§ 17. Поздний мезозой: появление цветковых растений и эпоха «Великого вымирания»

Определения и обозначения

Покрытосеменные растения — семенные растения, у которых есть цветок, а семязачатки заключены в завязи. После оплодотворения из семязачатков развиваются семена, а из завязи — плод. Такое устройство защищает развивающиеся семена и помогает распространять их.

Двойное оплодотворение — процесс, при котором два спермия участвуют в слиянии с разными клетками зародышевого мешка. Один образует зародыш, другой — питательную ткань семени. Благодаря этому зародыш и запас пищи для него формируются в рамках одного процесса.

Массовое вымирание — резкое сокращение разнообразия организмов за сравнительно короткий геологический промежуток. Оно затрагивает многие группы и нарушает привычные пищевые связи. Термин помогает отличать глобальный кризис биосферы от обычного исчезновения отдельных видов.

Мел-палеогеновое вымирание — массовое вымирание на рубеже мелового и палеогенового периодов, около 66 млн лет назад. Оно привело к исчезновению ряда крупных групп и перестройке экосистем. Это событие обозначило конец мезозоя и начало нового этапа истории жизни.

Как это устроено

Покрытосеменные возникли в мезозое, когда на суше уже были широко распространены голосеменные. Их успех нельзя объяснить одним появлением цветка: цветок объединил органы размножения, а завязь защитила семязачатки. Затем из завязи образовался плод, который мог оберегать семена и участвовать в их расселении. В результате размножение оказалось связано не только с производством семян, но и с их защитой и переносом.

При опылении пыльца попадает на рыльце пестика, после чего пыльцевая трубка растёт к семязачатку. По ней к зародышевому мешку перемещаются два спермия. Один сливается с яйцеклеткой и образует клетку будущего зародыша, второй сливается с центральной клеткой и даёт начало питательной ткани. Запас питательных веществ развивается одновременно с зародышем, поэтому ресурсы семени формируются тогда, когда они нужны для его развития.

Покрытосеменные опыляются ветром, водой и животными, особенно насекомыми. При опылении животными цветок может привлекать опылителя пищей или заметными признаками, а животное переносит пыльцу между цветками. Семена и плоды тоже распространяются разными способами: их переносят ветер, вода или животные, в том числе после поедания плодов. Такое разнообразие способов размножения позволяет растениям заселять разные местообитания и поддерживает взаимные связи растений с животными.

Мел-палеогеновый кризис затронул организмы неравномерно. Исчезли нептичьи динозавры, аммониты и многие морские и наземные виды; сильно пострадали организмы, зависевшие от определённых условий и пищевых цепей. Пережили кризис, в частности, птицы, млекопитающие, крокодилы, черепахи и многие группы растений. Выживание зависело от особенностей организмов и того, насколько быстро они могли приспособиться к изменившейся среде.

Среди возможных причин вымирания выделяют падение крупного астероида и мощный вулканизм. Удар астероида мог поднять пыль и аэрозоли, затруднив проникновение солнечного света; это нарушило фотосинтез и снабжение пищей организмов на разных уровнях. Вулканические выбросы и последующие климатические и океанические изменения могли усиливать стресс для экосистем. Кризис освободил экологические ниши, поэтому у переживших его групп появились возможности для распространения и дальнейшей эволюции.

Сравнение голосеменных и покрытосеменных растений

Сравнивайте признаки в одной строке: так проще увидеть, чем отличаются способы размножения двух групп. Особенно важны положение семязачатка и судьба завязи, поскольку от них зависит, будет ли у растения плод. Последняя строка связывает устройство растения с возможностями его расселения.

Разбор задач

1. Назовите признаки, по которым можно отличить покрытосеменное растение от голосеменного, и укажите значение каждого признака.

1. Сначала сравним репродуктивные органы: у покрытосеменных это цветок, у голосеменных — шишки. Цветок объединяет органы размножения и может обеспечивать опыление разными способами.

2. Затем проверим, где расположены семязачатки. У покрытосеменных они находятся внутри завязи, а у голосеменных — открыто на чешуях шишек; завязь защищает семязачатки.

3. Наконец, проследим, что происходит после оплодотворения. У покрытосеменных завязь развивается в плод, который окружает семена и может помогать их распространению; у голосеменных плод не образуется.

Ответ: покрытосеменные отличаются цветком, семязачатками внутри завязи и образованием плода. Каждый признак связан с размножением: цветок участвует в опылении, завязь защищает семязачатки, плод защищает и расселяет семена.

2. Проследите путь от опыления покрытосеменного растения до образования семени и укажите, что формируется в результате двойного оплодотворения.

1. Пыльца попадает на рыльце пестика — это опыление. Пыльцевое зерно прорастает, и его трубка растёт к семязачатку внутри завязи.

2. По пыльцевой трубке к зародышевому мешку поступают два спермия. Нужно проследить судьбу каждого отдельно, потому что они сливаются с разными клетками, а не с двумя яйцеклетками.

3. Первый спермий сливается с яйцеклеткой, и возникает клетка будущего зародыша. Второй участвует в образовании питательной ткани; затем семязачаток развивается в семя, а завязь — в плод.

Ответ: двойное оплодотворение даёт начало зародышу и питательной ткани семени. Семя развивается из семязачатка, тогда как плод образуется из завязи.

3. Объясните, как падение крупного астероида и последовавшие изменения условий среды могли вызвать массовое вымирание и повлиять на дальнейшее развитие жизни.

1. Сначала зададим возможное последствие удара: в атмосферу попали пыль и аэрозоли, которые могли уменьшить количество солнечного света у поверхности Земли. Это нарушило фотосинтез, поэтому стало меньше органического вещества — основы многих пищевых цепей.

2. Далее проследим влияние на экосистемы. Изменение климата и сокращение пищи затронули растения и животных, а вслед за ними — виды, зависевшие от этих организмов; особенно уязвимые группы могли исчезнуть.

3. После вымирания состав экосистем изменился: многие ниши освободились. Пережившие кризис организмы получили возможность расселяться и занимать их, что повлияло на последующее разнообразие жизни.

Ответ: удар мог вызвать цепочку изменений — от уменьшения освещённости и нарушения фотосинтеза до разрушения пищевых связей и гибели видов. Перестройка экосистем создала условия для распространения некоторых выживших групп; астероид рассматривают как важную причину, но на кризис могли влиять и другие факторы.

Типичные ошибки

Считать, что семена покрытосеменных лежат открыто, — значит путать их с семязачатками голосеменных. Ошибку допускают, если ориентируются только на слово «семенные», не прослеживая развитие органов. Проверьте себя: у цветковых семязачаток находится в завязи, а зрелое семя — внутри плода.

Неверно объяснять двойное оплодотворение участием двух яйцеклеток. Такая путаница возникает из-за того, что в процессе участвуют два спермия; на деле они сливаются с разными клетками зародышевого мешка. Для проверки назовите два результата: зародыш и питательную ткань.

Объяснение успеха покрытосеменных только яркими цветками слишком узкое. Цветки бывают разными, а размножению помогают также оплодотворение, развитие семени и способы расселения. Проверьте ответ: упомянуты ли помимо цветка плод, семена и опыление?

Нельзя считать, что мел-палеогеновое вымирание мгновенно уничтожило все организмы или было вызвано только астероидом. Кризис затронул группы неодинаково, а среду могли менять также вулканизм и последующие климатические нарушения. Проверка проста: назовите хотя бы одну пострадавшую и одну пережившую кризис группу и разделите установленное событие и возможные причины.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о геологической истории Земли и размножении споровых и семенных растений. Она продолжает изучение эволюции растений, опыления и распространения семян, а также показывает, как растения связаны с животными пищевыми отношениями и переносом пыльцы. Мел-палеогеновый кризис помогает объяснить смену господствующих групп организмов и развитие жизни в кайнозое.

Что запомнить

• Покрытосеменные появились в мезозое и стали важнейшей группой наземных растений.
• Семязачатки покрытосеменных заключены в завязи цветка.
• После оплодотворения семязачаток развивается в семя, а завязь — в плод.
• При двойном оплодотворении образуются зародыш и питательная ткань семени.
• Цветки, плоды и разнообразие способов опыления и распространения способствовали распространению покрытосеменных.
• Мел-палеогеновое вымирание произошло около 66 млн лет назад и привело к перестройке экосистем.
• Массовое вымирание уничтожает не все организмы: пережившие его группы могут занять освободившиеся экологические ниши.