Эволюция высших растений, Биология

Эволюция царства растений началась с архейской эры (около 3500 млн. лет назад). В этот период на Земле отмечено появление синезеленых водорослей. Эти водоросли принадлежат к группе цианобактерий, поскольку в их клетках отсутствует оформленные ядра|ядра. Таким образом, их можно отнести к прокариотам (доядерным организмам). Среди синезеленых водорослей были одно- и многоклеточные организмы, имеющие возможность осуществлять фотосинтез. Благодаря процессу фотосинтеза, в атмосферу нашей планеты начал|начал поступать кислород, необходимый для жизнедеятельности аэробов.

Позднее|Позднее в протерозойской эре (около 2600 млн. лет назад) Землёй завладели красные и зелёные водоросли. Их господство распространилось и на палеозойскую эру (примерно 570 млн. лет назад). Только в поздний палеозой (силурийский период) отмечена жизнедеятельность на планете древнейших высших растений – риниофитов, или псилофитов.

У этих растений были побеги|побеги, но отсутствовали корни и листья. Размножение риниофитов происходило спорами. Они обитали на суше или частично в воде.В существовании нашей планеты новая эра началась с появления высших, или наземных растений. Около 400- 360 млн.

лет назад в девонском периоде палеозойской эры на фоне преобладания на Земле риниофитов и водорослей появились первые папоротникообразные (папоротники, хвощи, плауны) и моховидные растения. Они относятся к высшим споровым растениям. Благодаря распространению растений на суше, появились и новые наземные виды животных.

Сочетанное изменение в ходе эволюции форм растений и животных обусловило огромнейшее разнообразие жизни на Земле. Облик планеты изменился коренным|корённым образом. Прикреплённый образ жизни растения на суше привёл к появлению расчленения растения на корень, стебель и лист, а также к возникновению опорных тканей и сосудистой проводящей системы.

Самые первые наземные растения были маленьких размеров. Они поглощали воду посредством ризоидов, как сохранившиеся по сей день на Земле мхи. В цикле их развития преобладало гаплоидное поколение (гаметофит). Постепенно появлялись более крупные формы растений — папоротникообразные, у которых образовались сложные специализированные органы|органы – корни с корневыми волосками.

В цикле развития этих растений на первый план выступает диплоидная фаза — спорофит, являющийся непосредственно самим растением, тогда как гаметофит – это заросток, который выглядит как клубенёк у хвощей и плаунов и как небольшая пластинка в форме сердца|сердца у папоротников.

Так осуществлялся постепенный переход от гаплоидного поколения к более совершенному|совершённому — диплоидному. В палеозойскую эру папоротникообразные были громадными растениями, господствовавшими на суше. Однако для их размножения была необходима вода, что ограничивало территорию их существования местностями с повышенной влажностью.

В каменноугольном периоде, который длился с 360 до 280 млн. лет назад, доказано появление на нашей планете семенных папоротников, которые в дальнейшем стали родоначальниками всех голосеменных растений.

В это время полностью исчезают риниофиты из-за невозможности конкурировать с более развитыми|развитыми|развитыми растениями.

А господствовашие тогда огромнейшие древовидные папоротникообразные после отмирания образовали залежи каменного угля.

В следующем пермском периоде палеозойской эры на Земле появились древние голосеменные растения. Древовидные папоротникообразные постепенно вымирают, а им на смену приходят семенные и травянистые папоротники, завладевая сушей.

Особенностью голосеменных растений является то, что размножение их осуществляется семенами|семёнами, не имеющими защиты в виде стенок плода, так как цветков и плодов эти растения не образуют. Половое размножение этих растений осуществлялось независимо от капельно|капельно-водной среды|среды.

А их появление в ходе эволюционных метаморфоз было обусловлено перепадами влажности и температуры и изменением рельефа Земли|Земли вследствие поднятия суши|суши, то есть появления горных массивов.

Мезозойская эра наступила около 240 млн. лет назад. В триасовом периоде мезозоя появились современные голосеменные, а в юрском периоде зародились первые покрытосеменные растения. Но господствующие позиции на планете сохранились за голосеменными растениями. Это эра вымирания древних папоротникообразных, не выдерживающих естественного отбора.

В процессе появления покрытосеменных растений произошла череда ароморфозов. Во-первых, сформировался цветок – трансформированный побег, приспособленный для образования спор и гамет. Опыление, оплодотворение и образование зародыша и плода происходило непосредственно в цветке.

Во-вторых, для лучшей защиты и распространения семена|семёна покрытосеменных растений были окружены околоплодником. Для этих растений характерно половое размножение. К покрытосеменным относятся травянистые растения, деревья и кустарники. Разнообразные видоизменения вегетативных органов|органов (корня, стебля, листа) отмечаются у разных видов растений.

Эволюционные изменения покрытосеменных растений происходили за относительно короткий срок, поэтому для них свойственна высокая эволюционная пластичность. Огромное значение в протекании эволюционных преобразований сыграли насекомые-опылители.

Покрытосеменные растения более продуктивно осваивают окружающую среду|среду и завоёвывают новые территории, благодаря своим особенностям строения и способности формировать сложные многоярусные сообщества.

В кайнозойской эре, наступившей приблизительно 70 млн. лет назад, на нашей планете стали господствовать существующие и в настоящее время покрытосеменные и голосеменные растения, тогда как высшие споровые растения регрессировали.

Сейчас на Земле произрастают более 350 видов растений, среди них встречаются цветковые, мохообразные растения, папоротники, водоросли.

Эволюция растений

Здравствуйте друзья! Сегодня хотелось бы поговорить о доисторических растениях, о том как они эволюционировали в современные растения. 

В растительном мире сегодня преобладают цветковые растения, но плауны и папоротники покрывали Землю в доисторическое время.

Эволюция растений.

Более 400 000 видов флоры известны сегодня, и все они произошли от нескольких древних морских растений. Виды, исчезнувшие с лица|лица Земли|Земли, не входят в это число, поскольку к меняющимся условиям на Земле адаптироваться они не смогли, или не выдержали конкуренцию со стороны вновь появившихся растений, которые лучше были приспособлены к новой среде обитания.

Палеоботаники установили распределение растительного покрова|покрова по поверхности Земли|Земли в разные геологические периоды, а также закономерности его смены. В том, что у растений нет твёрдого скелета, который легко превращается в окаменелость, заключается сложность исследований.

К счастью, иногда можно обнаружить ранние формы флоры в древних илистых отложениях, а в горных породах были найдены некоторые останки растений, их возраст составляет около 3,1 млрд. лет.

О том, что жизнь на планете должна была начаться с появления растениеподобных организмов, ставших важным звеном в пищевой цепи животных в дальнейшем, свидетельствуют окаменелости.

Но намного значимее роль растений в эволюционной истории Земли|Земли, так как они фактически преобразовали атмосферу нашей планеты и сделали её пригодной для существования животного мира.

Вероятно, в условиях изначального содержания огромного количества углекислоты|углекислоты в атмосфере, животные не смогли бы дышать. Углекислый газ в кислород растения преобразуют в процессе фотосинтеза, насыщая им атмосферу.

Основой пищевой цепи послужила способность растений использовать солнечный свет для производства сложных органических веществ. Эволюцию плотоядных и травоядных животных обеспечили растения.

Эволюция, однако, крайне медленный процесс, и естественный отбор благоприятствует особям, приспосабливающимся к изменениям среды|среды обитания, а не просто к изменениям как таковым.

Без воды|воды не могли обходиться древнейшие виды растительного мира, так как структуры необходимые для жизни на суше, у них отсутствовали.

Первые вышедшие растения из воды, вероятно, обосновались в болотах, где их нижняя часть могла постоянно находиться под водой. Скорее всего, первые истинно наземные растения оставались влаголюбивыми и росли возле воды|воды.

• Влажная среда для размножения по-прежнему, была необходима печёночникам, мхам и папоротникам, которые развивались как растения с давних времён.
• Геологическую колонку с эрами, периодами, эпохами и их длительностью можно посмотреть здесь.
• Предшественники цветковых растений – голосеменные, среди них хвойные деревья – нуждались в ветре для рассеивания семян и опыления, поскольку тогда ещё не было способных это делать насекомых.
• Одновременно с насекомыми и животными развивались преобладающие сегодня цветковые (покрытосеменные) растения, поэтому часто опыляются ими.
• Простейшие водоросли были древнейшими из известных растений.

Это одноклеточные организмы, всё|все функции которых выполняла единственная лишённая ядра|ядра клетка. Крайне примитивными были эти сине–зелёные водоросли, и только около 1,5 млрд. лет назад появились имеющие клеточное ядро водоросли.

Многоклеточные организмы возникли со временем. Возможно, они сходные с морскими водорослями и имеющие в разных частях растения органы|органы размножения.

Около 590 млн. лет назад, в кембрийский период, прочно обосновались на Земле многие формы жизни. К этому периоду относятся более 900 видов – и это те растения, которые сохранились и были обнаружены сотни миллионов лет спустя.

Происхождение и эволюция высших растений

Высшие растения произошли от водорослей. Это более молодая группа растений. Выход растений на сушу совершился лишь после того, когда уже в первичной водной среде водоросли выработали довольно сложное строение (это были морские водоросли).

Выход растений на сушу осуществлялся в раннем палеозое, вероятно в кембрийском периоде.

Какие именно группы водорослей дали начало высшим растениям, мы достоверно не знаем. По современным представлениям, это были, ве­роятнее всего, бурые водоросли. Именно среди них мы встречаем наиболее сложнорасчлененные формы, у бурых водорослей имеются и сложные мно­гоклеточные гаметангии. Некоторые ботаники выводят высшие растения от зеленых водорослей.

Высшие растения произошли не из современных, а из каких-то прими­тивных, давно вымерших бурых водорослей, имевших более простое строение.

Водоросли, вышедшие на сушу, обладали ясно выраженной сменой по­колений. Уже в воде у водорослей, особенно у бурых, сложились различные типы смены поколений.

Так, у ламинарии в цикле развития преобладает спорофит, а гаметофит представлен микроскопическими растеньицами, у фукуса гаметофит совсем выпал из цикла развития, и растение представлено лишь спорофитом. У кутлерии, наоборот, преобладает гаметофит.

Наконец, у диктиоты оба поколения — гаметофит и спорофит — развиты одинаково, внешне совершенно сходны, отличаясь, однако, цитологически по набору хромосом и по наличию различных органов размножения.

Первые наземные растения, вышедшие из воды на сушу, обладали сменой поколений, вероятно, типа диктиоты с одинаковым развитием гаметофита и спорофита.

Простейшие из известных нам наземных растений — псилофиты, остатки которых впервые встречаются в силурийских отложениях, были уже высокоорганизованными растениями, хорошо приспособленными к жиз­ни на суше. Они имели проводящую систему в виде пучков (стель), покровные ткани с устьицами, защищенные спорангии, одетые толстой оболочкой, и т. д.

Несомненно, псилофитам предшествовал длинный ряд растений более простого строения, приближавшихся к водорослям.

Нам известны лишь спорофиты псилофитов. Каковы были их гаметофиты, мы не знаем. Однако детальное исследование близких к ним псилотов (Psilotopsida) показало, что гаметофиты, например Tmesipteris, имеют не­которое сходство с молодыми их спорофитами.

С момента выхода на сушу высшие растения развивались в двух основ­ных направлениях, они образовали две большие эволюционные ветви — гаплоидную и диплоидную.

Первая из них представлена мохообразными (Bryophyta). Они характе­ризуются прогрессивным развитием гаметофита. Гаметофит сообразно основной его функции — обеспечению полового процесса, требующего ка­пельножидкой воды, — жался к земле и первоначально был талломным ра­стением.

Увеличивая ассимиляционную поверхность, талломные формы по­степенно совершенствовались, усложнялись.

Приобретая расчленение в связи с необходимостью обеспечить питание и образование спор развивающемуся на них спорофиту, они постепенно изменили свой облик, образовав листостебельные формы.

Спорофит же (спорогоний), наоборот, претерпевал редукцию.

Будучи связан с гаметофитом, получая от него питательные вещества, спо­рофит мохообразных при небольшом размере и слабом морфологическом расчленении вполне обеспечивал достаточную продукцию спор.

В процессе эволюции у спорофита мохообразных выработались различные приспособ­ления для лучшего рассеивания спор. Развитие мохообразных шло от талломных к листостебельным растениям.

Вторая эволюционная ветвь представлена всеми остальными высшими растениями. Развитие этой группы связано с совершенствованием спо­рофита. Спорофит в наземных условиях оказался значительно более жизнеспособным.

Именно эта группа растений достигла наибольших успе­хов в завоевании суши. Спорофит у них нередко имеет крупные размеры, обладает сложным внутренним и внешним строением. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Гаметофит у этой группы, наоборот, претерпевал упрощение, редукцию. У более простых форм (у споровых растений) гаметофит еще име­ет самостоятельное существование и представлен отдельно от спорофита существующим заростком (Lycopsida, Sphenopsida, Pteropsida), но уже у разноспоровых представителей этих классов гаметофит сильно упро­щен, редуцирован.

У более организованных — семенных растений — гаметофит утерял способность к самостоятельной жизни и развивается в тканях спо­рофита, а у наиболее совершенных — покрытосеменных (цвет­ковых) растений сведен почти на нет.

Постепенно совершенствуясь в новой обстановке, наземные растения вскоре дали начало ряду самостоятельных групп (типов) растений, приспо­собившихся к разнообразным условиям жизни на суше.

На этой странице материал по темам:

Эволюция растений

☰

Планета Земля образовалась более 4,5 млрд. лет назад. Первые одноклеточные формы жизни появились возможно появились около 3 млрд. лет назад. Сначала это были бактерии. Их относят к прокариотам, так как у них нет клеточного ядра. Эукариотические (имеющие в клетках ядра) организмы появились позже.

Растениями считаются эукариоты, способные к фотосинтезу. В процессе эволюции фотосинтез появился раньше, чем эукариоты. В то время он существовал у некоторых бактерий. Это были сине-зеленые бактерии (цианобактерии). Некоторые из них сохранились до наших дней.

Согласно наиболее распространенной гипотезе эволюции, растительная клетка образовалась путем попадания в гетеротрофную эукариотическую клетку фотосинтезирующей бактерии, которая не была переварена. Далее процесс эволюции привел к появлению одноклеточного эукариотического фотосинтезирующего организма, имеющего хлоропласты (их предшественников). Так появились одноклеточные водоросли.

Следующим этапом в эволюции растений было возникновение многоклеточных водорослей. Они достигли большого разнообразия и обитали исключительно в воде.

Поверхность Земли не оставалась неизменной. Там, где земная кора поднималась, постепенно возникала суша. Живым организмам приходилось адаптироваться к новым условиям. Некоторые древние водоросли постепенно смогли приспособиться к наземному образу жизни. В процессе эволюции их строение усложнялось, появлялись ткани, в первую очередь покровная и проводящая.

Первыми наземными растениями считаются псилофиты, которые появились около 400 миллионов лет назад. До наших дней они не дожили.

Дальнейшая эволюция растений, связанная с усложнением их строения, шла уже на суше.

Во времена псилофитов климат был теплым и влажным. Псилофиты произрастали недалеко от водоемов. У них были ризоиды (подобие корней), которыми они закреплялись в почве и всасывали воду. Однако у них не было настоящих вегетативных органов (корней, стеблей и листьев). Продвижение воды и органических веществ по растению обеспечивала появившаяся проводящая ткань.

Позже от псилофитов произошли папоротникообразные и мхи. Эти растения имеют более сложное строение, у них есть стебли и листья, они лучше приспособлены к обитанию на суше. Однако, также как у псилофитов, у них сохранялась зависимость от воды. При половом размножении, чтобы сперматозоид достиг яйцеклетки, им нужна вода. Поэтому «уйти» далеко от влажных мест обитания они не могли.

В каменно-угольном периоде (примерно 300 млн. лет назад), когда климат был влажным, папоротникообразные достигли своего рассвета, на планете росло множество их древесных форм. Позднее, отмирая, именно они сформировали залежи каменного угля.

Когда климат на Земле начал становиться более холодным и сухим папоротники начали массово вымирать.

Но некоторые их виды перед этим дали начало так называемым семенным папоротникам, которые по-сути были уже голосеменными растениями.

В последующей эволюции растений семенные папоротники вымерли, дав перед этим начало другим голосеменным растениям. Позже появились более совершенные голосеменные — хвойные.

Размножение голосеменных уже не зависело от наличия жидкой воды. Опыление происходило с помощью ветра. Вместо сперматозоидов (подвижных форм) у них образовывались спермии (неподвижные формы), которые доставлялись к яйцеклетке специальными образованиями пыльцевого зерна. Кроме того, у голосеменных образовывались не споры, а семена, содержащие запас питательных веществ.

Дальнейшая эволюция растений ознаменовалась появлением покрытосеменных (цветковых). Это произошло около 130 млн. лет назад. А около 60 млн. лет назад они стали господствовать на Земле. По сравнению с голосеменными, цветковые растения лучше приспособлены для жизни на суше.

Можно сказать, они стали больше использовать возможности окружающей среды. Так их опыление стало происходить не только с помощью ветра, но и посредством насекомых. Это повысило эффективность опыления. Семена покрытосеменных находятся в плодах, которые обеспечивают более эффективное их распространение.

Кроме того, цветковые растения имеют более сложное тканевое строение, например, в проводящей системе.

В настоящее время покрытосеменные являются наиболее многочисленной по количеству видов группой растений.

plustilino © 2019. All Rights Reserved

Общая характеристика высших растений, их классификация. Основные направления эволюции высших растений

Высшие растения составляют подцарство растительного мира. Существует предположение, что они произошли от каких-то древних групп зеленых водорослей.

Для такой гипотезы имеются веские основания: 1) у водорослей и высших растений главный фото-синтезирующий пигмент — хлорофилл а и каротиноиды; 2) основной запасной углевод — крахмал, который откладывается в хлоропластах, а не в цитоплазме, как у других фотосинтезирующих эукариот; 3) целлюлоза является важнейшим компонентом их клеточной стенки; 4) у водорослей и некоторых высших растений (мхи) в матриксе хлоропласта имеются особые включения — пиреноиды; 5) при клеточном делении у растений и некоторых водорослей образуются фрагмопласт — внутриклеточная пластинка, зачаток клеточной стенки.

Высшие растения появились на суше примерно 430 млн. лет назад в виде небольших по размеру и примитивных по строению риниофитов, или псилофитов. В дальнейшем их эволюция неразрывно связана с постепенным завоеванием суши.

Оказавшись в совершенно иной наземновоздушной среде, они постепенно адаптировались к необычной обстановке и на протяжении многих миллионов лет дали громадное разнообразие наземных растений различной величины и сложности строения.

Одним из ключевых событий раннего этапа выхода растений на сушу было появление слор с прочными оболочками, позволяющими переносить засушливые условия и распространяться ветром.

В процессе дальнейшего приспособления к наземным условиям существования у высших растений сформировались вегетативные органы — корень, стебель и лист, как результат разделения функций между различными участками тела.

Корни обеспечивают закрепление растений в субстрате и водно-минеральное питание, листья — фотосинтез, стебли — транспорт веществ (восходящий и нисходящий токи).

Развитие эффективной проводящей системы тканей, состоящей из ксилемы и флоэмы, решило проблему передвижения воды и органических веществ у сосудистых растений при выходе их на сушу.

От высыхания эти растения обрели защиту в виде покровной ткани — эпидермы или перидермы.

Развитие эпидермы привело к возникновению устьиц — высокоспециализированных образований, регулирующих газообмен и испарение воды растением.

Далее у высших растений произошло усиление механической прочности путем утолщения клеточной стенки и пропитывания ее лигнином, придающим жесткость ее целлюлозному остову.

Параллельно шла эволюция и органов полового (антеридии и архегонии) и бесполого (спорангии) размножения. Из одноклеточных, характерных для подавляющего большинства водорослей, эти органы становятся многоклеточными, и стенки их надежно защищают развивающиеся гаметы и споры от высыхания.

В жизненном цикле высших наземных растений наблюдается закономерное чередование полового и бесполого поколений.

Гаплоидное поколение называется гаметофитом, поскольку оно способно к половому размножению и образует гаметы. Гаметы формируются в антеридиях и архегониях.

В результате оплодотворения образуется зигота, из которой вырастает диплоидный спорофит. Он способен к бесполому размножению с образованием гаплоидных спор. Последние дают начало гаметофит-ному поколению.

Одно из этих двух поколений всегда преобладает над другим, и на его долю приходится большая часть жизненного цикла высших растений.

В отличие от других высших растений, в жизненном цикле моховидных преобладает гаметофит —небольшое, преимущественно листостебельное растение, которое осуществляет функцию фотосинтеза, водоснабжения и минерального питания.

Спорофит у них развивается из оплодотворенной яйцеклетки внутри архегония и постоянно связан с гаметофитом не только морфологически, но и физиологически (в смысле питания), т. е. низведен до степени органа растения, выполняющего только функцию спорообразования. Для размножения мхов необходима вода, иначе сперматозоиды не смогут подплыть к архегони-ям.

Кроме того, только в достаточно влажной среде у них лопаются антеридии и высвобождаются сперматозоиды. Поэтому не случайно большинство моховидных обитает в сырых и затененных местах.

Развитие жизненного цикла моховидных по пути возрастания самостоятельности гаметофита и морфологического упрощения (с потерей самостоятельности) спорофита привело к эволюционному тупику.

В эволюции высших сосудистых растений происходит постепенная редукция (уменьшение и упрощение) гаметофита и преобладание в жизненном цикле спорофита.

Так, у плауновидных, хвощевидных и папоротниковидных гаметофит представлен маленьким (от нескольких миллиметров до 3 см) заростком, не расчлененным на органы, живущим несколько недель (у плаунов — несколько лет) независимо от спорофита.

На заростках в антеридиях развиваются сперматозоиды, которые, плавая в каплях воды, достигают архегония и сливаются с яйцеклеткой. Благодаря крошечным размерам гаметофитов оплодотворение у хвощей, плаунов и папоротников может происходить даже при ничтожно малых количествах воды в виде капелек росы, тумана и Др.

У голо- и покрытосеменных растений гаметофит полностью утратил способность к самостоятельному образу жизни, и все его развитие протекает на спорофите внутри макроспорангия (или семязачатка).

У голосеменных женский гаметофит — многоклеточный гаплоидный эндосперм с двумя (у сосны) или несколькими (у других голосеменных) архегониями; у покрытосеменных он редуцирован обычно до семи клеток, архегониев не имеет и называется зародышевым мешком. В последнем образуются яйцевой аппарат, состоящий из яйцеклетки и двух клеток-синергид, вторичного диплоидного ядра и клеток-антипод.

Мужской гаметофит семенных растений развивается из микроспоры и представляет собой пыльцевое зерно (пыльцу), прорастающее в пыльцевую трубку с образованием двух спермиев.

При этом впервые в эволюции растений процесс оплодотворения становится независимым от наличия капельно-жидкой среды: спермин доставляются к яйцеклеткам пыльцевой трубкой, что является важнейшим приспособлением к наземному образу жизни.