§ 46. Эволюция высших растений

Определения и обозначения

Высшие растения — растения, тело которых обычно разделено на органы и ткани. Органы выполняют разные задачи: корни поглощают воду, листья фотосинтезируют, а ткани соединяют части растения. У водорослей тело чаще представляет собой слоевище без настоящих органов и развитых тканей, поэтому их строение проще.

Споровые растения — растения, размножающиеся спорами, то есть особыми клетками, из которых может развиться новое растение. К ним относят мхи, плауны, хвощи и папоротники. Такое размножение помогает расселяться, но у многих споровых растений оплодотворение возможно только во влажной среде.

Семенные растения — растения, размножающиеся семенами. Семя содержит зародыш будущего растения, запас питательных веществ и защитные оболочки. Поэтому зародыш может пережить неблагоприятное время и начать развитие тогда, когда условия станут подходящими.

Покрытосеменные растения — растения, у которых семена развиваются внутри плода, образующегося из цветка. Плод защищает семена и нередко помогает переносить их ветром, водой или животными. К этой группе относятся, например, яблоня, подсолнечник, пшеница и берёза.

Как это устроено

Высшие растения произошли от древних зелёных водорослей. Освоение суши было трудным: в воздухе вода не окружает тело растения, а почва не даёт готовой опоры, как вода. Поэтому у потомков водорослей постепенно закреплялись признаки, позволявшие сохранять воду, противостоять силе тяжести и получать вещества из почвы.

Появление органов и тканей разделило работу внутри организма. Корни стали закреплять растение и поглощать воду с минеральными веществами, а проводящие ткани переносили эти вещества к другим органам. Стебель поддерживал растение, листья улавливали свет и обеспечивали фотосинтез, поэтому растение могло расти выше и эффективнее использовать солнечную энергию.

У ранних наземных растений размножение спорами оставалось связано с водой. Спора сама по себе может переноситься воздухом, но для оплодотворения подвижным мужским клеткам нужна влажная плёнка, по которой они добираются до женской клетки. Поэтому такие растения чаще встречаются во влажных местах или размножаются успешнее после дождя.

Развитие проводящих тканей и корней дало плаунам, хвощам и папоротникам преимущества перед более простыми растениями. Вода и растворённые минеральные вещества стали поступать к удалённым частям организма, даже если растение выросло высоким. Это позволило осваивать более сухие участки суши, хотя зависимость оплодотворения от воды у них сохранилась.

Появление семени изменило защиту и распространение зародыша. Семенная оболочка предохраняет его от высыхания, а запас пищи поддерживает развитие после прорастания, поэтому вода для самого переноса и сохранения зародыша уже не так необходима. Позднее цветок обеспечил образование семян, а плод стал защищать их и помогать расселению, что особенно повысило успех покрытосеменных.

Основные группы высших растений и их эволюционные особенности

Таблицу удобно читать слева направо: сначала сравнить строение, затем способ размножения и главное приобретение. Если нужно определить группу растения, проверьте не только наличие органов, но и то, образует ли оно споры или семена.

Последовательность в таблице показывает появление важных признаков, но не означает, что современные мхи превратились в современные папоротники. У разных групп были общие древние предки, а дальнейшая эволюция шла по разным направлениям.

Разбор задач

Задача 1

Расположите мхи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные в порядке появления основных эволюционных новшеств. Нужно учитывать не просто название группы, а признаки, которые возникали постепенно. К ним относятся проводящие ткани, семя, цветок и плод.

1. Мхи имеют наиболее простое строение среди перечисленных групп и размножаются спорами.
2. Папоротники уже обладают корнями и проводящими тканями, но семян у них нет.
3. Голосеменные приобрели семена, однако цветков и плодов не образуют.
4. Покрытосеменные имеют цветок, а их семена защищены плодом.

Ответ: мхи → папоротники → голосеменные → покрытосеменные. Это порядок появления основных новшеств, а не утверждение, что каждая современная группа является прямым предком следующей.

Задача 2

У папоротника обнаружены корни, стебель и листья, но нет семян. Требуется определить его группу и способ размножения. Наличие органов показывает уровень строения, а отсутствие семян помогает установить способ размножения.

1. Корни, стебель, листья и проводящие ткани характерны для папоротников.
2. Если семян нет, растение не относится к семенным группам.
3. Папоротники входят в состав споровых растений и образуют споры.

Ответ: это папоротник, то есть споровое высшее растение. Размножается он спорами, несмотря на наличие хорошо развитых органов.

Задача 3

Сравните размножение папоротника и сосны и объясните, почему семенное размножение уменьшает зависимость растений от воды. Папоротник относится к споровым растениям, а сосна — к голосеменным и образует семена.

1. У папоротника споры рассеиваются, но для оплодотворения его подвижным мужским клеткам нужна вода.
2. У сосны после опыления развивается семя с зародышем, запасом пищи и защитными оболочками.
3. Семя может сохраняться и переноситься без постоянной влажной плёнки, а зародыш защищён от высыхания.

Ответ: сосна меньше зависит от воды, потому что семя защищает зародыш и обеспечивает его питанием. Однако вода всё равно нужна растению для жизни, просто она уже не является обязательным условием переноса половых клеток у семенных растений.

Типичные ошибки

Ошибка: считать эволюцию прямой лестницей, где современные мхи обязательно являются предками современных папоротников. Так думают из-за удобной последовательности в таблицах, но группы произошли от общих древних предков и развивались разветвлённо. Проверка: различайте порядок появления признаков и прямое родство современных растений.

Ошибка: называть мхи растениями с настоящими корнями. Их ризоиды прикрепляют растение и помогают поглощать воду, но не являются настоящими корнями, а проводящая система развита слабо. Проверка: спросите себя, есть ли у растения корень с характерным строением и развитые проводящие ткани.

Ошибка: считать, что все высшие растения размножаются семенами. Мхи, плауны, хвощи и папоротники относятся к споровым растениям и семян не образуют. Проверка: сначала определите, что именно появляется при размножении, — спора или семя.

Ошибка: путать голосеменные и покрытосеменные растения. У голосеменных семена открыто лежат на чешуях, а у покрытосеменных развиваются внутри плода. Проверка: найдите у растения цветок и плод, а не просто шишку или семя.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении растительной клетки, фотосинтезе и основных органах растения. Они помогают объяснить, почему органы и ткани стали важными приобретениями при выходе на сушу. Без представления о корне, стебле и листе трудно сравнить разные группы.

Тема связана со спорами и размножением растений. Позже эти знания пригодятся при изучении разнообразия растений и их приспособлений к условиям среды. По способу размножения можно понять, где растение живёт и какие трудности оно преодолевает.

При изучении экосистем и истории развития жизни на Земле эволюционные приобретения растений объясняют освоение суши. Растения стали источником пищи и кислорода для наземных сообществ. Их строение повлияло на формирование многих местообитаний.

Что запомнить

• Высшие растения приспособлены к жизни на суше.
• Органы и ткани обеспечивают разделение функций в организме растения.
• Мхи, плауны, хвощи и папоротники относятся к споровым растениям.
• Размножение спорами у многих групп связано с влажной средой.
• Семя защищает зародыш и помогает ему пережить неблагоприятные условия.
• У покрытосеменных семена развиваются внутри плода.
• Эволюция растений происходила разветвлённо, а не как простая смена одних современных групп другими.