Текст книги "Единая картина мира. Системно-структурный метод"

✓ Половые клетки водорослей могли оплодотворяться только в воде. В ходе эволюции у наземных растений образовались различные приспособления, помогающие решить эту проблему.

✓ Воздух в отличие от воды не может служить опорой растениям. Тело наземных растений должно быть сравнительно жёстким.

✓ Растениям для роста и размножения требуется свет и минеральные вещества. Часть растения должна остаться над землёй и осуществлять фотосинтез, а другая часть – уйти под землю, снабжая растение водой и минеральными веществами и удерживая его в почве.

✓ Газообмен CO₂ и O₂ должен происходить не в воде, а в воздухе.

✓ Колебания условий окружающей среды (температура, влажность, концентрация различных веществ) более не сглаживаются водной средой.

Все эти приспособления мы можем наблюдать у современных мховых – наиболее примитивных организмов из группы высших растений – это отдел царства растений, объединяющий многоклеточные, просто устроенные растения, у которых отсутствует проводящая ткань. Именно с последним фактом связаны небольшие размеры – 1–50 см и наличие условных «стеблей» и «листьев», а настоящих листьев и стеблей у них нет. Нет у мхов и корней, «стебель» прикрепляется к земле нитевидными выростами стебля, состоящими из одной или нескольких клеток (настоящие корни, содержат клетки проводящей ткани). Мхи достаточно плохо приспособлены к жизни на суше. Они растут, в основном, в сырых и затенённых местах, нередко на гниющей древесине или под водой. Мхи образуют основной растительный покров тундры и торфяных болот, однако, могут выдерживать продолжительные периоды засухи, используя какие-то не совсем понятные механизмы, и даже могут расти на открытых скалах. Как и у всех высших растений, у мхов наблюдается чередование поколений. В течение одного жизненного цикла сперматозоиды с током воды, достигая яйцеклетки и сливаясь с ней. В результате вырастает спорофит, в котором появляются и созревают споры, из которых впоследствии появляется новое растение, и всё повторяется вновь.

Чередование поколений у высших споровых растений

Классификация мхов и печеночников. Наиболее древние мхи известны с карбона (по некоторым сведениями – даже с девона). В настоящее время отдел моховидных включает в себя около 25 000 видов, разделённых на три класса: лиственные мхи, печёночные, антоцеротовые.

Сфагновые и андреевые мхи. Слева направо: сфагнум бурый, сфагнум обманчивый, сфагнум оттопыренный, сфагнум магелланский, андрея скальная

Бриевые мхи. Слева направо: кукушкин лён, птилум гребенчатый, тетрафис прозрачный, фисседенс адиантовидный, брахитециум ручейный

Бриевые мхи. Слева направо: дикранум метловидный, тортелла кудрявая, хилокомиум блестящий, ракомитриум шерстистый, цератодон пурпурный

Печёночники. Слева направо: маршанция полиморфная, блефарострома волосолистная, птилидиум реснитчатый, цефалозия двузаострённая, барбилофозия плауновидная

Приведенные на рисунках различные группы мхов, отличаются между собой по цвету, строением, средой обитания. Не смотря на то, что некоторые мхи растут на высоких скалах, в целом их следует считать земноводными растениями. Интенсивно развиваясь, мхи способствуют заболачиванию почв, ухудшают качество лугов. Торфяные мхи выделяют кислоту, препятствующую гниению, благодаря чему скопления мёртвого мха со временем спрессовываются в торф, используемый как топливо или удобрение.

Торф

Папоротники, хвощи, плауны – являются настоящими пионерами суши.

Папоротниковидные – отдел высших растений, известных с девона, и занимающий промежуточное положение между мхами и голосеменными. В отличие от моховидных, папоротники имеют проводящую ткань, доставляющую воду и питательные вещества ко всем органам. У папоротников есть хорошо развитые листья и стебель, у многих – корневище (с придаточными корнями), однако нет ни цветков, ни семян. Папоротник – травянистое или древовидное растение с крупными перистыми листьями, имеющие чрезвычайное разнообразие форм; они бывают подземными и надземными, прямостоячими и вьющимися, простыми и ветвистыми. Длина стеблей современных папоротников варьирует от нескольких сантиметров до 25 м. У папоротников не образуются годичные кольца, а рост и прочность ограничены. У большинства папоротников, являющиеся разноспоровыми образуются споры двух типов. Из мелких мужских спор развиваются мужские микрозаростки, которые разносятся ветром. В них развиваются спермии, которые после созревания и разрыва оболочки выходят во внешнюю среду. Из более крупных женских спор развивается женский заросток, содержащим яйцеклетку. Спермий попадает к яйцеклетке с водой. Спорофиты могут размножаться также вегетативным путём. На листьях, лежащих на земле, могут образовываться новые растения, укореняющиеся затем в почве. Папоротниковидных около десяти тысяч видов, 300 родов.

Слева направо: мараттиевые (карликовая мараттия, ангиоптерис Смита), ужовниковые (ужовник обыкновенный, гроздовник простой)

Настоящие папоротники. Верхний ряд, слева направо: орляк обыкновенный, асплений степной, щитовник мужской, криптограмма курчавая. Нижний ряд, слева направо: лигодиум, многоножка обыкновенная, циботиум Мензиса, страусник обыкновенный

Настоящие папоротники. Верхний ряд, слева направо: асплений северный, многорядник копьевидный, диксония антарктическая, виттария линейная (свисает бахромой с дерева). Нижний ряд: пузырник ломкий, зубянка клубненосная, скребница аптечная, листовик сколопендровый

Слева направо: марсилиевые (марсилия четырёхлистная, пилюльница шароносная), сальвиниевые (сальвиния плавающая, азолла каролинская)

Настоящие папоротники расселены по всему миру; особенно много их в тропических дождевых лесах, где они составляют важный элемент горной растительности. В умеренном поясе они растут чаще всего в тенистых лесах, глубоких оврагах и на болотах. Другие виды папоротников засухоустойчивы и встречаются на сухих каменистых склонах и даже в пустыне. Их листья покрыты слоем воска, густыми волосками или чешуйками, предотвращающими потери воды. Некоторые папоротники селятся на ветвях деревьев.

Хозяйственное значение папоротников невелико. Некоторые виды – декоративные растения в оранжереях. Стволы древовидных папоротников служат в тропиках строительным материалом, а их сердцевину, богатую крахмалом, используют в пищу.

Хвощевидные – известные также как клинолистовидные или членистостебельные, – отдел высших растений, близкий к папоротниковидным. К настоящему времени сохранился единственный род этих растений – хвощ, насчитывающий около 30 видов, распространённых по всему земному шару, кроме Австралии и Новой Зеландии. Остатки древовидных хвощевидных и плауновидных стали основой залежей ископаемого угля. Древние хвощевидные играли значительную роль в растительном покрове нашей планеты; некоторые из них (например, каламиты) достигали в высоту 20 м.

Строение хвоща

Слева направо: хвощ полевой, хвощ лесной, хвощ болотный, хвощ гигантский

Плауновидные – отдел высших споровых растений, несмотря на некоторое сходство с мхами, плауны являются настоящими сосудистыми растениями. В современной флоре их насчитывается почти 1000 видами. Они распространены по всему земному шару.

Строение плаунка

Современные плауновидные. Слева направо: плаун булавовидный, плаун-баранец, селагинелла селаговидная, полушник озёрный

Голосеменные – наиболее древняя и до сих пор процветающая группа семенных растений, занимающая промежуточное положение между папоротниками и цветковыми растениями. У голосеменных отсутствуют сосуды. С другой стороны, ткани голосеменных устроены более сложно, чем ткани папоротникообразных.

Строение сосны обыкновенной

Саговниковые — самостоятельный отряд голосеменных, внешне похожих на пальмы, обитающих в тропиках и субтропиках обоих полушарий. Саговниковые – двудомные растения; на каждой особи образуются репродуктивные органы исключительно одного пола. Мужские шишки имеют длину до 80 см, женские – до 1 м, достигая веса 40 кг. Все саговниковые – деревья с клубневидными или редьковидными стволами высотой до 20 м, строение их свидетельствует об их глубокой древности. Из богатых крахмалом семян получают муку. Алкалоиды, содержащиеся в листьях, семенах и стволах, опасны для некоторых животных и человека.

Саговниковые. Слева направо: саговник завитой, саговник отвёрнутый, замия флоридская, макрозамия обыкновенная

Саговниковые. Слева направо: диоон съедобный, цератозамия мексиканская (женская шишка), бовения мелкопильчатая, стангерия

Гнетовые – отряд голосеменных. Растения рода гнетум – тропические лианы. Эфедровые хвойники – пустынные кустарники с чешуевидными листьями. Вельвичия – единственный представитель семейства вельвичиевых – имеет погруженный в песок стебель, от которого отходят два огромных лентовидных листа. Гнетовые похожи на саговниковые, однако отличаются от них более совершенной формой шишки, похожей на цветок покрытосеменных.

Гнетовые. Слева направо: гнетум, хвойник, вельвичия

Гинкговые – своеобразные «ископаемые динозавры» среди растений. Из 10 родов, известных с перми, до настоящего времени уцелел только один вид – гинкго двулопастный, сохранившийся в некоторых районах Восточной Азии. Гинкго двулопастный – это двудомное дерево высотой 30–40 м и толщиной до 1 м с раскидистой кроной.

Гинкго двулопастный

Ветка гинкго

Хвойные – самая процветающая сегодня группа голосеменных растений – это деревья либо кустарники, обычно вечнозелёные с цельными игловидными листьями (хвоей); иногда листья чешуевидные или пластинчатые. Небольшая площадь поверхности листа и толстый восковой слой, покрывающий его, способствуют удержанию воды. У сосны хвоя полностью обновляется за 3–4 года. Древесина с хорошо заметными годичными кольцами. Некоторые хвойные достигают высоты 50–60 м и даже 100 м и диаметра 6–9 м (например, секвойя) и живут тысячелетия (сосна долговечная). Хвойные – большей частью однодомные растения. У сосны оплодотворение происходит через год после опыления, а на созревание требуется ещё полтора года. Семена развиваются «голыми» – на поверхности семенных чешуй шишек. К моменту созревания чешуйки отгибаются, и семена (нередко крылатые) высыпаются наружу. В настоящее время существуют 7–8 семейств, собранных в 55 родов и 600 видов. Ель, сосна, кедр и другие хвойные образуют обширные вечнозелёные лесные массивы в Евразии и Северной Америке. Хвойные (ель, сосна, пихта, кедр, тсуга) – важнейший источник древесины и продуктов её переработки – бумаги, канифоли, скипидара, дёгтя, лаков, дубильных веществ. Семена кедровой сосны и некоторых других хвойных употребляются в пищу, из них добывают масло. Многие хвойные – декоративные растения.

Сосновые. Верхний ряд, слева направо: сосна обыкновенная, сосна чёрная, тсуга канадская, кедр ливанский. Нижний ряд, слева направо: лиственница, пихта одноцветная, ель обыкновенная, ель колючая голубая

Кипарисовые. Слева направо: кипарис вечнозелёный, туя западная, биота, можжевельник казацкий

Слева направо: тиссовые (тисс ягодный), араукариевые (араукария узколистная, агатис), головчатотиссовые (тиссовник Форчуна)

Слева направо: таксодиевые (болотный кипарис, секвойядендрон (мамонтово дерево), метасеквойя глиптостробусовая), ногоплодниковые (подокарпус крупнолистный)

Покрытосеменные, или цветковые – отдел наиболее совершенных высших растений, имеющих цветок. В отличие от голосеменных семязачатки цветковых заключены в завязь, образованную сросшимися плодолистиками. Цветок является генеративным органом покрытосеменных растений. Он состоит из цветоножки и цветоложа, на котором располагаются тычинки и совокупность плодолистиков. Внутреннее строение тканей наиболее сложно из всех растений. Содержащиеся внутри мужских зерен пыльца попадает на рыльце и прорастает, что значительно упрощает и сокращает цикл размножения. Семена цветковых растений заключены в плод (отсюда их второе название – покрытосеменные). Среди покрытосеменных имеются вечнозелёные и листопадные деревья, кустарники и полукустарники, однолетние и многолетние травы, среди них встречаются паразиты, использующие в качестве опоры другие растения, или высасывающие воду и минеральные вещества и даже хищники, ловящие мелких насекомых и переваривающие их. Первые цветковые растения появились в начале мелового периода около 135 миллионов лет назад (или даже в конце юрского периода). Вопрос о предке покрытосеменных в настоящее время остаётся открытым, очевидно они обособились от одной из групп семенных папоротников. Первые цветковые растения были, по-видимому, вечнозелёными деревьями с примитивными цветками, лишёнными лепестков и сосудов. В середине мелового периода всего за несколько миллионов лет происходит завоевание покрытосеменными суши. Одним из важнейших условий быстрого распространения покрытосеменных была их необычайно высокая эволюционная пластичность. В результате адаптивной радиации, обусловленной экологическими и генетическими факторами, образовалось огромное количество различных видов покрытосеменных, входящих в самые разные экосистемы. К середине мелового периода образовалось большинство современных семейств. С цветковыми растениями тесно связана эволюция наземных млекопитающих, птиц и, особенно, насекомых. Последние играют исключительно важную роль в эволюции цветка, осуществляя опыление: яркая окраска, аромат, съедобная пыльца или нектар – всё это средства привлечения насекомых. Цветковые растения распространены по всему миру, от Арктики до Антарктики. В основе их систематики лежит строение цветка и соцветия, пыльцевых зёрен, семени и их анатомия. Почти 250 тысяч видов покрытосеменных делятся на два класса, являющиеся ветвями уровней структурной организации цветковых: двудольные и однодольные, различающиеся, прежде всего, по количеству семядолей в зародышах, строению листа и цветка, и имеющие множество подуровней структурной организации. Цветковые растения являются одним из ключевых компонентов биосферы: они производят органические вещества, связывают углекислоту и выделяют в атмосферу молекулярный кислород, с них начинается большинство пастбищных цепей питания. Многие цветковые растения используются человеком для приготовления пищи, строительства жилища, изготовления различных хозяйственных материалов, в медицинских целях.

Двудольные – класс цветковых растений. Зародыш состоит из двух семядолей. По одной из распространённых классификаций современные представители класса двудольных делятся на 7 подклассов, более 60 порядков, до 360 семейств и около 170 тысяч видов, соответствующих уровням структурной организации двудольных цветковых растений.

Магнолииды – наиболее древняя и примитивная группа цветковых растений, в основном, древесные формы, у некоторых из них отсутствуют сосуды.

Двудольные растения: строение рододендрона

Магнолииды. Верхний ряд, слева направо: магнолия, бадьян звёздчатый, зимоцвет ранний (семейство лавровые), авокадо (семейство лавровые). Нижний ряд, слева направо: перец чёрный, раффлезия Арнольда, кувшинка белая (семейство нимфейные), лотос

Ранункулиды – близкие к магнолиидам травянистые растения, от которых отличаются наличием сосудов.

Ранункулиды. Слева направо: лютик едкий (семейство лютиковые), адонис (семейство лютиковые), барбарис (семейство барбарисовые, порядок лютиковые), мак калифорнийский, саррацения пурпурная

Гамамелидиды. Верхний ряд, слева направо: гамамелидовые (платан западный), казуариновые (казуарина хвощелистная), буковые (дуб летний, бук восточный). Нижний ряд, слева направо: буковые (каштан европейский), берёзовые порядка буковые (берёза пушистая, ольха чёрная), ореховые (грецкий орех)

Крапивные. Верхний ряд, слева направо: ильмовые (вяз), тутовые (анчар, инжир (смоковница), бумажная шелковица). Нижний ряд, слева направо: тутовые (хлебное дерево, шелковица белая), коноплёвые (конопля дикая), крапивные (крапива двудомная)

Кариофиллиды, порядок гвоздичные. Слева направо: семейство лаконосовые (лаконос двенадцатитычиночный), семейство кактусовые (лофоцерус Шотта, ползучий дьявол, эхиноцерус бородавчатый)

Кариофиллиды. Верхний ряд, слева направо: амарантовые (щирица хвостатая), маревые (саксаул чёрный, бегония дикая, верблюжье сено, шпинат огородный). Нижний ряд, слева направо: гвоздичные (гвоздика альпийская, силена вирджинская), гречишные (гречиха посевная, ревень индюшачий), свинчатковые (армерия морская)

Дилленииды. Верхний ряд, слева направо: пионовые (пион лагодехский), чайные (камелия японская, чай китайский), фиалковые (фиалка трёхцветная), ладанниковые порядка фиалковые (солнцецвет). Нижний ряд – семейство тыквенные порядка фиалковые, слева направо: тыквенные (папайя, тыква крупноплодная, арбуз дикорастущий, бешеный огурец, огурец)

Дилленииды. Верхний ряд, слева направо: бегониевые (бегония густолиственная), крестоцветные порядка каперсовые (капуста брюссельская, горчица белая, хрен деревенский, пастушья сумка обыкновенная). Нижний ряд, слева направо: ивовые (осина, тополь пирамидальный, ива полярная, верба), вересковые (вереск душистый)

Дилленииды. Верхний ряд, слева направо: водяниковые порядка вересковые (водяника), эбеновые (хурма кавказская), первоцветные (первоцвет весенний), липовые порядка мальвовые (липа сердцевидная), мальвовые (хлопчатник обыкновенный). Нижний ряд, слева направо: бомбаксовые порядка мальвовые (баобаб, дуриан, какао), самшитовые порядка молочайные (самшит вечнозелёный), молочайные (гевея бразильская)

Розиды. Верхний ряд, слева направо: крыжовниковые порядка камнемолковые (крыжовник), непентовые (непентес), росянковые порядка непентовые (росянка крупнолистная, венерина мухоловка), хвостниковые (водяная сосенка). Нижний ряд – бобовые, слева направо: горох посевной, фасоль обыкновенная, арахис (земляной орех), клевер луговой, люцерна синяя

Розиды. Верхний ряд, слева направо: рутовые (амурское пробковое дерево, апельсин, грейпфрут, манго индийское), анакардиевые порядка рутовые (фисташка настоящая). Нижний ряд, слева направо: миртовые (мирт обыкновенный, эвкалипт Гилли), кипрейные порядка миртовые (иван-чай), кленовые порядка сапиндовые (клён остролистный), конскокаштановые порядка сапиндовые (конский каштан обыкновенный)

Розиды. Верхний ряд, слева направо: льновые порядка гераниевые (лён культурный), кисличные порядка гераниевые (заячья капуста), гераниевые (герань лесная), аралиевые (плющ обыкновенный, женьшень). Нижний ряд, слева направо: зонтичные порядка аралиевые (морковь культурная, укроп пахучий, петрушка посевная, вех ядовитый (цикута), болиголов пятнистый)

Розиды. Верхний ряд, слева направо: кизиловые (кизил мужской), бересклетовые (бересклет европейский), крушиновые (крушина ломкая), виноградовые порядка крушиновые (виноград культурный), лоховые (лох узколистный). Нижний ряд, слева направо: маслиновые (маслина европейская, сирень обыкновенная, жасмин кавказский), санталовые (сандаловое дерево), омеловые порядка санталовые (омела обыкновенная)

Розоцветные. Верхний ряд, слева направо: роза галльская, яблоня домашняя, черешня, персик обыкновенный, морошка. Нижний ряд, слева направо: малина красная, земляника лесная, ежевика сизая, вишня кислая, боярышник восточный

Астериды. Верхний ряд, слева направо: жимолостные порядка ворсянковые (волчьи ягоды, бузина красная), валериановые порядка ворсянковые (валериана лекарственная), ворсянковые (ворсянка возделываемая), кутровые порядка горевчаковые (олеандр обыкновенный). Нижний ряд, слева направо: мареновые порядка горевчаковые (кофейное дерево аравийское), вьюнковые порядка синюховые (вьюнок полевой, батат), губоцветные (лаванда лекарственная, мята перечная)

Астериды. Верхний ряд – паслёновые порядка норичниковые; слева направо: томат обыкновенный, картофель чилийский, перец мексиканский, табак курительный, мандрагора. Нижний ряд, слева направо: ядовитые паслёновые (беладонна (красавка), белена чёрная, дурман вонючий), подорожниковые порядка норичниковые (подорожник большой), колокольчиковые (колокольчик тосканский

Сложноцветные. Верхний ряд, слева направо: подсолнечник масличный, астра европейская, хризантема корейская, календула лекарственная, земляная груша (топинамбур). Нижний ряд, слева направо: георгин, салат, ромашка аптечная, цикорий обыкновенный, бодяк полевой

Значение цветковых растений в жизни человека трудно переоценить. Среди двудольных имеются плодовые (яблоня, груша, апельсин, лимон) и ягодные (клюква, земляника, персик, малина, вишня, слива, арбуз) культуры, овощи (капуста, помидор, перец, тыква, огурец, горох, соя, фасоль), корнеплоды (картофель, редька, морковь), приправы (укроп, петрушка, сельдерей, миндаль, горчица, хрен, паприка). Люцерна, клевер и другие растения – ценный корм для домашних животных. Из гевеи получают натуральный каучук. Роза, астра, ромашка, сирень, кактус и многие другие используются как декоративные растения. Важное значение имеют листопадные и вечнозелёные леса, покрывающие около 25 % суши. Подорожник, одуванчик, осот, репейник – сорняки полей. Белена, дурман, табак, болиголов ядовиты.

Однодольные – произошли от примитивных травянистых двудольных. Это, в основном, травянистые растения (реже – деревья, такие как пальмы). Листья обычно с параллельным жилкованием; выделить отдельно черешок и листовую пластинку затруднительно. Верхняя и нижняя половины листа схожи друг с другом. Однодольные образуют, в большинстве случаев, трёхчленные, реже двух– или четырёхчленные цветки. Опыление производится ветром. Части околоцветника одинаковые; деления на чашечку и венчик не наблюдаются. Зародыш состоит из одной семядоли. Класс однодольные включает в себя 4 подкласса, 19 порядков, около 70 семейств, свыше 65 тысяч видов.

Однодольные растения: строение овсяницы луговой

Алисматиды. Слева направо: частуховые (частуха подорожниковая), водокрасовые (водокрас обыкновенный, элодея канадская, телорез алоевидный), взморниковые порядка наядовые (взморник морской)

Семейство лилейные. Верхний ряд, слева направо: лилия леопардовая, лук репчатый, чеснок, алоэ древовидное (столетник), спаржа лекарственная. Нижний ряд, слева направо: гиацинт восточный, гусиный лук, тюльпан, ландыш майский, чемерица чёрная

Порядок лилейные. Верхний ряд, слева направо: касатиковые (касатик гибридный (ирис), шафран весенний (крокус), гладиолус гибридный), альстомериевые (альстомерия оранжевая). Нижний ряд, слева направо: амариллисовые (амариллис, нарцисс поэтический, нарцисс ложный), диоскорейные (токоро)

Лилииды. Слева направо: банановые порядка имбирные (банан южнокитайский), канновые (канна садовая), орхидные (венерин башмачок настоящий, ятрышник шлемоносный, ваниль плосколистная)

Коммелинииды. Слева направо: осоковые (камыш озёрный, осока острая), бромеливые (испанский мох обыкновенный (свисает с дерева), ананас обыкновенный), коммелиновые (традесканция вирджинская)

Злаки. Верхний ряд, слева направо: пшеница твёрдая, рис посевной, овёс посевной, рожь культурная, кукуруза (маис). Нижний ряд, слева направо: просо обыкновенное, ячмень культурный, сахарный тростник благородный, свинодон пальчатый, пырей ползучий

Арециды. Верхний ряд, слева направо: пальмы (финиковая пальма, маврикиева пальма извилистая, кокосовая пальма), аронниковые (аронник пятнистый). Нижний ряд, слева направо: рясковые порядка аронниковые (ряска горбатая), пандановые (панданус кровельный), рогозовые (рогоз широколистный), ежеголовниковые порядка рогозовые (ежеголовник прямой)

Из однодольных производятся важнейшие продукты питания человека: хлеб (пшеница, рожь, ячмень), рисовая и овсяная крупа. В пищу также используются кукуруза, лук, чеснок, кокосовая и финиковая пальмы и другие растения. Лилия, тюльпан, гиацинт, нарцисс, гладиолус, орхидея – декоративные растения. Овёс, тимофеевка и другие растения – корм для скота. Бамбук – строительный материал. Среди однодольных есть злостные сорняки.