§ 45. Эволюция высших растений

Определения и обозначения

Высшие растения — растения, тело которых состоит из тканей и органов и приспособлено к жизни на суше. Ткань — это группа клеток, выполняющих сходную работу, а орган объединяет несколько тканей. Такое устройство позволяет разделить задачи: одни части удерживают растение, другие поглощают воду или участвуют в размножении. Поэтому высшие растения отличаются от водорослей, тело которых обычно не разделено на настоящие органы.

Споровые растения — растения, которые размножаются спорами, то есть мелкими клетками, способными дать начало новому организму. В отличие от семени, спора не содержит зародыша с запасом питательных веществ. У большинства споровых растений мужские половые клетки могут достичь женских только в водной среде. Эта особенность ограничивает их размножение местами, где есть вода или влага.

Семенные растения — растения, размножающиеся семенами. Семя содержит зародыш будущего растения, запас питательных веществ и защитную оболочку. Благодаря такому запасу зародыш может развиваться не сразу, а после наступления подходящих условий. Это помогает растению пережить неблагоприятный период и расселиться дальше, чем позволяют споры.

Покрытосеменные растения — семенные растения, у которых есть цветок, а семена развиваются внутри плода. Цветок участвует в опылении — переносе пыльцы к женской части цветка, а плод формируется из цветка после оплодотворения. Он защищает семена и нередко помогает им распространяться. Наличие цветка и плода отличает эту группу от голосеменных.

Как это устроено

Выход на сушу дал растениям больше света и пространства, но создал трудности. В воде тело не так быстро теряет влагу и получает опору от окружающей среды, а на суше растение может высохнуть или упасть. Поэтому для жизни вне воды понадобились защитные покровы и прочные части тела. Эти приспособления позволили растениям не просто появиться на суше, но и выживать там.

Усложнение тканей и органов помогло решить разные задачи. Покровные ткани уменьшают потерю воды и защищают внутренние части растения, а проводящие ткани переносят воду и растворённые вещества. Органы тоже работают не одинаково: корни поглощают воду и удерживают растение в почве, стебель поддерживает его, листья улавливают свет. Такое разделение труда позволило растениям расти выше и эффективнее использовать ресурсы суши.

В истории высших растений можно выделить последовательность главных изменений: от древних споровых форм — к семенным, а затем к цветковым. Сначала распространение и размножение были тесно связаны с влагой. Появление семени защитило зародыш и дало ему запас питания, а цветок и плод улучшили опыление и распространение потомства. Это последовательность эволюционных изменений, а не превращение современных мхов сначала в папоротники, а затем в сосны.

Мхи и сосудистые споровые растения различаются тем, как устроено их тело. У мхов нет развитой проводящей системы, поэтому их возможности переносить воду и достигать больших размеров ограничены. У папоротников, хвощей и плаунов есть проводящие ткани, а также корни, стебли и листья. Но оплодотворение у этих групп всё ещё связано с водой: мужским половым клеткам нужна водная среда, чтобы добраться до женских.

Семя стало преимуществом, потому что оно защищает зародыш от повреждений и высыхания, а запас пищи помогает ему начать развитие. У семенных растений оплодотворение не требует, чтобы мужские половые клетки перемещались по воде; у голосеменных этому способствует пыльца. У покрытосеменных цветок помогает опылению, в том числе с участием животных, а плод защищает семена и способствует их переносу. Поэтому размножение семенных растений меньше зависит от воды и часто эффективнее.

Основные группы высших растений и их признаки

Чтобы определить группу, сначала выясни, образуются ли споры или семена. Затем проверь, есть ли цветок и плод: эти признаки указывают на покрытосеменные, а открытые семена характерны для голосеменных. Столбцы об органах и зависимости от воды помогают объяснить, как группы приспособлены к жизни на суше.

Разбор задач

Задача 1. Распредели мох, папоротник, сосну и яблоню по группам высших растений. Для решения важно не ориентироваться только на внешний вид: нужно выяснить, образует ли растение споры или семена и есть ли у него цветки и плоды. Эти признаки позволяют отличить четыре группы, даже если названия растений уже знакомы.

1. Мох размножается спорами и не имеет развитой проводящей системы, поэтому относится к мхам.
2. Папоротник образует споры, но имеет проводящие ткани, корни, стебель и листья. Значит, он относится к группе папоротников, хвощей и плаунов.
3. Сосна образует семена на чешуях шишек; цветков и плодов у неё нет. Это голосеменное растение.
4. Яблоня образует цветки, а семена у неё находятся внутри плода. Это покрытосеменное растение.

Ответ: мох — мхи; папоротник — папоротники, хвощи и плауны; сосна — голосеменные; яблоня — покрытосеменные. В ходе решения мы использовали именно признаки размножения и строения. Так можно классифицировать и другие растения, не запоминая ответ для каждого названия отдельно.

Задача 2. Сравни размножение папоротника и сосны и объясни, почему сосна меньше зависит от наличия воды. Обоим растениям нужно произвести потомство, но способы размножения у них разные. Сравни, как образуются новые растения и что требуется для оплодотворения.

1. Папоротник размножается спорами, однако оплодотворение связано с водой: мужским половым клеткам нужна водная среда, чтобы достичь женских.
2. Сосна размножается семенами. Пыльца переносит мужские половые клетки к семязачатку, поэтому внешняя водная плёнка для их перемещения не нужна.
3. В семени сосны зародыш защищён и обеспечен запасом питания. Значит, и после оплодотворения размножение лучше приспособлено к условиям суши.

Ответ: сосна меньше зависит от наличия воды, потому что её оплодотворение не требует водной среды для перемещения мужских половых клеток. Папоротнику такая среда необходима. Не следует говорить, что сосна вовсе не нуждается в воде: она нужна растению для жизни, но не как обязательная среда для оплодотворения.

Задача 3. Расположи мох, папоротник, сосну и яблоню в последовательности усложнения и обоснуй порядок. Здесь нужно сравнить основные эволюционные признаки: наличие проводящих тканей, переход к семенному размножению, появление цветка и плода. При этом последовательность показывает этапы изменений в истории растительного мира, а не прямое превращение современных растений друг в друга.

1. Мох ставим первым: у него нет развитой проводящей системы, и он размножается спорами.
2. Папоротник располагаем следующим: у него появились проводящие ткани и настоящие органы, но размножение спорами всё ещё зависит от воды.
3. Сосну ставим после папоротника: она образует семена, а оплодотворение не зависит от внешней водной плёнки.
4. Яблоню помещаем последней: это покрытосеменное растение с цветками и плодами, в которых развиваются семена.

Ответ: мох → папоротник → сосна → яблоня. Порядок отражает появление проводящих тканей, затем семян, а затем цветка и плода. Современные представители этих групп не являются прямыми предками друг друга: эволюционные изменения происходили у их древних предков.

Типичные ошибки

Ошибка — считать современные мхи или папоротники предками современных семенных растений. Так думают, потому что группы можно расположить в последовательности усложнения, но порядок этапов не означает прямого превращения существующих видов. Проверь себя: используй слова «древние предки» и помни, что современные группы развивались самостоятельно.

Ошибка — путать спору и семя. Их легко смешать, поскольку оба участвуют в размножении и могут дать начало новому растению. Но спора не содержит зародыша с запасом питания, а семя защищает зародыш и снабжает его пищей; проверь, какой именно признак ты описываешь.

Ошибка — утверждать, что всем споровым растениям нужна вода, не объясняя для чего. Речь не о том, что растение может жить только в воде: водная среда нужна мужским половым клеткам, чтобы переместиться к женским. Проверяй формулировку: она должна относиться к оплодотворению, а не ко всей жизни растения.

Ошибка — приписывать голосеменным цветки и плоды. Шишки сосны можно принять за цветки из-за их участия в размножении, но это не делает их цветками, а семена у голосеменных не заключены в плод. Проверь себя вопросом: семена лежат открыто на чешуях или внутри плода?

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать основные органы растений и уметь отличать наземные растения от водорослей. Также пригодятся понятия «спора» и «размножение»: они помогают понять, почему первые группы растений зависели от влаги. Сравнение строения показывает, как растения приспосабливались к суше.

Тема пригодится при изучении жизненных циклов растений, семенного размножения и приспособлений организмов к среде обитания. Например, различие между спорами и семенами помогает объяснить, почему папоротнику нужна вода для оплодотворения, а сосне — нет. Эти знания связывают строение организма с условиями его жизни.

Дальше можно подробнее изучать разнообразие мхов, папоротникообразных, голосеменных и покрытосеменных. Их признаки позволяют сопоставлять группы и понимать, какие особенности появились в ходе эволюции. Так тема становится опорой для знакомства с отдельными отделами растений.

Что запомнить

• Высшие растения приспособлены к жизни на суше и имеют ткани и органы.
• Мхи относятся к споровым растениям и не имеют развитой проводящей системы.
• У папоротников, хвощей и плаунов есть проводящие ткани, но для оплодотворения им нужна вода.
• Семя защищает зародыш и помогает пережить неблагоприятные условия.
• У голосеменных семена не заключены в плод.
• У покрытосеменных семена развиваются внутри плода, образующегося из цветка.