования, которые помогают прикрепляться и могут участвовать во всасывании воды. Их принимают за корни из-за похожего положения внизу растения. Проверяй себя: настоящие корни имеют другое строение и функции, поэтому называть ризоиды корнями неправильно.

Связь с другими темами

Для понимания эволюции полезно знать, что растения фотосинтезируют, и уметь различать их основные органы. Тема связана с размножением: можно сравнить споры и семена и разобраться, почему многим споровым растениям нужна вода. Представления об историческом развитии помогают изучать разнообразие и систематику растений — их распределение по группам. Они также объясняют, почему строение разных растений связано с условиями среды.

Что запомнить

• История растений охватывает очень длительный период и включает освоение суши.
• Водоросли связаны с водной средой и обычно не имеют настоящих корней, стеблей и листьев.
• Мхи и папоротникообразные размножаются спорами.
• Проводящие ткани и органы помогли растениям приспособиться к жизни на суше.
• Семя сделало размножение растений менее зависимым от воды.
• Покрытосеменные образуют цветки и плоды.
• Эволюция растений — разветвлённый процесс, а не простая лестница групп.