Главная » Карниз

Выход растений на сушу. Некоторые элементарные сведения о происхождении и систематике гидрофитов Основные направления эволюции растений

«Среда, - отмечает А. Л. Тахтаджян, - многообразна и неупорядоченна. Осваивая новые участки ее, новые ареалы, растения изменяются соответственно характеру условий в этих ареалах». Постепенно происходит расхождение признаков у этих растений по сравнению с исходной формой. Сначала эти изменения касаются вегетативных органов, потом - наиболее консервативных - цветков. Сначала эти изменения неустойчивы, характерны только в данных условиях, а в иных - растение возвращается к исходной форме. Потом эти изменения постепенно фиксируются, становятся устойчивыми, передаются по наследству. Происходит дивергенция - расхождение признаков, образование новых разновидностей, а затем и видов.
Третьим этапом стратегии эволюции является регресс, или общая дегенерация. Так, приспособившись к жизни в воде, водные растения стали утрачивать отдельные органы, например, корни. Все живущие в воде растения утратили механические несущие ткани. А ряска пошла по этому пути еще дальше - она утратила не только корневую систему, но и листья, цветет очень редко и размножается преимущественно вегетативно. Такое упрощение обеспечивает успешное развитие и распространение вида. А расширение ареала и есть, по А. Н. Северцову, один из показателей прогрессивного развития вида.
Итак, на первом этапе эволюции водных растений формировалась совершенная структура, дифференциация и многогранность взаимодействия со средой. Этот этап растения проходили на суше, и только на суше. На втором этапе, когда гидрофиты снова «отправились» в воду, возникла специализация. На третьем этапе гидрофиты уже успешно освоили водную среду и избавились от приспособительных приобретений первого этапа, которые в однообразно устойчивой среде оказались лишними. Таков путь, пройденный в эволюции вторичноводными растениями.
Для того чтобы нам легко было ориентироваться в мире современных гидрофитов, познакомимся с некоторыми положениями систематики.
Высшие растения делятся на отделы, классы, порядки. Порядок делится на семейства, каждое из которых подразделяется на роды, а род - на виды. Вид назван Международным кодексом биологической номенклатуры основным рангом в классификации. «Каждое растение, - замечает А. Л. Тахтаджян, - с которым имеет дело исследователь, должно быть определено с точностью до вида, а во многих случаях даже точнее». Чтобы ученые разных стран, публикуя свои исследования на родном языке, могли при чтении работ друг друга или при встрече, понимать, о чем идет речь, решено было в науке пользоваться международным языком, понятным всем ученым мира. Для научного общения был избран латинский язык, на котором когда-то говорили жители древнего Рима. Теперь этот очень красивый, стройный и удобный язык мертвый, ничей, - на нем никто не говорит. Ученые всего мира договорились давать научные, понятные всем ботаникам мира названия растений на этом языке. Но разве нельзя обойтись русскими названиями? К сожалению, не всегда.
Русские названия - полушница, стрелолист, водяная лилия, водокрас, телорез, чилим... - издавна известны нашему народу, но для ботаника из другой страны они непонятны, ведь на его родном языке названия этих же растений звучат совсем иначе. Кроме того, народные названия не всегда точны. Водяная лилия, например, совсем не похожа на садовые лилии, а название «стрелолист», полученное растением благодаря сходству его листьев с пучком стрел в колчане, не может объединить растения, относящиеся к одному роду, но имеющие другую форму листьев. Кроме того, растения, обитающие, например, в тропических районах земного шара, часто не имеют исконно русских названий.
В ряде случаев ученые переводят на русский латинские названия. Однако иногда переводом не только трудно, но и неудобно пользоваться. Например, «растение, образующее колючие семена на соцветии» - это перевод одного слова «эхинодорус». Или апоногетон: А. Вендт посвятил полстраницы выяснению, похоже ли это слово на греческое, выдвинул несколько гипотез о его происхождении, а в итоге признался, что «происхождение этого названия не ясно...» Дословный перевод латинских названий на русский язык часто бессмыслен и не нужен.
В этой книге мы будем пользоваться латинскими названиями для тех растений, у которых нет обоснованных русских, и для мало распространенных.
Семейство обычно называется по названию самого характерного для него растения. Скажем, семейство алисмовых (Alismaceae) получило название от названия растения алисма (частуха). Но в семейство входят и другие роды - бальделия, сагиттария, эхинодорус. Это все водные и болотные растения. А вот в семейство ароидных (Araceae) входит много наземных растений, водные и болотные составляют небольшую часть видов этого семейства. И наоборот, в семейство апоногетоновых (Aponogetaceae) входит только один род апоногетон - все растения водные.
Род объединяет ряд видов. Растения одного рода имеют одно название. Для различения видов К. Линней ввел бинарную систему - к названию рода (существительное) добавляется прилагательное, характеризующее именно данный вид: Cryptocoryne aponogetifolia (криптокорина апоногетонолистная), Aponogeton madagascariensis (апоногетон мадагаскарский).
Но что такое вид? В вид объединяют растения, сходные по морфологическим и физиологическим особенностям, имеющие общее происхождение и занимающие определенную область распространения. Известный советский ботаник В. Л. Комаров говорил: вид - это «морфологическая система, помноженная на географическую определенность». Для определения вида сегодня изучают морфологию, особенности клеточной структуры, генетическую характеристику, физиологию, биохимию растений и т. д.
В то же время вид надо рассматривать не как нечто законченное и уже сформировавшееся, а в динамике, в развитии. «Разновидность, - говаривал Ч. Дарвин, - есть зарождающийся вид». Осваивая новые ареалы с несколько иными условиями, растения могут постепенно приобретать отклонения от исходного вида и образовывать экологические формы, разновидности, или вариации, и подвиды.
Для обозначения таких отклонений от основного вида уже недостаточно бинарной системы, применяется тринарная, например: Cryptocoryne wendtii var. rubella (криптокорина Вендта, вариант (вар.) рубелла) или Cryptocoryne ciliata f. minima (криптокорина цилиата, форма (ф.) минима).
Новые разновидности и виды образуются, путем не только освоения специфических ареалов, но и скрещивания. В природе порой возникают и межвидовые гибриды. Такие гибриды, отмечает К. Ратай, характерны для эхинодорусов*.

* Rataj K. Revision of the Genus Echinodorus Rich. - Praha, Academia, 1975.

Если род распадается на характерные общностные группы, то их называют секцией. Из общего числа апоногетонов с цельнопластинчатыми листьями, обитающих во всех пресных водах Африки, Мадагаскара, Азии и Австралии, решетчатые виды явно выпадают, обособляются. Поэтому их можно выделить в секцию решетчатолистных в этом роде.
Описание нового вида ботаники ведут по эталонному экземпляру, если он представлен в сборе гербария одним растением, или по эталону, выбранному из серии однотипных растений, - по голотипу. Описывающий новое растение ботаник обосновывает выделение его в самостоятельный вид и дает ему название (бинарное) - новым будет только видовое определение. Новые роды выделяются реже, а семейства - в наше время огромная редкость в ботанике высших растений. Так, выделение А. Л. Тахтаджяном в его системе растений самостоятельного семейства барклайевых (при этом сохранено авторство первого ботаника, который такое выделение осуществил) было своего рода ботанической сенсацией.
Когда ученый впервые описывает выделенный им вид, он ставит после бинарного названия «species nov» (вид новый). Такие пометки можно найти около названий криптокорин в книге X. Ц. Д. де Вита, около криптокорин и эхинодорусов - у К. Ратая, апоногетонов - в работах X. В. Е. ван Бруггена. В работах других ботаников упоминание этого же вида будет несколько иным: после бинарного названия идет фамилия ученого, описавшего вид, и дата первой публикации о нем. Для видов, введенных в систему К. Линнеем и сохранивших свои названия, допускается вместо полной фамилии указывать одну заглавную латинскую букву L.
Действительным считается старейшее название, первейший автор. Но порой в последующих изменениях системы меняется название рода, тогда первый автор приводится в скобках. Накопление новых данных, появление новых видов вызывает иногда потребность пересмотреть прежнюю систему. Тогда производится ботаническая ревизия и публикация о ней так и называется: «ревизия рода...», или «ревизия семейства...» Последняя капитальная ревизия семейства апоногетоновых, произведенная X. В. Е. ван Бруггеном, принята всеми ботаниками. Опубликовал ревизии родов эхинодорус и криптокорина К. Ратай. Первая постепенно получила признание многих ботаников, вторая пока вызывает серьезные возражения. Эти три ревизии, естественно, изменили существовавшую до того систему А. Вендта.
Описывая виды водных растений, нам так или иначе придется соприкасаться с определенными системами. Семейства я буду указывать в соответствии с системой А. Л. Тахтаджяна, виды апоногетонов - по X. В. Е. ван Бруггену, криптокорин - по X. Ц. Д. де Виту, эхинодорусов - по К. Ратаю, остальные виды - по А. Вендту.
В бинарном названии на латинском языке родовое всегда пишется с заглавной, а видовое - с маленькой буквы. На русском языке родовое название мы будем писать со строчной буквы, а видовое получит заглавную только тогда, когда название, содержащее имя собственное в определении, пересказывается, так сказать, вольно (криптокорина Вендта). У одного вида может быть несколько названий. Эти названия являются синонимами основного, например: апоногетон мадагаскарский; увирандра; апоногетон фенестралис (если повторяется род основного названия, возможно сокращение - а. фенестралис).

К читателю .............................................................................................................................................................. 3

Часть I. Разговор на берегу

Кто виноват? ........................................................................................................................................................... 5
Подводная химическая лаборатория .................................................................................................................... 11
О питании гидрофитов .......................................................................................................................................... 26
Некоторые элементарные сведения о происхождении и систематике гидрофитов.............................. 33
Побываем в гостях у гидрофитов .......................................................................................................................... 43

Часть I . Вам предлагаются тестовые задания, требующие выбора только одного ответа из четырех возможных. Максимальное количество баллов, которое можно набрать – 50 (по 1 баллу за каждое тестовое задание). Индекс ответа, который вы считаете наиболее полным и правильным, укажите в матрице ответов.

1. Важнейшим условием жизни грибов является: а) достаточная освещенность;
б) наличие органических веществ, необходимых для их питания; +
в) совместное обитание с растениями;
г) возможность формирования плодового тела, необходимого для размножения.

2. Основу слоевища лишайника составляют клетки: а) цианобактерий;
б) гриба; +
в) многоклеточной водоросли ;
г) одноклеточной водоросли.

3. Плауны размножаются: а) только семенами;
б) только спорами;
в) спорами и вегетативно; +
г) только вегетативно.

4. Среди растений исключительно на суше встречаются: а) зеленые водоросли;
б) красные водоросли;
в) голосеменные; +
г) покрытосеменные.

5. На рисунке представлен агротехнический прием:
а) пасынкование;
б) мульчирование;
в) пикировка; +
г) стратификация.

6. Конечным продуктом фотосинтеза у зеленых растений является вещество: а) крахмал; +
б) хлорофилл;
в) углекислый газ;
г) вода.

7. У цветковых растений мужские половые клетки образуются в: а) пестиках;
б) тычинках; +
в) семязачатках;
г) пыльцевой трубке.

8. Могут размножаться спорами: а) папоротники и хвойные;
б) хвощи и папоротники; +
в) папоротники и покрытосеменные;
г) мхи и хвойные.

9. У сосны от опыления до созревания семян проходит примерно: а) неделя;
б) месяц;
в) год;
г) полтора года. +

10. Формула цветка шиповника: а) *Ч5Л5Т5П1 ;
б) *Ч5Л5Т∞П1 ;
в) *Ч5Л5Т∞П∞ ; +
г) *Ч5+5Л5Т∞П∞ .

11. В почвенном питании растений главную роль играет зона корня, обозначенная на рисунке «Х», – это зона: а) деления;
б) роста;
в) всасывания; +
г) проведения.

13. Земноводные, являясь холоднокровными животными с невысоким уровнем обмена веществ, ведут активную жизнедеятельность благодаря:
а) всеядности;
б) развитию с метаморфозом;
в) питанию только богатой белками животной пищей; +
г) способности к длительному пребыванию под водой.

14. Овладение умением разводить и поддерживать огонь было жизненно необходимым для:
а) австралопитеков;
б) человека умелого;
в) человека прямоходящего;
г) неандертальцев. +

15. К основным методам физиологии человека как науки следует отнести: а) препарирование с применением хирургических инструментов;
б) исследования с применением микроскопической техники (микроскопирование);
в) наблюдение и эксперимент; +
г) ультразвуковые исследования (УЗИ) и электрокардиографию (ЭКГ).

16. По какому, наиболее точному, признаку можно отличить гладкие мышечные волокна от поперечно-полосатых: а) по цвету;
б) по количеству ядер в клетке; +
в) по количеству межклеточного вещества;
г) по наличию ресничек.

17. Эритроциты вырабатываются в: а) красном костном мозге; +
б) печени;
в) селезенке;
г) лимфатических узлах.

18. Люди, обладающие группой крови I V : а) являются при ее переливании универсальными донорами;
б) являются при ее переливании универсальными реципиентами ; +
в) являются при ее переливании универсальными донорами и реципиентами;
г) не могут предоставлять кровь для переливания.

19. Вакцину используют для формирования у человека: а) естественного врожденного иммунитета;
б) естественного приобретенного иммунитета;
в) искусственного активного иммунитета; +
г) искусственного пассивного иммунитета.

20. При малокровии ткани тела человека испытывают недостаток:
а) кислорода; +
б) питательных веществ;
в) воды и минеральных солей;
г) всех названных веществ.

21. Из указанных значений энергетической ценности продуктов ее наименьшее количество выражает: а) 500 Дж;
б) 50 калорий; +
в) 0,5 Калорий;
г) 5 килокалорий.

22. К водорастворимым относится витамин : а) А;
б) С; +
в) D;
г) Е.

23. Фильтрация крови в почках происходит в: а) пирамидках;
б) лоханках;
в) капсулах; +
г) мозговом слое.

24. При образовании вторичной мочи в кровяное русло возвращается вода и: а) глюкоза; +
б) соли;
в) белки;
г) все выше перечисленные вещества.

25. Повреждение наружных покровов, вызванное действием высокой температуры или химических веществ, – это: а) потертость;
б) опрелость;
в) ожог; +
г) отморожение.

26. Железа внутренней секреции, управляющая большинством гормональных процессов в организме человека: а) щитовидная;
б) поджелудочная;
в) надпочечники;
г) гипофиз. +

27. Проводниковая функция характерна для отдела головного мозга: а) передний мозг;
б) мозжечок;
в) средний мозг;
г) промежуточный мозг. +

28. Вегетативная нервная система: а) не контролируется сознанием человека; +
б) имеет высшие центры только за пределами центральной нервной системы;
в) регулирует координацию произвольных и точных движений;
г) обладает всеми перечисленными свойствами.

29. Анализатор представляет собой систему, которая обеспечивает: а) восприятие информации (раздражителя) соответствующим рецептором;
б) доставку информации (проведение возбуждения) от рецептора в мозг по нервным путям;
в) анализ полученной информации в соответствующих структурах мозга и возникновение ощущения;
г) все перечисленные функции. +

30. Вкус, воспринимаемый вкусовыми луковицами задней трети языка, является: а) сладким;
б) кислым;
в) соленым;
г) горьким. +

31. Воспаление среднего уха называют: а) катарактой;
б) отитом; +
в) циститом;
г) ринитом.

32. В процесс дрессировки собак для выполнения команд (вперёд, сидеть, стоять и др.) вовлекается поведенческий механизм: а) импринтинг;
б) условный рефлекс; +
в) привыкание;
г) повышение чувствительности.

33. Овуляция происходит в момент: а) разрушения желтого тела;
б) образования желтого тела;
в) оплодотворения;
г) разрыва фолликулы. +

34. Сердцебиение плода человека регистрируется от момента зачатия с: а) трех недель;
б) пяти недель; +
в) трех месяцев;
г) четырех месяцев.

35. На самочувствие человека оказывают положительное воздействие: а) полное отсутствие звуков (полнейшая тишина);
б) положительно заряженные ионы;
в) отрицательно заряженные ионы; +
г) ультра - и инфразвуки.

36. Наиболее быстро развиваются в крупных промышленных городах болезни: а) желудочно-кишечного тракта;
б) верхних дыхательных путей и легких; +
в) кожи;
г) опорно-двигательного аппарата.

37. Повышенные дозы облучения человеческого организма не вызывают:
а) нарушений функции кроветворения;
б) злокачественных опухолей;
в) желудочно-кишечных кровотечений;
г) инфаркта миокарда. +

38. Экологические факторы воздействуют на живые организмы: а) одновременно и совместно друг с другом; +
б) одновременно и изолированно друг от друга;
в) совместно друг с другом, но в определенной последовательности;
г) изолированно друг от друга и в определенной последовательности.

39. Энергетическим ресурсом у зеленых водорослей является: а) солнечный свет; +
б) энергия окисления органических веществ;
в) энергия окисления неорганических веществ;
г) вода.

40. Примером конкуренции являются взаимоотношения между популяциями: а) карася и карпа в одном водоеме ; +
б) карася и щуки в одном водоеме;
в) карася и уклейки в одном водоеме;
г) щуки и уклейки.

41. Хищники в природном сообществе: а) уничтожают популяцию жертв;
б) способствуют росту популяции жертв;
в) оздоровляют популяцию жертв и регулируют ее численность; +
г) не влияют на численность популяции жертв.

42. Исследование процессов кровообращения У. Гарвеем преимущественно основано на применении метода биологии: а) описательного;
б) сравнительного;
в) исторического;
г) экспериментального. +

43. Относительное постоянство внутренней среды организмов является проявлением жизненного свойства: а) раздражимость;
б) самовоспроизведение;
в) саморегуляция; +
г) изменчивость.

44. Наука, изучающая клетку: а) гистология ;
б) морфология ;
в) цитология ; +
г) эмбриология.

45. Функции носителей наследственной информации выполняют: а) белки;
б) углеводы;
в) жиры;
г) нуклеиновые кислоты. +

46. Стадия клеточного цикла, во время которой происходит репликация ДНК: а) интерфаза; +
б) профаза;
в) метафаза;
г) телофаза.

47. Стадия митоза, во время которой происходит расхождение хроматид: а) профаза;
б) метафаза;
в) анафаза; +
г) телофаза.

48. Органические вещества, обеспечивающие клетку энергией: а) белки и жиры;
б) жиры и углеводы; +
в) углеводы и нуклеиновые кислоты;
г) вода и углеводы.

49. Не является обязательным структурным компонентом клетки: а) клеточная мембрана;
б) ядро; +
в) генетический аппарат;
г) цитоплазма.

50. Из перечисленных способов размножения к половому относится: а) семенное размножение; +
б) почкование;
в) черенкование;
г) спорообразование.

Часть II . Вам предлагаются тестовые задания с одним вариантом ответа из четырех возможных, но требующих предварительного множественного выбора. Максимальное количество баллов, которое можно набрать – 20 (по 2 балла за каждое тестовое задание). Индекс ответа, который вы считаете наиболее полным и правильным, укажите в матрице ответов.

1. Корень может: I . поглощать воду с растворенными веществами. + II . закреплять растения в почве. + III . расти за счет вставочной меристемы. IV . синтезировать аминокислоты, гормоны, алкалоиды . + V . образовывать чешуевидные листья на старых участках корней. а) I, II, III;
б) I, II, IV; +
в) II, IV, V;
г) I, III, V.

2. В составе жилки листа можно обнаружить: I . ситовидные трубки с клетками спутницами. + II . сосуды. + III . склеренхиму. + IV . уголковую колленхиму . + V . паренхиму. + а) I, III, IV;
б) I, II, IV, V;
в) I, II, III, V;
г) I, II, III, IV, V. +

3. Для цветковых растений произрастающих в воде характерно: I . плохое развитие или отсутствие механической ткани. + II . хорошее развитие механической ткани. III . хорошее развитие древесины, обеспечивающей передвижение воды по растению. IV . наличие крупных межклетников в тканях корней, листьев и стебля. + V . преобладание в пучках ксилемы и плохое развитие флоэмы. а) I, III;
б) II, V;
в) I, IV; +
г) II, III, IV.

4. Надземный тип прорастания семян характерен для: I . фасоли. + II . гороха. III . липы. + IV . клена. + V . овса. а) I, II, IV;
б) II, III, V;
в) I, III, IV; +
г) II, IV, V.

5. Яркая черно-желтая полосатая окраска является предупреждающей у: I . тигра. II . колорадского жука. + III . суматранского барбуса. IV . шершня. + V . мухи журчалки. а) I, III, IV;
б) I, V;
в) II, III, V;
г) II, IV. +

6. Морские ежи и морские звезды могут использовать для передвижения: I . параподии. II . иглы. + III . лучи. + IV . амбулакральные ножки. + V . членистые ходильные ножки. а) I, II, III, IV;
б) II, IV, V;
в) II, III, IV; +
г) III, IV, V.

7. Органы боковой линии у рыб служат для: I . определения направления и скорости течения. + II . определения химического состава воды. III . обнаружения приближения хищника или добычи. + IV . обнаружения подводных препятствий. + V . ориентировки в пространстве по линиям магнитного поля. а) I, IV, V;
б) I, III, IV; +
в) II, IV, V;
г) II, III, IV.

8. Хрящевые рыбы, живущие в морской воде, поддерживают нормальный осмотический баланс, экскретируя лишние соли через: I . почки. + II . жабры. + III . ректальные железы. + IV . кожу. V . слизистую оболочку рта. а) I, II, III; +
б) I, II, IV;
в) II, III, V;
г) II, III, V.

9. В экологии рассматриваются пирамиды: I . чисел. + II . биомассы . + III . видового состава. IV . энергии. + V . трофических связей. а) II, IV, V;
б) I, II, IV; +
в) I, IV, V;
г) I, II, V.

Часть 3. Вам предлагаются тестовые задания в виде суждений, с каждым из которых следует либо согласиться, либо отклонить. В матрице ответов укажите вариант ответа «да» или «нет». Максимальное количество баллов, которое можно набрать – 20 (по 1 баллу за каждое тестовое задание).

1. Тело низших растений всегда представлено слоевищем с крупными листьями.

2. Водорослями называют любые растения, обитающие в воде.

3. В хлоропластах растительных клеток на свету откладывается первичный крахмал. +

4. Стебли многолетних растений всегда могут выполнять фотосинтезирующую функцию.

5. Бесполое размножение хламидомонады происходит при наступлении неблагоприятных условий.

6. Нервная система медузы устроена сложнее, чем у полипов. +

7. Основная масса мышц у птиц располагается на брюшной стороне. +

8. К группе кожных желёз млекопитающих относятся потовые, сальные и молочные. +

9. При сильном похолодании некоторые птицы могут впадать в спячку. +

10. Парасимпатическая нервная система увеличивает секрецию слюны, симпатическая – останавливает. +

11. Червеобразный отросток (аппендикс) не имеет полости.

12. В норме слюны у человека выделяется меньше, чем желудочного сока. +

13. Во время отдыха количество сахара в крови уменьшается. +

14. На больших глубинах в Мировом океане могут существовать только детритные цепи питания.

15. Популяционные волны связаны только с колебаниями численности и не оказывают влияния на генофонд.

16. Единственная функция клеточной мембраны – поддержание постоянной формы клетки.

17. Цитоплазма обеспечивает взаимосвязь всех частей клетки. +

18. Пиноцитоз характерен только для животных клеток.

19. Качественный и количественных состав органоидов клетки зависит от выполняемых ею функций. +

20. Наиболее вероятно, что эволюция покровов у беспозвоночных шла в направлении развития мерцательного эпителия в плоский эпителий. +

Часть 4. Вам предлагаются тестовые задания, требующие установления соответствия. Максимальное количество баллов, которое можно набрать – 10. Заполните матрицы ответов в соответствии с требованиями заданий.

1. [мах. 2,5 балла] Соотнесите систематические группы растений (А–Б) с их
признаками (1–5).

Признаки:

1. Гаметофит раздельнополый.

2. Гаметофит обоеполый, на нем развиваются
и мужские и женские гаметы.

3. Гаметофит представлен заростком.

4. Для оплодотворения необходима водная среда.

5. Для оплодотворения не нужна водная среда.

Систематическая группа:

А. Покрытосеменные

Б. Папоротниковидные

Признаки

Систематическая группа

2. [мах. 2,5 балла] Соотнесите половые клетки человека (А–Б) с их характеристиками (1–5):

Характеристики клетки

1. В строении клетки различают головку, шейку и хвост.

2. Обладают относительно крупными размерами по сравнению
с половыми клетками, принадлежащими противоположному полу.

3. Клетка способна к активному передвижению.

4. Клетка имеет несколько оболочек, располагающихся поверх
цитоплазматической мембраны.

5. Из одной клетки-предшественницы их образуется
четыре.

Половые клетки

А. Сперматозоид

Б. Яйцеклетка

Характеристики клетки

Половые клетки

3. [мах. 2,5 балла] Установите соответствие между перечисленными группами организмов (1–5) и их ролью в цепях питания (А-В) .

Организмы:

2. Зеленые растения.

3. Травоядные животные.

4. Хищные животные.

5. Плесневые грибы.

Трофические уровни:

А. Консументы.

Б. Редуценты.

В. Продуценты.

Характеристики

Группы организмов

4. [мах. 2,5 балла] Соотнесите вещество (А–Д) и биологический материал, из которого оно может быть получено (1–5).

Биологический материал:

1. Клеточная стенка грибов

2. Печень животных

3. Клеточный сок растений

4. Сердцевина стебля растений

5. Хлопковое волокно

Вещество:

А. Крахмал

Б. Сахароза

В. Целлюлоза

Д. Гликоген

Биологический материал

Вещество

Основные направления эволюции растений.

Все виды ныне живущих растений в зависимости от их организации делят на две большие группы: низших и высших растений.

Низшие отличаются нерасчлененным телом (таллом, слоевище). Наиболее примитивные формы – одноклеточны.

Высшие растения имеют расчлененное тело, их органы состоят из различных тканей. Растительная клетка имеет одни и те же черты организации: наличие наружной полисахаридной оболочки, являющейся опорной системой, наружным скелетом. Ее возникновение – следствие фототрофного питания – образуется избыток растворимых углеводов. Эти вещества выводятся из клетки и превращаются в нерастворимые элементы клеточной оболочки.

Особенности растений:

    Автотрофное питание. Когда квант света возбуждает молекулу хлорофилла, один из электронов переходит на более высокий энергетический уровень, затем передается молекуле акцептору, запуская поток электронов, и за долю секунды возвращается в исходное энергетическое состояние. Вся жизнь на нашей планете, за немногими исключениями, зависит от энергии, на мгновение приобретаемой электроном. Альберт Сент-Дьердьи: «Жизнью движет слабый непрекращающийся поток солнечного света».

    Строение клетки. Эта оболочка не препятствует поглощению и выделению растворенных веществ. Т.к. элементы питания (вода, минеральные соли) равномерно рассеяны в окружающей среде, то растения постепенно теряют подвижность. Поглощение элементов питания происходит через наружную поверхность растений →

    Тенденция к увеличению поверхности соприкосновения с внешней средой.

    Появление многоклеточности: появление твердых оболочек приводит к дифференциации клеток. Наличие плазмодесм, являющихся плазматической связью между клетками обеспечивает целостность органа.

    Способность к длительному нарастанию приводит дифференциации тела растения.

    Выход на сушу требует приспособлений к жизни в почвенно – воздушной среде. Происходит стабилизация водного обмена. Низшие растения – пойкилогидрические, высшие – гомойогидрические. Образование тканей (проводящие, образовательные, механические, покровные, запасающие и т.д.)

    Возникновение побегов.

    Возникновение почек – замкнутых вместилищ верхушечных меристем, защищенных листовыми зачатками и почечными чешуями.

Широко распространено мнение, что предковые формы высших растений обладали изоморфным чередованием поколений, и от этого типа в дальнейшем эволюция пошла по двум направлениям: гаметофитному и спорофитному.

Однако высказывается мысль и о том, что уже исходная группа водорослей обладала разными типами цикла воспроизведения и дала две независимые линии эволюции.

Все высшие растения обладают рядом общих признаков:

    Наличием функционально сходных тканей;

    Морфологически сходных вегетативных органов

    Однотипных (за исключением покрытосеменных) многоклеточных половых органов и спорангиев, кутинизированных спор, правильном чередовании поколений.

Это позволяет сделать вывод о единстве происхождения высших растений от какой – то одной группы водорослей. Длительное время в качестве исходной группы рассматривались бурые водоросли, т.к. они имеют расчлененный, часто весьма специализированный таллом.

У некоторых представителей формируются ткани и встречаются многокамерные гаметангии. Однако, различия пигментного состава и запасных питательных веществ вызывают возражения.

Большинство современных ученых в качестве предковой группы рассматривает зеленые многоклеточные водоросли, обладающие гетеротрихальным талломом. В этом убеждает сходство пигментного состава, запасных питательных веществ, наличие у некоторых современных хетофоровых многокамерных гаметангиев.

Все высшие растения подразделяют на 8 отделов: риниофиты, мохообразные, плауновидные, псилотовые, хвощевидные (членистые), папоротниковидные (папоротники), голосеменные, цветковые (покрытосеменные).

Первые вполне достоверные остатки наземных организмов известны с Силура. Заселение безжизненных материков шло на протяжении ордовика, силура и девона.

Начало освоения суши – появление пленчатых обрастаний прибрежных камней в полосе приливно – отливной зоны сине-зеленых водорослей. Потом они заселялись бактериями. Сформированные пленчатые бактериально-водорослевые образования перекрывались неорганическими материалами (выветривание горных пород). Происходило первичное почвообразование. Освоение ее растениями и животными усиливало почвообразовательные процессы.

Древнейшие растения, имеющие наземный облик, но населяющие пограничную зону между водой и сушей, влажные местообитания были псилофиты из группы риниевых – невысокие травянистые или кустарниковые растения, еще не имевшие настоящих корней и листьев. В их древесине уже имелись примитивные сосудистые образования – трахеиды.

Риниевые могли возникнуть от каких – либо высших водорослей еще в ордовике.

В верхнесилурийских отложениях встречаются ископаемые остатки спор и гиф, которые интерпретируют как древнейшие известные остатки наземных грибов – аскомицетов.

В самом раннем девоне от самых примитивных риниевых могли возникнуть мохообразные, а от высших псилофитов произошли различные группы сосудистых растений, обладающие расчлененным талломом и более совершенными способами размножения: от зостерофиллофитов – плаунообразные; от тримерофитов – хвощевые и папоротникообразные. Представители этих груаа растений лучше приспособленные к жизни на суше, в позднем девоне повсеместно вытеснили псилофитов и сформировали первую настоящую наземную флору. К этому времени относится появление первых голосеменных (семенные папоротники), возникших от древних разноспоровых папоротников.

В процессе приспособления к жизни на суше в растений совершенствовались вегетативные органы, в которых дифференцировались различные ткани:

    покровные защищали растения от избыточного испарения и повреждений;

    механические (опорные и проводящие).

Особенно сложной для растений на суше стала проблема осуществления полового процесса. В воде подвижные мужские гаметы легко достигали яйцеклетку, тогда как в воздушной среде при неподвижности растений встреча гамет невозможна без специальных приспособлений, обеспечивающих их перенос от одного растения к другому.

У высших наземных растений такие приспособления сформировались из гаплоидного поколения (гаметофита), которое редуцируется до одной – нескольких клеток (пыльца семенных растений). Диплоидное поколение (спорофит) становится основным в жизненном цикле.

Противоположное соотношение этих поколений в жизненном цикле -–с преобладанием гаметофита имеется лишь у мхов, что, вероятно, решающим образом ограничило адаптивные возможности этой группы в освоении суши. Мхи выживают лишь в условиях достаточно высокой влажности и тесно связаны с субстратом.

Во влажном и теплом климате, характерном для первой половины каменноугольного периода, широкое распространение получила обильная наземная флора, имевшая характер густых влажных тропических лесов.

Среди древовидных растений выделялись представители плауновидных – липидодендроны и сигиллярии (30 – 40 метров высотой и до 2 метров в диаметре). Высились хвощеобразные пирамидальные каламиты. Очень обильны были различные папоротники. Голосеменные были представлены разнообразными птеридоспермами, и новой группой – кордаитами, напоминающими хвойные.

Начиная с верхнего карбона в Южном полушарии усилились процессы оледенения. Гондванская флора этого периода называется глоссоптериевой по распространенности в ней видам семенного папоротника Glossopteris – небольшое растение с крупными цельными листьями. В состав глоссоптериевой флоры кроме различных семенных папоротников входили представители других групп голосеменных растений: кордаитовых, гинкговых, хвойных.

Пермское вымирание по масштабу принадлежит к категории «великих вымираний». Пермское оледенение и последовавшее вслед за ним глобальное потепление климата изменили общий облик флоры. Вымерли древовидные плаунообразные, семенные папоротники и кордаиты. Их место занимают представители других групп голосеменных: саговниковые, гинкговые, хвойные.

В позднем мезозое появляются цветковые растения. Первые достоверные остатки были обнаружены в нижнемеловых отложениях с возрастом около 120 млн. лет. Это были мелколистные кустарники или небольшие деревья. В начале позднего мела покрытосеменные приобретают самое широкое распространение и огромное разнообразие размеров и форм. Среди них становятся многочисленными крупнолистные растения, представители современных семейств магнолиевых, лавровых, платановых, кленовых.

О происхождении цветковых до сих пор нет единого мнения. Характерные особенности покрытосеменных, например, образование завязи, защищающей семяпочки (макроспорангии) посредством срастания краев плодолистиков (макроспорофиллов), постепенно развивались у нескольких групп голосеменных растений. Происходило параллельное и независимое развитие признаков покрытосеменных в разных филетических линиях проангиоспермов (имеет место параллельная эволюция).

Широкое распространение покрытосеменных к середине мелового периода и приобретение ими ведущей роли среди флоры в большинстве наземных биоценозов произошло за 15 – 20 млн. лет, но не носило «взрывного» характера.

Расселение и адаптивная радиация покрытосеменных в первой половине мела имели характер постепенного, хотя и относительно быстрого процесса, обычно наблюдаемого после приобретения новой группой организмов важных приспособлений, обеспечивающих преимущества в борьбе за существование.

Растения захватывают сушу

Жестокий новый мир...

В те далекие времена, когда суша была голой каменистой пустыней, в морях и океанах Земли царствовали водоросли – тогда единственные представители царства растений. Среди водорослей встречались и просто устроенные одноклеточные организмы, и гораздо более совершенные растения со сложным ветвлением слоевища, части которого внешне напоминали листья и стебли. У некоторых наиболее сложно устроенных красных, бурых и зелёных водорослей возникли специальные органы полового размножения: женские – архегонии и мужские – антеридии, в которых под защитой толстых стенок развивались половые клетки – яйцеклетки и сперматозоиды. Большинство ученых склонно считать, что предками всех наземных растений были именно зелёные водоросли с разветвленным слоевищем и сложно устроенными половыми органами, которые могли защитить от высыхания половые клетки первых наземных обитателей.

Выход растений на сушу произошел примерно 450 млн. лет назад, когда в атмосфере сформировался тонкий слой озона, защищающий живые организмы от губительного действия космической радиации. До этого жизнь могла развиваться только в воде. Этому великому событию предшествовало полтора миллиарда лет, в течение которых происходило накопление кислорода в атмосфере планеты.

Чтобы выйти на сушу и завоевать ее, растениям пришлось решить ряд проблем, с которыми они не сталкивались в водной среде. И самой важной среди них стала проблема экономии воды.

Клетки живого организма на 90–98% состоят из воды, именно вода является той универсальной средой, в которой осуществляются все жизненно важные процессы клетки. Даже незначительная потеря воды представляет для живого организма смертельную опасность. В водной среде растения «не задумываются» над этим, но на суше они оказываются «лицом к лицу» с угрозой иссушения, поскольку вода постоянно испаряется с поверхности растения через оболочки клеток.

Как предотвратить губительную потерю воды? Конечно, скажете вы, растению нужно каким–то образом уменьшить количество испаряемой влаги, неплохо бы «изобрести» защитный слой, препятствующий испарению воды с поверхности растения. Такой слой действительно возник.

Кутикула (от латинского слова «cutis» – кожа) – воскоподобное вещество, плохо пропускающее водяные пары, покрывает все органы высших растений, подверженные иссушающему действию солнечных лучей и ветра. Слой кутикулы вырабатывает кожица – особая покровная ткань.

Водяной пар – тот же газ, поэтому, не давая испаряться парам воды, кожица и кутикула одновременно препятствуют свободному прохождению других газов – кислорода и углекислого газа, необходимых растению для дыхания и питания. Поэтому в процессе эволюции в слое кожицы возникли мелкие невидимые простым глазом отверстия – устьица. Через устьица и происходит газообмен между растением и окружающим растение воздухом. Без устьиц растение просто задохнулось бы.

Поперечный срез листа Газообмен и испарение воды могут происходить только через устьица (1) – отверстия в кожице (2), свободные от слоя воздухонепроницаемой кутикулы (3). Замыкающие клетки устьица (4) способны открываться и закрываться , регулируя испарение воды

Кутикула и устьица выполняют в организме растения совершенно противоположные задачи. Кутикула препятствует испарению воды, а через устьица постоянно происходит ее «утечка». Но теперь эта «утечка» поставлена под контроль растения – в зависимости от влажности воздуха и содержания воды в почве устьица открываются то больше, то меньше, а то и вовсе наглухо «задраиваются» до лучших времен.

Но кутикулу с устьицами еще предстояло развить, а пока, на первом этапе освоения суши, растения–первопроходцы столкнулись с массой других проблем. Одна из них также связана с водой – ее нужно не только экономить, но и получать из внешней среды. Корни растения, расположенные в почве, более или менее обеспечены влагой, но надземные органы нуждаются в бесперебойной подаче воды, постоянно теряющейся через устьица. Значит, между корнями растения и его надземной частью должны возникнуть транспортные магистрали, по которым вода с растворенными в ней минеральными веществами (их, между прочим, тоже в воздухе не сыскать) поставлялась бы от корней к самым удаленным от земли веточкам и листьям. Такими транспортными магистралями стали элементы проводящей системы растений: сосуды и ситовидные трубки. Ситовидные трубки поставляют воду вниз, доставляя органические вещества, полученные листьями, к корням, которые, погрузившись в почву, оказались отрезанными от света и неспособными к фотосинтезу.

Прочные одревесневшие стенки сосудов древесины заодно придают стеблю растения дополнительную жесткость и прочность, т. е. участвуют в решении третьей проблемы первопоселенцев суши – необходимости поддерживать тело в вертикальном положении.

Низшие растения – водоросли, живущие в воде, могут достигать 90 м в длину (некоторые представители ламинариевых водорослей), и такие размеры подводных обитателей никого не изумляют. Ведь и самое крупное животное планеты – синий кит (более 30 м в длину) тоже обитает в водной среде. В воде не надо тратить усилий на поддержание тела в пространстве, она сама поддерживает тебя. Вспомните, в воде вы можете стоять с полностью расслабленными мышцами, а на суше для поддержания прямостоячего положения вам приходится постоянно напрягать мышцы спины, живота и ног.

Казалось бы, самые крупные растения должны встречаться в морях и океанах, но вот что удивительно: в отличие от животных, самые крупные растения встречаются не в воде, а на суше. Отдельные представители растительного мира достигают высоты более 100 м. Это самые высокие деревья планеты: секвойя–дендрон гигантский (зарегистрированный рекорд – 135 м), эвкалипт царственный (109 м), секвойя вечнозеленая (110 м). Вероятно, этот парадокс отчасти связан с тем, что для питания растениям необходим свет, поэтому часть растения должна возвышаться над землей и чем выше, тем лучше. Во все времена находились растения, выбиравшие стратегию гигантизма. Размеров деревьев (да они и были деревьями) достигали древние вымершие хвощи – каламиты и плауны–чешуедревы, а среди папоротников и до сих пор сохранились древовидные представители, напоминающие своим внешним видом пальмы. Но, стремясь ближе к солнцу, растения должны научиться поддерживать себя в вертикальном положении, что в воздухе сделать непросто.

Каким образом растения могут поддерживать себя в разреженной воздушной среде и противостоять действию ветров? В этом растению помогают специальные механические ткани – своеобразный скелет растения. Механические ткани состоят из клеток, стенки которых пропитаны веществом, придающим клеткам необычайную жесткость и прочность. Это вещество – уже знакомый нам лигнин, который мы упоминали в разделе, посвященном грибам. У растений, погруженных в воду, механические ткани не развиваются за ненадобностью. В отсутствии механических тканей у подводных растений легко убедиться, вытащив их из воды, – их стебли и листья сразу поникают, словно увядшие, они не способны поддерживать вертикальное положение.

Секвойядендрон гигантский

Конечно, мы перечислили далеко не все сложности, возникшие перед растениями, заселившими сушу. Даже при условии решения проблемы иссушения, остается вопрос о том, как размножаться половым путем. У водорослей мужские гаметы плывут к яйцеклеткам прямо в воде: всё просто. А на суше примитивным высшим растениям, унаследовавшим от предков «водный» способ полового размножения, приходится ждать дождя, чтобы сперматозоиды могли доплыть до яйцеклеток по пленке воды. Окончательно освободить процесс размножения от водной зависимости удалось только цветковым, но сейчас давайте познакомимся с первооткрывателями суши и посмотрим, какие изменения внешнего и внутреннего строения происходили у растений по мере освоения наземной среды обитания.

 Из книги Большая Советская Энциклопедия (АИ) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (БЕ) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ВЕ) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ЖИ) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (КО) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ЛЕ) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (РА) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (СО) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ЯВ) автора БСЭ

Из книги Странности нашей эволюции автора Харрисон Кит

Из книги Я познаю мир. Живой мир автора Целлариус А. Ю.

Выход на сушу Первые рыбы вышли на сушу более 360 миллионов лет назад, в эпоху чередующихся засух и наводнений, когда эволюция создала много новых типов рыб.Никто точно не знает, почему рыбы вышли на сушу, но сегодняшние позвоночные успешно осваивают различные среды

Из книги Универсальный энциклопедический справочник автора Исаева Е. Л.

Растения Их ещё недавно, когда к царству растений относились и водоросли, называли высшими растениями. Ныне водоросли ушли в царство протист, и теперь титул «высшие» потерял смысл. Других в растительном царстве просто нет. Растения в целом – сухопутные существа. Обратно

Из книги Автономное выживание в экстремальных условиях и автономная медицина автора Молодан Игорь

Выход на сушу Класс костных рыб делится на два подкласса – лучеперые и лопастеперые. Лучеперые ударились в бурную эволюцию, завоевали все водоемы планеты, и сейчас именно они представляют класс костных рыб. Лопастеперым это почему–то не удалось. Они отделились от

Из книги Учебник по выживанию в экстремальных ситуациях автора Молодан Игорь

Растения Авран лекарственныйАдонис весеннийАдонис волжскийАлтей лекарственныйАргусия сибирскаяАстрагал бороздчатыйАстрагал длинноногийАстрагал коротколопастныйАстрагал рогоплодныйАстрагал ХеннингаАстрагал ЦингераАстрагал шершавыйБагульник болотныйБелозор

Из книги автора

6.11.1. Растения В связи с небольшой энергетической ценностью растительного мира следует выбирать растения, произрастающие в большом количестве, либо с большой пищевой массой, высококалорийные растения, произрастающие в прибрежной части водоемов (рогоз, чилим, тростник,

Из книги автора

Растения Энергетическая ценность многих растений невысока (не более 30–40 ккал на 100 г пищевой массы), так что насытиться ими сложно. Поэтому в первую очередь следует искать растения, произрастающие в большом количестве либо с большой пищевой массой, высококалорийные

Кто были первые наземные существа — точно неизвестно: сами они в палеонтологическую летопись не попали, и мы судим об их существовании по косвенным признакам. Почва образуется из горных пород лишь при участии живых организмов . С другой стороны, в воде процесс почвообразо-вания идти не может — только на суше. Значит, если в некое время существовали почвы, то должна была существовать и наземная жизнь... Почва может захорани-ваться, и попадать в геологическую летопись точно так же, как жи-вотные и растения. Так вот, самые древние из этих ископаемых почв имеют возраст 2 миллиарда лет . В почвообразовании в те времена участвовали низшие растения: на-земные водоросли и лишайники . Похожие водоросли и сейчас встречаются на суше в виде зеленоватого налета на влажных кам-нях и коре деревьев. Лишайники же — союз, образованный водорослями и грибами , — способны жить в самых суровых условиях.

Это было нечто похожее на болото современного типа, но без торфяного слоя. То есть совершен-но особенное, такого на Земле никогда больше не существовало; эти экосистемы иногда называют «лесами-водоемами» . Упавшие деревья здесь не разрушались древогрызущими насекомыми , грибками и бактериями , а слеживались под водою без доступа воздуха в плотную массу и постепенно превращались в каменный уголь . Большая часть мировых запасов каменного угля образова-лась именно в это время; отсюда и название этого периода.

«Изобретение» семени — заслуга голосе-менных растений. Среди них хорошо знакомы современные хвойные — ель и со-сна. Так вот, семя — это окруженный защит-ной оболочкой зародыш растения с запасом «продуктов» на первое время. Семени не страшны ни высыхание, ни ультрафиолет. Дождавшись благоприятных условий, за-родыш прорастает сквозь оболочку. Такое «изобретение» позволило голосеменным в конце палеозоя уйти от берегов водоемов и заселить огромные пространства материков от