Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

РАЗВИТИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА



Многообразие растений и их происхождение. Доказательство исторического развития растений: ископаемые остатки. Усложнение растений в процессе исторического развития. Общая площадь нашей планеты составляет свыше 500 млн. кв. км. На долю суши приходится около 150 млн. кв. км. Мировой океан занимает 361 млн. кв. км. И суша, и океан заселены растениями. Разнообразие их слишком велико. В настоящее время насчитывается примерно
500 000 видов (включая грибы) растений. Среди растений различают разные по окраске и строению водоросли, грибы, семенные растения, в том числе голосеменные и цветковые. В подавляющем своем большинстве растения - автотрофные организмы, в основном фототрофные. Но грибы - гетеротрофы, т.е. они не сами строят необходимые для поддержания жизни органические вещества, а черпают их из окружающей среды. В этом отношении с ними сходны бактерии, тоже относимые обычно к миру растений и практически все тоже гетеротрофные. При большом видовом разнообразии трудно найти признаки, общие для всех растений, и притом такие, которые не встречались хотя бы у некоторых животных. Тем не менее, можно указать, хотя и немногие из них, свойственные подавляющему большинству растительных организмов. Среди них прежде всего - наличие в составе клетки растений твердой клеточной оболочки. Эта деталь строения характерна и клетке гриба, и бактериальной клетке, и клеткам водорослей, и клеткам высших зеленых растений. Приобретение твердой оболочки наложило отпечаток на всю дальнейшую эволюцию растений - питание их стало зависеть от размера поверхности соприкосновения тела растения с окружающей его средой. Восприятие питания "всасыванием" было, вероятно, причиной и еще одного свойства растений - их малой подвижности. Относительная неподвижность растений обусловила и особый способ их расселения. Они расселяются в основном спорами и семенами, а также частями вегетативного тела. Большинство ученых полагают, что жизнь вообще и растительная жизнь в частности возникла в воде. Очень длительный период, в течение которого развились многообразные типы водорослей, предшествовал происхождению наземной растительности. Самым ранним из известных ископаемых, представленным несколькими типами мелких, сравнительно простых клеток, примерно 3,5 млрд. лет. Они найдены в некоторых древнейших горных породах. Как известно, для обеспечения жизненных функций клетки должны получать энергию. Согласно современным теориям эту энергию они могли получать от химических соединений, в изобилии окружающих их в первичном мировом океане, имеющих ядерные оболочки и ограниченные мембранами органеллы. По мере развития и усложнения организмы становились все более самостоятельными, приобретая способность, расти, размножаться и передавать свои признаки следующим поколениям. Клетки, которые удовлетворяли свои энергетические нужды, потребляя органические соединения из окружающей среды, являлись гетеротрофами. По мере увеличения численности примитивных гетеротрофов запас сложных молекул, от которых зависит их существование, накапливаемый в течение миллионов лет, начал истощаться. Органических соединений за пределами клеток оставалось все меньше и между ними началась конкуренция. В течение длительного медленного процесса вымирания наименее приспособленных, возникли организмы, способные создавать собственные богатые энергией молекулы из простых неорганических веществ. Они и были первыми автотрофами. Без появления этих первых автотрофов жизнь на Земле прекратилась бы. Наиболее преуспевающими оказались автотрофы, у которых появилась система для непосредственного использования солнечной энергии, т.е. фотосинтеза. Этот период и можно считать временем появления на земле одноклеточных водорослей. Они были намного проще современных, но уже значительно сложнее, чем примитивные гетеротрофы. Для поглощения и использования солнечной энергии потребовалась особая, улавливающая световую энергию пигментная система и сопряженная с ней система запасания этой энергии в связях органических молекул. По мере увеличения количества одноклеточных автотрофов облик планеты изменился. Эта биологическая революция связана с одним из наиболее эффективных способов фотосинтеза, используемым почти всеми живущими ныне автотрофами и включающим расщепление молекулы воды с высвобождением кислорода. В результате количество газообразного кислорода в атмосфере увеличилось, а это имело два важных последствия. Во-первых, часть кислорода во внешнем слое атмосферы превращалась в озон, который, накопившись в достаточном количестве, начал поглощать ультрафиолетовые лучи падающего на Землю солнечного света и губительного для живого. Во-вторых, увеличение количества свободного кислорода дало возможность более эффективно использовать богатые энергией углеродосодержащие молекулы, образованные в ходе фотосинтеза, позволив организмам расщеплять и окислять их в процессе дыхания. Согласно палеонтологическим данным увеличение концентрации свободного кислорода сопровождалось появлением первых эукариотов, имеющих ядерные оболочки и ограниченные мембранами органеллы. По мере формирования, размножения и увеличения числа клеточных колоний минеральные компоненты в океане быстро истощались. В результате жизнь начала развиваться более интенсивно у берегов, где вода обогащалась нитратами и минеральными солями, приносимыми с суши. Под влиянием новых условий организмы эволюционировали в сторону все большего усложнения своей структуры и увеличения разнообразия. В результате появились водоросли, состоящие из множества клеток, объединенных в единое многоклеточное тело. В бурных прибрежных водах многоклеточным автотрофам было легче противостоять волнам, а взаимодействуя с каменистым дном, они дали начало новым формам. Под давлением этих новых обстоятельств появились специализированные, проводящие питательные вещества ткани, пронизывающие тело и связывающие все его части. Началось заселение суши растениями. Эволюция растений неразрывно связана с постепенным завоеванием суши. Одним из ключевых моментов раннего этапа выхода на берег было появление спор с прочными защитными оболочками, позволяющими переносить сухие условия. Это дало возможность спорам распространяться по поверхности земли ветром. С увеличением размеров растений развивались структуры, способствующие более эффективному высвобождению и рассеиванию спор. Важным эволюционным процессом, сопровождавшим увеличение размеров, было возникновение кутина, воскоподобного вещества, предохраняющего тело растений от избыточного испарения. Развитие у растений эффективной проводящей системы, состоящей из ксилемы и флоэмы, решило проблему транспорта воды и органических веществ в сухопутных условиях. В дальнейшем подземные части у первых наземных растений превратились в корни, выполняющие функции поглощения и закрепления, а на надземных частях обособились листья. Эта морфологическая дифференцировка упрочила положение первых растений в новой среде и способствовала эффективному фотосинтезу. В дальнейшем гаметофитное поколение постепенно уменьшалось в размере и становилось все более зависимым от спорофита в отношении питания и защиты. И наконец, в некоторых эволюционных линиях возникли семена - структуры, предохраняющие зародыш спорофита от неблагоприятных воздействий среды и питающие его.

Остатки сосудистых растений обнаружены в отложениях силурийского периода. Первенцы наземной растительности жили в тесной зависимости от воды, по берегам теплых лагун. Но они уже не были целиком погружены в воду, как водоросли. Чередование поколений гаметофита и спорофита, появившееся еще у предков наземных растений, было очень выгодным, так как одно из поколений не теряло связи с водой (гаметофит), а другое могло специализироваться на сухопутном образе жизни, при этом добывая необходимую воду лишь подземными частями.

В силурийском периоде появились псилофиты. Эти примитивные формы доминировали до среднего девона. Они известны из отложений, обнаруженных в Западной Европе, Урале, Западной Сибири и др. Псилофиты образовывали обширные заросли на болотистых почвах. По высоте их стебли достигали нескольких метров и имели боковые ветви. Корни и листья отсутствовали. Поверхность стеблей была голой или покрывалась многочисленными шипами. Исходя из имеющихся данных можно предполагать, что первоначальным органом спорофита высших растений был ветвящийся стебель псилофитов.

Многие ученые считают, что ископаемые псилофиты могли быть предками мхов, плаунов, хвощей и папоротников.

Среди высших растений мхи образуют наиболее обособленную группу. Древность мхов убедительно доказана ископаемыми находками. Считается, что в карбоне они уже существовали. Мхи представляют собой слепую ветвь эволюции растений. С давних пор они заняли свое особое место в природе и сохранили его в сложных условиях формирования континентов, изменений климата и растительного покрова. Значительное участие мхов в растительном покрове земли оказывает существенное воздействие на среду обитания других растений.

В местах повышенного увлажнения в умеренных зонах северного и южного полушарий постепенно накапливались и продолжали накапливаться значительные толщи торфяных отложений с преобладающим участием мхов. Общеизвестно ландшафтное значение мхов в тундре. Хотя изобилие этих растений отмечается и для тропиков. Большинство мхов это многолетние и редко встречаются однолетние растения. Но при этом все они низкорослые. У мхов очень простая внутренняя организация. В их теле есть ассимиляционная ткань, а также слабовыраженная проводящая, механическая и покровная. Мхи имеют малоразвитые вегетативные органы - листья и стебли. Доминирующее положение в цикле развития мхов занимает гаплоидный гаметофит. Он часто живет в воде или на сырых местах, однако для многих мхов свойственны и сухие места обитания. Спорофит мха помещается на гаметофите и питается полностью за его счет.

Среди высших растений, населяющих нашу планету, хвощи, плауны и папоротники относятся к наиболее древним. Значительного расцвета эти растения достигли в позднем палеозое. Все эти растения отличаются резким обособлением спорофита и гаметофита. Оба поколения вполне самостоятельны, причем гаметофит развит слабо и остается в значительной зависимости от воды. У него имеется лишь ризоиды. Половой акт происходит только в воде. Однако спорофит у этих растений в сухопутных условиях получил значительное развитие. Уже в древнейшие времена появились их древовидные формы, расчлененные на корни, ствол и листья. Современные хвощи и плауны - многолетние травянистые растения, плауны обычно вечнозеленые. Что касается папоротников, то среди них отмечается очень большое разнообразие наземных форм, они отличаются внутренним строением и размерами. По своим размерам папоротники варьируют от тропических древовидных форм, достигающих 25 м в высоту, до крошечных растений длиной всего лишь в несколько миллиметров. Почти у всех папоротников многолетний спорофит.

В современном растительном покрове хвощи и плауны играют очень скромную роль и число их видов невелико, что касается папоротников, то они продолжают процветать. Хотя сейчас они играют несколько меньшую роль, чем в прошлые геологические периоды. Папоротники распространены очень широко по всему земному шару, и встречаются в самых различных местах обитания. Во второй половине девонского периода появляются первые голосеменные растения. Впервые на Земле возникли леса. Эти леса росли на илистой, все еще пропитанной водой почве берегов лагун, на наносах. Они подмывались разливами, деревья падали в воду, покрывались наносами и под их тяжестью прессовались. С течением времени, при затрудненности процесса разложения, древние остатки, теряя все больше и больше водород, кислород и азот, превращались в мощные залежи каменного угля, которыми характеризуется каменноугольный период, последовавший за девонским. В этот период было наибольшее развитие всех названных групп растений. В России каменноугольное отложение с остатками этих растений занимает большие территории в Кузбассе. В следующий, пермский период плауны и хвощи пошли на убыль. Началось развитие хвойных. Папоротники стали завоевывать северное полушарие. В более поздние периоды голосеменные развивались несравненно больше, и мезозойскую эру считают эрой господства голосеменных растений.

Голосеменные - уже совсем сухопутные растения: у них гаметофит потерял свою самостоятельность. Получилось обратное тому, что мы видим у мхов. Редукция гаметофита зашла дальше, чем у хвощей, плаунов и папоротников. Спорофит сделался, наоборот, более мощным и более разнообразным. При этом приспособляемость спорофита к условиям существования приобрела значительно больший диапазон. У голосеменных находим первое появление пыльцевой трубки. По мнению многих современных авторов, древнейшие покрытосеменные растения появились в раннем меловом периоде. Появление цветковых растений было очень важным поворотным пунктом в развитии растительного и животного мира. Однако в раннем мелу цветковые растения играли лишь ничтожную роль в растительном покрове Земли и встречались довольно редко. Тем не менее, в дальнейшем происходит одно из наиболее глубоких и резких изменений растительного мира - растения за сравнительно короткий промежуток геологического времени широко распространяются по всему земному шару и быстро достигают Арктики и Антарктики. Одним из основных условий их быстрого распространения была, вероятно, их высокая эволюционная пластичность, что выражается в необычайном разнообразии многочисленных приспособлений к самым различным экологическим условиям. Водные растения среди цветковых - вторичное явление: они произошли от наземных цветковых.

Развитие защитного органа для семяпочек в виде завязи пестика, развитие рыльца, возникновение множества приспособлений к переносу пыльцы, многочисленные приспособления для распространения плодов и семян, многообразие форм стебля, листьев, корневых систем, развитие органов вегетативного размножения - все это связано с сухопутным образом жизни. Чрезвычайно большое значение для быстрой эволюции и широкого массового расселения цветковых растений имели насекомые как опылители и птицы как агенты распространения семян, а затем и плодов. В результате быстрой адаптации цветковые растения оказались способными к образованию большого разнообразия сообществ, входящих в состав самых различных экосистем. В отличие от голосеменных, среди которых неизвестны травянистые формы, у цветковых возникло очень большое разнообразие трав. Цветковые оказались единственной группой растений, способной к образованию многоярусных сообществ, состоящих главным образом из самих цветковых растений. Возникновение таких сообществ не могло не способствовать как более интенсивному и полному использованию среды, так и более успешному завоеванию новых территорий. Развилось громадное количество видов, родов, семейств цветковых растений. Им в современную эру принадлежит господство. Они оказались победителями в борьбе за существование.

Основные этапы в развитии растительного мира: возникновение одноклеточных и многоклеточных водорослей; возникновение фотосинтеза; выход растений на сушу (псилофиты, мхи, папоротники, голосеменные, покрытосеменные).Первыми обитателями Земли были прокариоты - организмы без оформленного ядра, похожие на современных бактерий. Они были анаэробами, т.е. не использовали для дыхания свободный кислород, которого еще не было в атмосфере. Источником пищи для них были органические соединения, возникшие еще на безжизненной Земле в результате действия ультрафиолетового солнечного излучения, грозовых разрядов и тепла вулканических извержений. Другим источником энергии для них были восстановленные неорганические вещества (сера, сероводород, железо и т.д.). Сравнительно рано возник и фотосинтез. Первыми фотосинтетиками были также бактерии, но они использовали в качестве источника ионов водорода (протонов) не воду, а сероводород или органические вещества. Жизнь тогда была представлена тонкой бактериальной пленкой на дне водоемов и во влажных местах суши. Эту эру развития жизни называют архейской, древнейшей (от греческого слова archaios - древний).

В конце архея произошло важное эволюционное событие. Около 3,2 млрд. лет назад одна из групп прокариот - цианобактерии выработала современный оксигенный механизм фотосинтеза с расщеплением воды под действием света. Образующийся при этом водород соединялся с углекислым газом, и получались углеводы, а свободный кислород поступал в атмосферу. Атмосфера Земли постепенно становилась кислородной, окислительной.

Все это имело важные последствия для жизни. Кислород в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей превратился в озон. Озоновый экран надежно защитил поверхность Земли от жестокого солнечного излучения. Стало возможным возникновение кислородного дыхания, энергетически более выгодного, чем брожение, гликолиз, а следовательно, и возникновение более крупных и более сложно устроенных эукариотических клеток. Возникли сначала одноклеточные, а затем и многоклеточные организмы. Кислород сыграл и отрицательную роль - все механизмы связывания атмосферного азота подавляются им. Поэтому азот атмосферы связывают до сих пор бактерии-анаэробы и цианобактерии. От них практически зависит жизнь всех остальных организмов на Земле, возникших позже, уже в кислородной атмосфере.

Цианобактерии наряду с бактериями были широко распространены на поверхности Земли в конце архея и последующей эре - протерозойской, эре первичной жизни (от греческих слов proteros - более ранний и zoe - жизнь).

Неясно, когда появились эукариоты, имеющие клетки с оформленным ядром. Считают, что это произошло 1,5 млрд. лет назад, однако в последние годы в Канаде найдены остатки клеток с темными пятнышками внутри (очевидно, ядрами) в слоях давностью 2 млрд. лет.

Возникли эукариоты, вероятно, в результате симбиоза их предков с какими-то аэробными бактериями. Так, вероятно, произошли энергетические фабрики эукариотной клетки - митохондрии.

Несколько позже симбионтами каких-то первых эукариот стали цианобактерии - предки хлоропластов. Остатки первых несомненных эукариот - простейших и колониальных водорослей - найдены в отложениях протерозойской эры. Они похожи на вольвоксов. Первые эукариоты - простейшие, одноклеточные водоросли и грибы - широко распространились в протерозое.

В палеозойскую эру растительный мир достиг большого разнообразия, стала развиваться наземная жизнь. В палеозое различают шесть периодов: кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный, пермский. В кембрийском периоде жизнь была сосредоточена в воде (она покрывала значительную часть нашей планеты) и представлена более совершенными многоклеточными водорослями, имевшими расчлененное слоевище, благодаря которому они активнее синтезировали органические вещества и явились исходной ветвью для наземных листостебельных растений. На суше обитали лишь бактерии и грибы. В ордовикском периоде в пресных и солоноватых водах хорошего развития достигли планктонные водоросли. Широко представлены бактерии. В конце силурийского периода в связи с горообразовательными процессами и сокращением площади морей часть водорослей оказалась в мелких водоемах и на суше; многие из них погибли. Однако в результате разнонаправленной изменчивости и отбора отдельные представители приобрели признаки, способствовавшие выживанию в новых условиях. Появились первые наземные споровые растения – псилофиты. Они имели цилиндрический стебель и вместо листьев чешуи. Важнейшие приспособления у них – возникновение покровной и механической тканей, корнеподобных выростов – ризоидов, а также элементарной проводящей системы. В девоне количество псилофитов резко сокращается, на смену им приходят – высшие растения – плауновидные, моховидные и папоротниковидные. У них развиваются настоящие вегетативные органы – корень, стебель, лист. В каменноугольном периоде распространились гигантские папоротникообразные, которые в условиях теплого влажного климата расселились повсеместно. В пермский период климат стал более сухим и холодным, и на смену древовидным споровым папоротникообразным пришли семенные папоротники, от которых произошли голосеменные растения. Они имели развитую стержневую корневую систему и семена; оплодотворение у них проходило в отсутствие воды. Далее следует мезозойская эра, которая включает 3 периода: триасовый, юрский и меловой. В триасе широко распространились голосеменные растения, особенно хвойные, занявшие господствующее положение. В меловом периоде мезозоя от голосеменных отделилась ветвь растений, имевших орган семенного размножения – цветок. После оплодотворения завязь цветка превращается в плод, поэтому семена внутри плода защищены мякотью и оболочками от неблагоприятных условий среды. Многообразие цветков, различных приспособлений для опыления и распространения плодов и семян позволило покрытосеменным (цветковым) растениям широко распространиться в периоде и занять господствующее положение. За мезозойской эрой следует кайнозойская, которая также подразделяется на три периода: палеоген, неоген и четвертичный. В палеогене, неогене и начале четвертичного периода цветковые растения благодаря приобретению многочисленных частных приспособлений заняли большую часть суши и представляли тропическую и субтропическую флору. В связи с похолоданием, вызванным наступлением ледника, субтропическая флора отступила к югу. В составе растительности умеренных широт стали преобладать листопадные деревья, приспособленные к сезонному ритму температуры, а также кустарники, травянистые растения. Расцвет травянистых приходится на четвертичный период.

Господство покрытосеменных в настоящее время, их многообразие и распространение на земном шаре. Влияние хозяйственной деятельности человека на растительный мир.В настоящее время цветковые растения представляют собой самый большой отдел растительного мира, насчитывающий около 250 000 видов растений. Цветковые растения произрастают во всех климатических зонах и в самых различных экологических условиях - от тропических лесов до тундры, от болот до пустынь и от морских побережий до высочайших гор. Они составляют основную массу растительного вещества биосферы и являются самой главной для человека группой растений. Все важнейшие культурные растения, в том числе хлебные злаки и почти все овощи и плодовые деревья, относятся к цветковым растениям. Среди них многие используются для различных сфер деятельности человека в качестве технических, лекарственных, парфюмерных и т.д.

Несмотря на широкое распространение растений по земному шару интенсификация хозяйственной деятельности человека, начиная с середины ХIХ века и особенно со второй половины текущего столетия оказала значительное негативное влияние на растительный мир нашей планеты.

Научно-техническая революция последних лет поставила перед человечеством целый ряд новых, весьма сложных проблем, с которыми оно до этого или не сталкивалось вовсе, или они не были столь масштабны. Среди них особое место занимают отношения между человеком и окружающей средой. В отличие от животного, лишь приспосабливающегося к окружающей среде в процессе биологической эволюции, человек сознательно и активно изменяет ее для удовлетворения своих потребностей. Воздействие человека на природу обычно связано со стремлением достигнуть каких-то целей, однако они не всегда совпадают с возможностями биосферы. И человек, осваивая и используя богатства природы, не всегда учитывает проявление негативных последствий.

В результате деятельности человека и процесса естественной эволюции в мире быстро исчезают различные виды растений и животных. Во многих странах, в том числе и в России, уничтожена значительная часть лесов, древесной и кустарниковой растительности, нарушение почвенного покрова привело к резкому сокращению травяного разнообразия. Характерной чертой современного развития общества является урбанизация - процесс сосредоточения промышленности и населения в крупных городах, а это в значительной степени влияет на растительный покров вокруг гигантских жилых массивов. В результате воздействия человека на природу коренным образом меняется облик нашей планеты. То, что ныне совершается на поверхности Земли и за ее пределами, не имело ничего подобного в длительной естественной истории ее развития. Проблема сохранения природной среды и целесообразного использования природных богатств приобрела в наше время большую актуальность. Но прогресс человечества не возможен без воздействия на природу, без расходования ее ресурсов, разумного преобразования природы, рационального ее использования в интересах живущих сейчас и будущих поколений. Прогнозируя возможные пути дальнейшего развития человеческого общества, следует учитывать, что увеличение численности населения приведет к росту потребления всех видов ресурсов, в том числе и растительных. В связи с этим ведутся все большие работы по повышению урожайности сельскохозяйственных культур, достигнуты значительные результаты в области химического синтеза биологических ресурсов, повышения эффективности фотосинтеза и так далее. Следовательно, научно-технический прогресс открывает не только новые пути в удовлетворении потребностей человека, но и создает новые возможности для сохранения и восстановления природных условий на Земле.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.