§ 32. Усложнение организации растений в процессе эволюции. Происхождение основных систематических групп растений

Определения и обозначения

Ароморфоз — крупное эволюционное изменение, которое повышает общий уровень организации организмов и расширяет возможности их существования. Например, появление проводящих тканей помогло растениям снабжать водой разные части тела, а развитие семени — размножаться в условиях, где нет постоянной влаги. Такие изменения открывали растениям новые места обитания, в том числе сушу.

Ткани растений — группы клеток, сходных по строению и выполняемым функциям. Покровные ткани защищают растение от повреждений и потери воды, а проводящие перемещают воду и растворённые вещества. Благодаря разделению функций наземное растение может одновременно защищаться, получать вещества и доставлять их к удалённым органам.

Семенные растения — растения, которые размножаются с помощью семян. В семени есть зародыш будущего растения и запас питательных веществ, а оболочка защищает их. Поэтому семя лучше споры обеспечивает развитие зародыша и позволяет пережить неблагоприятный период.

Покрытосеменные — растения, семена которых развиваются внутри завязи цветка. После оплодотворения завязь обычно превращается в плод, который защищает семена и может помогать их распространению. Цветок обеспечивает образование половых клеток и создаёт условия для опыления.

Как это устроено

Разнообразие растений появилось в ходе длительной эволюции и связано с освоением разных сред. Предками наземных растений были древние зелёные водоросли, жившие в воде, где организм поддерживался окружающей средой и мог получать воду непосредственно. На суше растения столкнулись с риском высыхания и необходимостью удерживать тело в воздухе. Поэтому закреплялись изменения, помогавшие защищаться, получать вещества и размножаться в новых условиях.

Ткани и органы сделали растение более приспособленным к жизни на суше, потому что разные части тела стали выполнять разные задачи. Покровные ткани уменьшают потерю воды, а проводящие доставляют её от поглощающих частей к остальным органам. Корни помогают закрепиться в почве и получать воду, а побеги выносят листья к свету. У мхов есть органы и ткани, но развитой проводящей системы, как у папоротникообразных и семенных, нет; поэтому они обычно невысокие и чаще встречаются во влажных местах.

У мхов и папоротникообразных размножение связано со спорами, но само по себе образование спор не устраняет потребность в воде при оплодотворении. Их мужские половые клетки подвижны и должны переместиться к яйцеклетке по водной плёнке. На суше такая плёнка бывает не всегда, поэтому половое размножение этих групп зависит от влажности. Спора может распространяться и прорастать, но она не содержит готового зародыша с запасом питания.

У голосеменных появились пыльца и семена, благодаря которым размножение стало меньше зависеть от свободной воды. Пыльца переносит мужские половые клетки к семязачатку, а семя защищает зародыш и снабжает его питательными веществами. У покрытосеменных к этим преимуществам добавились цветок и плод: цветок способствует опылению, а плод защищает семена или помогает им распространяться. Развитие групп не было простой очередью, где одна современная группа превращалась в другую: эволюция растений представляет собой ветвление от общих предков.

Основные группы растений: признаки организации и размножения

Сравнивайте группы по каждой колонке отдельно: так легче не смешать признаки строения и размножения. Например, споры есть у мхов и папоротникообразных, а семена — у голосеменных и покрытосеменных. Чтобы определить группу, полезно проверить сразу несколько признаков, а не делать вывод по одному.

Разбор задач

Задача 1. Распределите водоросли, мхи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные по наличию проводящих тканей, семян и цветков. Чтобы решить задачу, отметим каждый признак отдельно: он может быть у одной группы и отсутствовать у другой. Не следует считать, что все растения суши устроены одинаково. Особенно важно не приписать мхам развитую проводящую систему или семена.

1. У водорослей нет настоящих органов и развитой проводящей системы; семян и цветков тоже нет.
2. У мхов нет развитой проводящей системы, семян и цветков. Они размножаются спорами.
3. У папоротников есть проводящие ткани, но нет семян и цветков; они размножаются спорами.
4. У голосеменных есть проводящие ткани и семена, но нет цветков. У покрытосеменных есть все три признака: проводящие ткани, семена и цветки.

Ответ: проводящие ткани есть у папоротникообразных, голосеменных и покрытосеменных; семена — у голосеменных и покрытосеменных; цветки — только у покрытосеменных. Такой порядок признаков помогает быстро отличить споровые растения от семенных. При этом наличие ткани или органа не означает, что группа обязательно является предком другой современной группы.

Задача 2. Объясните, почему папоротники могут расти на суше, но для их полового размножения обычно необходима влажная среда. В условии речь идёт о двух сторонах жизни растения: его росте и оплодотворении. Для ответа нужно связать каждую сторону с подходящим признаком. Органы и проводящая система помогают папоротнику существовать на суше, но не отменяют особенностей его половых клеток.

1. У папоротников есть органы и проводящие ткани, поэтому они могут закрепляться и перемещать воду и вещества между частями растения.
2. Половое размножение происходит иначе: мужские половые клетки подвижны и должны достичь яйцеклетки.
3. Для их перемещения нужна водная плёнка, поэтому влажность важна именно на этапе оплодотворения.

Ответ: папоротники приспособлены к росту на суше благодаря органам и проводящим тканям, но их оплодотворение обычно зависит от воды. Не нужно делать вывод, что раз растение наземное, то все этапы его жизненного цикла обязательно обходятся без влаги. В этой задаче условия обитания взрослого растения и размножения различаются.

Задача 3. Растение образует семена, но у него нет цветков и плодов. Определите группу и сравните его размножение с размножением покрытосеменных. Сначала используем признаки, указанные в условии, а затем выясним, где развивается семя. Именно положение семязачатков позволяет различить две группы семенных растений.

1. Семена показывают, что растение относится к семенным, а не к группам, размножающимся спорами.
2. Отсутствие цветков и плодов исключает покрытосеменные; по описанию это голосеменное растение.
3. У голосеменных семязачатки не заключены в завязь, поэтому семена не оказываются внутри плода. У покрытосеменных семязачатки находятся в завязи цветка, а плод обычно развивается из завязи.

Ответ: это голосеменное растение. Как и покрытосеменные, оно размножается семенами и использует пыльцу, поэтому оплодотворение не требует свободной воды. Отличие покрытосеменных — наличие цветка и образование плода, который окружает семена и может способствовать их распространению.

Типичные ошибки

Ошибка — представлять эволюцию растений как прямую цепочку, где современные мхи стали предками папоротников, а папоротники — семенных растений. Так думают, потому что группы удобно расположить по усложнению отдельных признаков, но современные организмы не являются обязательными ступенями друг для друга. Проверка: помните, что группы — ветви эволюции, происходящие от общих предков, а не последовательность превращений современных видов.

Ошибка — считать, что все наземные растения имеют одинаково развитые ткани и органы. Это впечатление возникает из-за общего места обитания, однако мхи отличаются от папоротникообразных отсутствием развитой проводящей системы. Проверка: отдельно сравнивайте наличие органов, тканей и проводящих элементов, не делая вывод только по тому, что растение живёт на суше.

Ошибка — путать спору с семенем, считая их одинаковыми «зачатками» нового растения. Спора не является сформированным зародышем и не содержит запаса питательных веществ, тогда как семя включает зародыш, запас и защитную оболочку. Проверка: задайте себе вопрос, есть ли в этой структуре зародыш и питательный запас.

Ошибка — приписывать голосеменным цветки и плоды или считать, что оплодотворение всех наземных растений полностью не зависит от воды. Это происходит, когда общие признаки растений смешивают с особенностями отдельных групп. Проверка: у мхов и папоротникообразных оплодотворение обычно требует воды, у семенных помогают пыльца и семя; цветок и плод характерны для покрытосеменных.

Связь с другими темами

Для понимания темы пригодятся знания о растительной клетке, тканях и органах, а также о различиях между бесполым и половым размножением. Они помогают объяснить, как устроены растения и почему способы размножения разных групп не одинаковы. Позже эти сведения понадобятся при изучении жизненных циклов растений и приспособлений организмов к среде. Они также связаны с систематикой и эволюцией живого мира: общие признаки помогают сравнивать группы, но не превращают их в прямую цепочку предков.

Что запомнить

• Освоение суши сопровождалось появлением важных приспособлений и усложнением организации растений.
• Проводящие ткани обеспечивают транспорт веществ и связаны с освоением наземной среды.
• Мхи и папоротникообразные размножаются спорами; для оплодотворения у них обычно необходима вода.
• Пыльца и семя позволили семенным растениям размножаться без обязательного участия свободной воды.
• У голосеменных семена не заключены внутри плода.
• У покрытосеменных семена развиваются внутри завязи, из которой обычно образуется плод.
• Современные группы растений — результат ветвления эволюции, а не последовательные ступени превращения одних современных групп в другие.