§55. Развитие растительного мира на Земле

Определения и обозначения

Эволюция растительного мира — историческое развитие растений, при котором появлялись новые группы и усложнялось строение. Это понятие помогает связать разнообразие современных растений с долгими изменениями жизни на Земле. Эволюция не означает, что каждое растение обязательно «совершеннее» другого.

Наземные растения — растения, приспособленные к жизни вне воды и имеющие ткани или органы для поглощения и проведения веществ. Такие приспособления нужны, потому что на суше вода не окружает растение постоянно, как в водоёме. Они помогают получать воду из почвы и распределять её по телу.

Семенные растения — растения, размножающиеся семенами, которые защищают зародыш и обеспечивают его питанием. Семя позволяет зародышу переждать неблагоприятное время и начать развитие при подходящих условиях. Благодаря ему размножение стало меньше зависеть от присутствия воды вокруг растения.

Покрытосеменные растения — цветковые растения, у которых семязачатки находятся внутри завязи, а семена развиваются внутри плода. Завязь — часть цветка, в которой находятся семязачатки; после оплодотворения она участвует в образовании плода. Это определение отличает цветковые растения от голосеменных, чьи семязачатки не заключены в завязь.

Как это устроено

Первые растения возникли в воде, где организмы были защищены от высыхания, а необходимые вещества поступали из окружающей среды. Тело водоросли могло поглощать воду и растворённые вещества всей поверхностью, поэтому сложная система органов ей не требовалась. В воде также поддерживалась форма тела, и не нужно было противостоять силе тяжести так, как на суше. Поэтому водная среда стала подходящим местом для ранних этапов развития растений.

На суше вода стала доступна не со всех сторон, а воздух и солнечное тепло усиливали испарение. Чтобы не терять слишком много влаги, растениям понадобились покровные ткани, а для переноса воды и растворённых веществ — проводящие. Механические ткани помогали удерживать тело вертикально, ведь вода уже не поддерживала его. Разделение тела на органы, например корень, стебель и листья, позволило эффективнее поглощать воду, поддерживать растение и улавливать свет.

Мхи считаются более простыми наземными растениями, потому что у них нет настоящих корней и развитой проводящей системы; воду они в основном поглощают поверхностью. Их простой побег и покровы помогают жить на суше, но размер и местообитание ограничены доступностью влаги. У папоротников и других высших споровых растений лучше развиты ткани и органы, включая корни и проводящие части. Однако для оплодотворения им всё ещё нужна вода: мужские половые клетки должны переместиться к яйцеклетке.

Появление семени стало важным шагом, потому что зародыш получил защитную оболочку и запас питательных веществ. В отличие от споры, семя — не одна клетка, а структура с уже сформированным зародышем. Семена могут переносить неблагоприятные условия и распространяться на новые места. Это помогло семенным растениям размножаться на суше, не ожидая, что рядом постоянно будет свободная вода.

Голосеменные получили широкое распространение в древних лесах, особенно в мезозое: их семена защищали зародыш, а опыление не требовало, чтобы мужские клетки плыли по воде. Позднее разнообразие покрытосеменных увеличилось благодаря цветку, который обеспечивает опыление разными способами, и плоду, защищающему и распространяющему семена. У покрытосеменных происходит двойное оплодотворение — процесс, при котором формируются зародыш и питательная ткань семени. Эти особенности вместе с разнообразием органов помогли им освоить множество местообитаний.

Историю растений нельзя изображать как простую лестницу, где новая группа полностью сменяет предыдущую. Группы возникали от древних предковых форм, ветвились и могли долго существовать одновременно; часть из них впоследствии вымерла. Современные водоросли нельзя считать прямыми предками всех наземных растений: речь идёт об общности происхождения и древних предковых формах. Изменения растительного мира были связаны и с переменами климата, атмосферы и природных условий разных геологических эр.

Основные этапы развития растительного мира

Таблица показывает общий порядок появления и расцвета основных групп, а не точные даты для каждого вида. В графе о времени указаны приблизительные ориентиры: разные представители группы могли возникать и распространяться в разные периоды. Используйте её, чтобы сравнить условия жизни групп и понять, какое преимущество давало каждое новое приспособление.

Разбор задач

Задача 1. Расположите группы растений в порядке их появления: покрытосеменные, водоросли, папоротники, мхи, голосеменные. Чтобы решить задачу, нужно восстановить общий ход освоения среды, а не пытаться запомнить перечень в случайном порядке. Сначала выясните, какие растения жили в воде, а какие приспособились к суше. Затем сравните споровые и семенные группы.

1. Начинаем с водорослей: ранние растения были связаны с водной средой.
2. После освоения суши появились простые наземные растения, к которым относят мхи.
3. Далее распространились папоротники и другие высшие споровые с более развитыми органами и тканями.
4. Затем возникли семенные растения: сначала голосеменные, а позднее покрытосеменные.

Ответ: водоросли, мхи, папоротники, голосеменные, покрытосеменные. Это общий порядок основных этапов, а не утверждение, что одна группа мгновенно исчезала при появлении следующей. В разные периоды представители разных групп могли жить одновременно.

Задача 2. Установите соответствие между приспособлением и его значением: проводящая ткань, семя, цветок, плод. Не стоит связывать признак только с его названием: подумайте, какую трудность он помогает преодолеть растению. Например, на суше вода не окружает всё тело, а зародышу важно пережить время до прорастания. Удобно сначала соотнести каждое приспособление с его ближайшей функцией.

1. Проводящая ткань переносит воду и растворённые вещества между частями растения, что особенно важно при увеличении тела.
2. Семя содержит зародыш и запас питательных веществ, а оболочка защищает его.
3. Цветок обеспечивает размножение и способствует опылению, в том числе с помощью животных.
4. Плод образуется вокруг семян и помогает защищать их и распространять.

Ответ: проводящая ткань — перенос веществ; семя — защита и питание зародыша; цветок — обеспечение опыления и размножения; плод — защита и распространение семян. Так видна связь между строением растения и условиями его жизни. Если функция не подходит к приспособлению, проверьте, не перепутали ли вы опыление с распространением уже образовавшихся семян.

Задача 3. Объясните, почему покрытосеменные стали самой многочисленной и разнообразной группой растений на Земле. Для полного ответа недостаточно назвать один признак, например цветок. Нужно показать, как несколько особенностей действуют вместе и помогают растениям размножаться и заселять разные места. Также учитывайте развитость органов и возможность приспособиться к различным условиям.

1. Цветок обеспечивает опыление разными способами; у многих видов в нём участвуют животные, которые переносят пыльцу.
2. После оплодотворения семена развиваются внутри плода, который защищает их и у разных растений помогает распространению.
3. Семя содержит зародыш и запас питания, поэтому начало развития не зависит от немедленного получения пищи извне.
4. Разнообразие корней, стеблей и листьев помогает покрытосеменным жить в разных условиях, а сочетание этих признаков увеличивает шансы размножения.

Ответ: широкое распространение покрытосеменных объясняется совместным действием цветка, семени, плода и развитых органов. Цветок помогает опылению, семя защищает зародыш и питает его, а плод способствует защите и расселению. Ни один из этих признаков сам по себе не объясняет всего разнообразия; важна их совокупность.

Типичные ошибки

Современные водоросли иногда называют прямыми предками всех наземных растений. Так думают из-за сходства и связи растений с водной средой, но современные группы тоже продолжают собственную эволюцию. Говорите об общности происхождения и древних предковых формах; проверьте себя вопросом: утверждаете ли вы происхождение от конкретной современной водоросли без доказательств?

Эволюцию представляют как очередь, в которой каждая новая группа вытеснила предыдущую. Такая схема удобна для запоминания порядка, но не показывает, что группы могли сосуществовать и что некоторые из них вымерли. Проверка простая: используйте слова «появились» и «широко распространились», а не утверждайте, что все прежние растения сразу исчезли.

Спору путают с семенем, потому что обе структуры участвуют в размножении и могут дать начало новому организму. Однако спора обычно одноклеточная, а семя содержит зародыш, запас питательных веществ и защитную оболочку. Чтобы проверить ответ, спросите себя, есть ли в названной структуре готовый зародыш и запас питания.

Мхи иногда считают водорослями или растениями совсем без органов и приспособлений. Это происходит потому, что мхи небольшие и часто растут во влажных местах, но у них есть простой побег и особенности строения, связанные с жизнью на суше. При этом у них нет настоящих корней и развитой проводящей системы. Проверьте себя, различая простое строение и полное отсутствие органов.

Связь с другими темами

Для изучения этой темы полезно вспомнить строение растительной клетки и особенности водорослей, мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных. Сравнение групп поможет проследить, как менялись органы и способы размножения. Позднее эти знания пригодятся при изучении систематики растений, смены поколений и приспособлений к среде. История растительного мира связана с геологией: климат, состав атмосферы и условия разных эр влияли на развитие организмов.

Что запомнить

• Первые растения возникли в воде.
• Выход на сушу потребовал появления тканей и органов.
• Мхи проще папоротников: у них нет развитой проводящей системы и настоящих корней.
• Появление семени сделало размножение растений менее зависимым от воды.
• Голосеменные преобладали в древних лесах, особенно в мезозое.
• Покрытосеменные имеют цветок и плод и стали наиболее разнообразной группой растений.
• Эволюция растений — разветвлённый процесс, а не простая лестница.