32. УСЛОЖНЕНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ РАСТЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ЭВОЛЮЦИИ.
Происхождение основных систематических групп растений
- Какие отделы выделяют в царстве растений?
- Как происходила эволюция растений?
В предыдущих курсах биологии вы уже познакомились с основными систематическими группами живых организмов, обитающих на нашей планете. Вам известны особенности их строения и жизнедеятельности, их жизненные циклы и приспособления к условиям окружающей среды. Теперь предстоит обобщить всё то, что вы знаете о представителях основных двух царств живых существ — Растений и Животных в свете знаний об эволюционном процессе. Рассмотрим, как происходило усложнение организации растений и животных в процессе эволюции, когда появились основные систематические группы организмов, каковы их предковые формы.
Характерными чертами биологической эволюции являются её непрерывность и преемственная связь между ныне живущими организмами и древними обитателями планеты. Теория эволюции, предложенная Дарвином, в дальнейшем была расширена и дополнена трудами многих учёных. Современные научные данные позволили точно установить, как и в какой последовательности шло развитие животного и растительного мира на нашей планете.
Большой вклад в восстановление хронологии основных эволюционных событий внесла палеонтология — наука об организмах, существовавших в прошлые геологические периоды и сохранившихся в виде ископаемых останков, а также следов жизнедеятельности. Чем глубже расположен слой осадочных пород с окаменелостями, следами или отпечатками, пыльцой или спорами, тем древнее эти ископаемые организмы (рис. 115). Сравнение окаменелостей различных пластов горных пород позволило выделить в истории Земли несколько временных периодов, которые отличаются друг от друга особенностями геологических процессов, климатом, появлением и исчезновением определённых групп живых организмов.
Биологическую историю Земли подразделяют на эры, эры делят на периоды, а в периодах выделяют эпохи, или отделы.
Наша планета возникла около 4,5 млрд. лет назад, а эпоха биологической эволюции, которая продолжается и сейчас, наступила на нашей планете около 3,9 млрд. лет назад.
В настоящее время растения заселяют огромные территории суши и Мирового океана, образуя растительный покров нашей планеты, но так было не всегда.
Архейская эра. Жизнь зародилась в водной среде, потому что только вода могла защитить организмы от солнечного и космического излучений. Первыми живыми организмами на нашей планете были гетеротрофы — организмы, которые усваивали органические вещества из «первичного бульона». Обходились они без кислорода, которого в первичной атмосфере Земли было очень мало. По строению эти первые одноклеточные организмы напоминали современных бактерий.
Данные о заселении прокариотами новых водоёмов с экстремальными условиями свидетельствуют о том, что в основном первыми начинают осваивать новую среду организмы, которые сочетают гетеротрофный и автотрофный типы питания. Так что, возможно, первые организмы на Земле были миксотрофами — организмами, способными не только усваивать готовые органические вещества, но и использовать энергию, выделяющуюся при окислении неорганических соединений (хемосинтез).
Шло время, запасы питательных веществ в первичном океане истощались. Преимущество в конкурентной борьбе получили те, кто научился использовать в качестве источника энергии солнечный свет. Более 3 млрд. лет назад возникли первые автотрофные организмы. Важнейшим событием архейской эры стало появление кислородного фотосинтеза — в атмосфере начал накапливаться кислород.
Протерозойская эра. Около 2,5 млрд. лет назад началась протерозойская эра, продолжавшаяся почти 2 млрд. лет. В этот период, около 2 млрд. лет назад, количество кислорода в воздухе достигло 1% от его содержания в современной атмосфере. Учёные считают, что такой концентрации было достаточно для появления организмов, способных использовать кислород при дыхании. В результате сложного симбиоза разных групп прокариот сформировались и начали активно развиваться эукариоты. Образование ядра повлекло за собой возникновение митоза, а в дальнейшем и мейоза. Это дало возможность появиться половому размножению. Первые одноклеточные зелёные водоросли, имевшие настоящее ядро, стали родоначальниками всех современных групп растений.
Важнейший этап эволюции живой природы — появление многоклеточности начался около 2,1 млрд. лет назад. В результате резко увеличилось многообразие организмов. Появилась возможность специализации клеток, образования тканей и органов. Первыми многоклеточными растительными организмами в древнем океане стали водоросли.
Постепенное увеличение количества кислорода в атмосфере привело к формированию озонового слоя, защитившего Землю от ультрафиолетового излучения, поэтому жизнь могла завоёвывать и сушу. Согласно современным научным данным около 700 млн. лет назад на сушу вышли грибы, возможно, образовав вместе с древними водорослями первые лишайники.
Палеозойская эра. Палеозойская эра началась 541 млн. лет назад и длилась около 289 млн. лет. В это время на планете продолжались интенсивные горообразовательные процессы, сопровождавшиеся высокой вулканической активностью, сменяли друг друга оледенения, периодически на сушу наступали и отступали от неё моря.
В палеозойской эре выделяют шесть периодов: кембрийский (кембрий), ордовикский (ордовик), силурийский (силур), девонский (девон), каменноугольный (карбон) и пермский (пермь).
Важнейшим периодом в эволюции растительного мира современные учёные считают силур. Именно тогда предки современных растений вышли на сушу, дав начало всем высшим растениям. Первыми наземными споровыми растениями стали куксонии, от которых в девоне произошли риниофиты.
От первых примитивных споровых растений произошли все папоротникообразные. Расцвета эти растения достигли 350 млн. лет назад в каменноугольный период, когда климат на Земле был влажным и тёплым (рис. 116). Гигантские леса из древовидных хвощей, плаунов и папоротников покрывали Землю. Именно остатки этих древних растений человечество использует в качестве топлива (каменный уголь).
В конце каменноугольного периода климат сменился на холодный и сухой, и споровые растения оказались перед угрозой вымирания. В данных условиях преимущество получили растения, размножение которых не зависело от наличия воды, а зародыш был защищён от возможных неблагоприятных воздействий. В результате изменения климата по планете широко расселились семенные папоротники, возникшие ещё в начале карбона. Они потеснили споровые растения и в дальнейшем дали начало всем семенным растениям. Семенные растения лучше приспособлены к жизни на суше, чем споровые: процесс оплодотворения у них не зависит от наличия воды, а зародыш и запас питательных веществ для его развития находятся внутри семени.
Мезозойская эра. Около 252 млн. лет назад началась мезозойская эра. Она длилась примерно 186 млн. лет и включала три периода: триасовый, юрский и меловой. В течение почти всего мезозоя на суше господствовали голосеменные растения.
В триасовый период семенные папоротники вымерли практически полностью. В юрском периоде на Земле господствовали папоротники и голосеменные растения. Но уже в течение мелового периода появились и быстро распространились покрытосеменные (цветковые) растения, постепенно вытеснившие голосеменные и папоротникообразные. Цветковые растения имели значительные преимущества перед голосеменными: двойное оплодотворение, обеспечение зародыша большим количеством запасных питательных веществ, защита семени околоплодником и др. Некоторые покрытосеменные растения, возникшие в меловом периоде, сохранились до наших дней (дубы, ивы, эвкалипты, пальмы).
Кайнозойская эра. Начавшаяся около 66 млн. лет назад кайнозойская эра продолжается и в настоящее время. Она подразделяется на три периода: палеогеновый и неогеновый, общей продолжительностью 63,5 млн. лет, и антропогеновый, который начался 2,5 млн. лет назад.
В палеогене на суше господствовали покрытосеменные растения (субтропические леса). В неогене климат стал более сухим, образовались степи, широко распространились однодольные травянистые растения. А четыре гигантских оледенения антропогена полностью изменили растительный облик планеты. Между Азией и Северной Америкой, Европой и Британскими островами возникли сухопутные «мосты», что способствовало широкому расселению видов. В дальнейшем началось глобальное потепление, многие растения вымерли, сформировалась современная флора.
В настоящее время на смену термину «семенные папоротники» приходит термин «палеозойские голосеменные».
Крупнейшее событие антропогена — появление человека, чья деятельность стала ведущим фактором дальнейших изменений в животном и растительном мире Земли.
Запомнить: палеонтология; эры: архейская, протерозойская, палеозойская; периоды; многоклеточность; лишайники, водоросли, риниофиты, семенные папоротники, голосеменные растения, покрытосеменные (цветковые) растения.
Выводы
В процессе эволюции происходило постепенное усложнение организации живых организмов. Современные научные данные позволяют проследить, как и в какой последовательности шло развитие растительного мира на нашей планете.
Думай, делай выводы, действуй
Проверь свои знания
- Что изучает палеонтология?
- Почему первые живые организмы возникли в воде?
- Когда появилась многоклеточность, какие преимущества она дала организмам?
- Какова роль озонового слоя атмосферы?
- Какими растениями был представлен растительный мир в палеозойскую эру?
- В каком направлении шла эволюция растений в мезозойскую эру?
Выполни задания
- Назовите основные преимущества семенных растений перед споровыми.
- Приведите примеры растений, сохранившихся на нашей планете с мелового периода.
Обсуди с товарищами
- В каких направлениях шла эволюция растений на суше?
- Какие особенности риниофитов позволили им выжить и развиваться на суше?
- Что позволило покрытосеменным растениям занять господствующее положение на Земле?
