Нам, современникам, совсем немного известно о первых представителях растительного мира. К сожалению, и их ископаемых остатков найдено мало. Однако ученые, используя окаменелые отпечатки, оставленные древними растениями, все же восстановили их внешний вид, а также рассмотрели особенности строения растений, ставших первыми
Наука, которая изучает особенности строения и жизнедеятельности ископаемых растений, носит название «палеоботаника». Именно палеоботаники занимаются поисками ответов на вопросы происхождения растительного мира.
Классификация споровых растений
Первые растения на Земле размножались с помощью спор. Среди современных представителей флоры также есть споровые растения. Согласно классификации, все они объединены в одну группу - «высшие споровые растения». Они представлены Риниофитами, Зостерофилофитами, Тримсрофитами, Псилотофитами, Бриофитами (Мохообразные), Ликоподиофитами (Плауновидные), Эквизетофитами (Хвощевидные) и Полиподиофитами (Папоротникообразные). Среди этих отделов первые три являются полностью вымершими, а в составе других есть как вымершие, так и ныне существующие группы.
Риниофиты - первые растения суши
Первыми наземными растениями были представители флоры, освоившие Землю примерно 450 млн. лет назад. Произрастали они вблизи различных водоемов или на местах мелководья, для которых было характерно периодическое подтапливание и подсыхание.
У всех растений, освоивших сушу, имеется общий признак. Это разделение тела на две части - надземную и подземную. Такое строение было характерно и для Риниофитов.
Остатки древних растений впервые были обнаружены во второй половине XIX века на территории современной Канады. Но по невыясненным причинам эта находка не заинтересовала специалистов-ботаников. А в 1912 вблизи шотландского села Райни местный сельский доктор нашел еще несколько окаменелых растений. Он не знал, что держит в руках остатки первых наземных обитателей, но, будучи весьма любознательным, решил досконально изучить интересную находку. Сделав срез, он обнаружил хорошо сохранившиеся остатки растений. Стебель был очень тонкий, голый, а к нему прикреплялись продолговатой формы отростки (похожие на вытянутые шарики) с очень толстыми стенками. Информация о находке быстро дошла до палеоботаников, которые и выяснили, что найденные остатки являются первыми наземными растениями. Были сомнения относительно названия этих древних остатков. Но в результате решили пойти по самому простому пойти и нарекли Риниофитами по названию села, около которого их обнаружили.
Особенности строения
Внешнее строение Риниофитов очень примитивно. Тело разветвлялось по дихотомическому типу, то есть на две части. Листьев и настоящих корней они еще не имели. Прикрепление к почве осуществлялось с помощью ризоидов. Что касается внутреннего строения, то оно, напротив, было достаточно сложным, особенно по сравнению с водорослями. Так, имела устьичный аппарат, с помощью которого осуществлялись процессы газообмена и испарения воды. Вследствие отсутствия у них первые растения на Земле были относительно небольшими по высоте (не более 50 см) и диаметру стебля (около 0,5 см).
Палеоботаники полагают, что все современные наземные растения произошли от Риниофитов.
Псилофиты - первые наземные растения. Верно ли это?
Скорее нет, чем да. Название «псилофиты» действительно фигурировало еще в 1859 году. Это американский палеоботаник Даусон назвал так одно из найденных растений. Он выбрал именно этот вариант, так как в переводе данное слово означает "голое растение". Вплоть до начала XX века Псилофитами назывался род древнейших растений. Но по результатам последующих ревизий этот род перестал существовать, и применение этого названия стало неправомочным. На данный момент наиболее полно описанный род Риния дает название всему отделу древнейших представителей наземной флоры. Следовательно, первыми наземными растениями были Риниофиты.
Типичные представители первых наземных растений
Предположительно, первыми наземными растениями были куксония и риния.
Одним из самых древних представителей флоры была куксония, которая имела вид небольшого кустика высотой не более 7 см. Благоприятной средой произрастания для нее были болотные низменности. Окаменелые остатки куксонии и родственных ей видов найдены на территории Чехии, Соединенных Штатов Америки и в некоторых областях Западной Сибири.
Близкая по родству, риния гораздо лучше изучена, чем куксония. Ее тело было более массивным: в высоту растение могло достигать 50 см, а диаметр стебля - 5 мм. На конце стебля ринии находился купол, в котором были споры.
Древние представители рода Риния дали начало многим растениям тропиков и субтропиков. Согласно современной классификации, их объединяют в отдел Псилофиты. Он весьма немногочисленный, ведь включает в себя около 20 видов. По некоторым признакам они очень похожи на своих древних предков. В частности, и те, и другие имеют Примерный рост Псилофитов составляет от 25 до 40 см.
Современные находки
До недавних пор палеонтологи находили в отложениях старше 425 миллионов лет лишь остатки примитивных трилетных спор с гладкой оболочкой. Такие находки обнаружены на территории Турции. Их относят к верхнему ордовику. Найденные экземпляры не могли пролить свет на информацию о времени возникновения сосудистых растений, так как были единичны и по ним было совершенно непонятно, каким же конкретно представителям растительного вида принадлежали гладкие споры.
Но не так давно в Саудовской Аравии были обнаружены достоверные остатки трилетных спор с орнаментированной оболочкой. Было определено, что возраст найденных образцов варьируется от 444 до 450 млн. лет.
Расцвет сосудистых растений после оледенения
Во второй половине ордовика нынешняя Саудовская Аравия и Турция составляли северную часть суперконтинента видимо, и было первоначальной территорией обитания сосудистых растений. Длительный исторический период они обитали только в своей «эволюционной колыбели», тогда как планету заселяли представители примитивных моховидных со своими криптоспорами. Скорее всего, массовое расселение сосудистых растений началось после великого оледенения, произошедшего на рубеже ордовика и силура.
Теломная теория
В ходе изучения Риниофитов появилась так называемая теломная теория, которую создал немецкий ботаник Циммерманн. В ней раскрывались особенности строения Риниофитов, которые к тому времени были признаны первыми наземными растениями. Были Циммерманом показаны и предполагаемые пути становления важных вегетативных и репродуктивных органов высших растений.
По мнению немецкого ученого, тело Риниофитов состояло из радиально-симметричных осей, конечные веточки которых Циммерман назвал теломами (от греч. telos - "конец").
Эволюционным путем теломы, претерпев многочисленные изменения, стали основными органами высших растений: стеблями, листьями, корнями, спорофиллами.
Итак, теперь можно однозначно ответить на вопрос «Как назывались первые наземные растения?». Сегодня ответ очевиден. Это были Риниофиты. Они первыми выбрались на поверхность Земли и стали прародителями представителей современной флоры, несмотря на то что их внешнее и внутреннее строение было примитивно.
Вопрос 1. Когда появились первые наземные растения?
В начале палеозойской эры растения населяют в основном моря, но в ордовике - силуре появляются первые наземные растения - псилофиты (рис. 1).
Рис. 1. Первое наземное растение
Это были небольшие растения, занимающие промежуточное положение между водорослями и наземными сосудистыми растениями. Псилофиты имели уже проводящую (сосудистую) систему, первые слабодифференцированные ткани, могли укрепляться в почве, хотя корни еще (как и другие вегетативные органы) отсутствовали. Дальнейшая эволюция растений на суше была направлена на дифференцировку тела на вегетативные органы и ткани, совершенствование- сосудистой системы (обеспечивающей быстрое поднятие воды на большую высоту).
Вопрос 2. В каком направлении шла эволюция растений на суше?
После появления псилофитов эволюция растений на суше шла в направлении расчленения тела на вегетативные органы и ткани, совершенствования сосудистой системы (обеспечивающей быстрое перемещение воды на большую высоту). Уже в засушливом девоне широко распространяются хвощи, плауны, папоротникообразные. Еще большего развития достигает наземная растительность в каменноугольном периоде (карбоне), характеризующемся влажным и теплым климатом на протяжении всего года. Появляются голосеменные растения, произошедшие от семенных папоротников. Переход к семенному размножению дал много преимуществ: зародыш в семенах защищен от неблагоприятных условий оболочками и обеспечен пищей, имеет диплоидное число хромосом. У части голосеменных (хвойных) процесс полового размножения уже не связан с водой. Опыление у голосеменных осуществляется ветром, а семена имеют приспособления для распространения животными. Эти и другие преимущества способствовали широкому распространению семенных растений. Крупные споровые растения вымирают в пермском периоде в связи с иссушением климата.
Вопрос 3. Охарактеризуйте эволюцию животных в палеозойскую эру.
Животный мир в палеозойской эре развивался чрезвычайно бурно и был представлен большим количеством разнообразных форм. Пышного расцвета достигает жизнь в морях. В кембрийском периоде уже существуют все основные типы животных, кроме хордовых. Губки, кораллы, иглокожие, разнообразные моллюски, громадные хищные ракоскорпионы - вот неполный перечень обитателей кембрийских морей.
В ордовике продолжается совершенствование и специализация основных типов. Впервые обнаруживаются остатки животных, имевших внутренний осевой скелет, - бесчелюстных позвоночных, отдаленными потомками которых являются современные миноги и миксины. Рот этих своеобразных организмов представлял собой простое отверстие, ведущее в пищеваритель¬ный тракт. Передний отдел пищеварительной трубки был пронизан жаберными щелями, между которыми располагались опорные хрящевые жаберные дуги. Бесчелюстные питались организмами, обитающими в илистом дне рек и озер, и детритом (органическими остатками), засасывая пищу ртом. У части бесчелюстных возникло расчленение жаберных дуг, что позволило изменять просвет глотки с помощью жаберной мускулатуры и, следовательно, удерживать попавшую в пищеварительную трубку подвижную добычу.
Появление хватательного ротового аппарата - крупный ароморфоз - вызвало перестройку всей организации позвоночных.
Возникновение парных плавников - конечностей - следующий крупный ароморфоз в эволюции позвоночных.
В силурийском периоде на сушу вместе с псилофитами вышли первые дышащие воздухом животные - членистоногие. В водоемах продолжалось интенсивное развитие низших позвоночных. Предполагается, что позвоночные возникли в мелких пресноводных водоемах и лишь затем переселились в моря. Девонский период ознаменован освоением суши другими членистоногими - пауками; в конце периода появляются первые наземные позвоночные - амфибии (стегоцефалы). В каменноугольном периоде возникают рептилии (котилозавры), летающие насекомые и легочные моллюски. В последнем, пермском периоде палеозойской эры наблюдается быстрое развитие и увеличение систематических групп рептилий; появляются зверозубые пресмыкающиеся - предки млекопитающих.
Вопрос 4. Какие особенности строения позвоночных животных послужили предпосылками выхода их на сушу?
В силурийском периоде на сушу вместе с псилофитами вышли первые дышащие воздухом животные - членистоногие. В водоемах продолжалось интенсивное развитие низших позвоночных. Предполагается, что позвоночные возникли в мелких пресноводных водоемах и лишь затем переселились в моря. В девоне позвоночные представлены тремя группами: двоякодышащими, лучеперыми и кистеперыми рыбами. Именно кистепёрые рыбы дали развитие наземным позвоночным животным. Кистеперые рыбы были типично водными животными, но могли дышать атмосферным воздухом с помощью примитивных легких, представлявших собой выпячивания стенки кишки. Приспособиться к жизни на суше смогли только кистеперые рыбы. Их плавники представляли собой лопасти, состоящие из отдельных костей с прикрепленными к ним мышцами (рис. 2). С помощью плавников кистеперые рыбы - крупные животные длиной от 1,5 до нескольких метров - могли ползать по дну. Таким образом, они имели две основные предпосылки для перехода в наземную среду обитания: мускулистые конечности и легкие. В конце девона кистеперые рыбы дали начало первым земноводным - стегоцефалам.
Рис. 2. Скелет парного плавника кистеперой рыбы и стегоцефала:
А - плечевой пояс и плавник кистеперой рыбы;
Б - внутренний скелет плавника;
В - скелет передней конечности стегоцефала:
1 - элемент, соответствующий плечевой кости;
2 - элемент, соответствующий лучевой кости;
8 - элемент, соответствующий локтевой кости;
4, 5, 6 - кости запястья; 7 - фаланги пальцев.
400 миллионов лет назад огромную часть земной поверхности нашей планеты занимали моря и океаны. Первые живые организмы возникли в водной среде. Они представляли собой частички слизи. Спустя несколько миллионов лет у этих примитивных микроорганизмов появился зеленый окрас. По внешнему виду они стали походить на водоросли.
Растения в каменноугольный период
Климатические условия благоприятно воздействовали на рост и размножение водорослей. С течением времени изменениям подвергались поверхность земли и дно океанов. Возникали новые материки, старые же исчезали под водой. Земная кора активно изменялась. Эти процессы привели к тому, что на месте земной поверхности появлялась вода.
Отступая, морская вода попадала в расщелины, впадины. Они, то пересыхали, то снова наполнялись водой. В результате те водоросли, которые находились на морском дне, постепенно перебрались на земную поверхность. Но так как процесс иссушения происходил очень медленно, то за это время они приспособились к новым условиям обитания на земле. Это процесс происходил на протяжении миллиона лет.
Климат в то время был очень влажный и теплый. Он способствовал переходу растений от морской жизни к наземной. Эволюция приводила к усложнению строения различных растений, менялись также и древние водоросли. Они дали начало развитию новым земным растениям – псилофитам. По внешнему виду они напоминали маленькие растения, которые размещались около берегов озер рек. Они обладали стеблем, который был покрыт мелкими щетинками. Но, как и у водорослей, у псилофитов не было корневой системы.
Растения в условиях нового климата
От псилофитов произошли папоротники. Сами псилофиты 300 миллионов лет назад прекратили свое существование.
Влажный климат и большое количество воды привели к быстрому распространению разных растений – папоротников, хвощей, плаунов. Конец каменноугольного периода ознаменовался сменой климата: он стал более сухим и холодным. Огромные папоротники начали вымирать. Остатки мертвых растений гнили и превращались в каменный уголь, которым затем люди обогревали свои жилища.
У папоротников на листьях лежали семена, которые получили название голосеменных растений. От гигантских папоротников произошли современные сосны, ели, пихты, которые называют голосеменными растениями.
С изменением климата исчезли древние папоротники. Холодный климат губил их нежные ростки. Их заменили семенные папоротники, которые называют первыми голосеменными растениями. Эти растения отлично приспособились к новым условиям сухого и холодного климата. У этого вида растений процесс размножения не зависел от воды, которая находится во внешней среде.
130 миллионов лет назад на Земле возникли различные кустарники и травы, семена которых находились в поверхности плодов. Их назвали покрытосеменными растениями. На протяжении 60 миллионов лет покрытосеменные растения живут на нашей планете. Эти растения практически не изменились с тех пор и до наших дней.
В этой статье мы обсудим важную и интересную тему - возникновение и развитие растительного мира на планете. Сегодня мы, гуляя в парке во время цветения сирени, собирая грибы в осеннем лесу, поливая домашние цветы на подоконнике, настаивая во время болезни отвар ромашки, редко задумываемся о том, как выглядела Земля до появления растений. Каким был ландшафт в ту пору, когда только зарождались одноклеточные или появились первые слабые наземные растения? Как выглядели леса в палеозое и мезозое? Представьте, что предки тех полуметровых папоротников, которые нынче скромно прячутся в тени елей, 300 миллионов лет назад достигали высоты 30 метров и больше!
Давайте перечислим основные этапы возникновения живого мира.
Зарождение жизни
1. 3, 7 млрд лет назад возникли первые живые организмы . Время их появления (очень приблизительно, с «вилкой» в сотни миллионов лет) сегодня можно предположить по образованным ими отложениям. За миллион с хвостиком лет цианобактерии научились кислородному фотосинтезу и так расплодились, что стали виновниками перенасыщения атмосферы кислородом примерно 2,4 млрд лет назад, - это привело к вымиранию анаэробных организмов, для которых кислород был ядом. Живой мир Земли изменился радикально!
2. 2 млрд лет назад уже существовали разные одноклеточные : и автотрофы, и гетеротрофы. Эти п ервые одноклеточные не имели ядер и пластид - так называемые гетеротрофные прокариоты (бактерии). Именно они дали толчок к появлению первых одноклеточных растений.
3. 1, 8 млрд лет назад возникли ядерные одноклеточные, то бишь эукариоты, вскоре (по геологическим меркам) появились типичные животные и растительные клетки.
Появление многоклеточных растений
1. Около 1, 2 млрд лет назад на основе одноклеточных возникли многоклеточные водоросли.
2. В тот период жизнь существовала только в теплых морях и океанах, но зато живые организмы активно развивались и прогрессировали - готовились к освоению суши.
Выход растений на сушу
1. 4 2 0 млн лет назад появились первые наземные растения - мхи и псилофиты (риниофиты) . Возникли они во многих местах планеты независимо друг от друга, от разных многоклеточных водорослей. Разумеется, вначале они осваивали только прибрежную кромку.
2. Псилофиты (например, риния) обитали по берегам, на мелководье, подобно современны м осокам. Это были небольшие слабые растения, чья жизнь осложнялась отсутствием побегов и корней . Вместо корней, которыми можно как следует вцепиться в почву, псилофиты имели ризоиды. Верхняя часть псилофита содержала зеленый пигмент, была способна к фотосинтезу. Эти первопроходцы, смелые захватчики суши, вымерли, но смогли дать начало папоротникообразным.
4.
Мхи
-
при всей их необычности, красоте и повсеместному распространению в наши дни - стали тупиковой
ветвь
ю
эволюции.
Возникнув сотни миллионов лет назад, они так и не смогли дать начало никаким другим группам растений.
