Эволюция покрытосеменных растений кратко

Обновлено: 05.07.2024

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Описание презентации по отдельным слайдам:

Эволюция покрытосеменных (цветковых) растений

Покрытосеменные - самый крупный тип растений, к которому относится более половины всех известных видов, характеризуются рядом резко отграничивающих их признаков. Наиболее характерно для них наличие пестика, образованного одним или несколькими плодолистиками (макро- и мегаспорофиллами), сросшимися своими краями, так что в нижней части пестика образуется замкнутое полое вместилище - завязь, в которой развиваются семяпочки (макро- и мегаспорангии). После оплодотворения завязь разрастается в плод, внутри которого находятся резвившиеся из семяпочек семена. Кроме того, для покрытосеменных характерны: восьмиядерный зародышевый мешок, двойное оплодотворение, триплоидный эндосперм, рыльце у пестика, улавливающее пыльцу, и для подавляющего большинства - более или менее типичный цветок с околоцветником. Из анатомических признаков для покрытосеменных характерно наличие настоящих сосудов (трахей), тогда как у голосеменных развиты только трахеиды, а сосуды встречаются крайне редко.

Теория происхождения покрытосеменных из гнетовых предполагает, что наиболее примитивные покрытосеменные имели мелкие однополые цветки без околоцветника или с невзрачным околоцветником. Но по ряду соображений в настоящее время более примитивными цветками считают крупные, обоеполые цветки. Поэтому можно предположить, что предками современных покрытосеменных были примитивные голосеменные. Они имели обоеполые цветки типа шишки (стробилами), в которых на длинном цветоложе были спирально расположены свободные листочки однородного околоцветника, тычинки и плодолистики. В системе голосеменных эта группа должна была стоять между семенными папоротниками и уже более специализированными беннеттитами и саговниками.

Покрытосемянность несомненно представляла большое преимущество в защиты семяпочек и развивающихся семян от всяких неблагоприятных внешних воздействий и в первую очередь от сухости воздуха. Но одним приспособлением в виде закрытого цветка все же трудно объяснить быстрое развитие покрытосеменных и вытеснение ими господствовавших ранее на земле архегониальных растений.

Русский ботаник М.И. Голенкин предполагает, что в середине мелового периода по каким-то общим космогоническим причинам по всей Земле произошло резкое изменение освещения и влажности воздуха. Густые облака, окутывавшие ранее постоянно Землю, рассеялись и дали доступ ярким солнечным лучам, в связи, с чем резко увеличилась сухость воздуха. Большинство высших архегониальных растений того времени, не приспособленных и не сумевших приспособиться к яркому освещению и сухости воздуха, начало вымирать или резко сократило области своего распространения (кроме хвойных, наиболее ксерофитных).
Покрытосеменные, имевшие до того очень ограниченное распространение и представление небольшим числом форм, выработали способность хорошо переносить яркий солнечный свет и сухость воздуха. Это обстоятельство, а также чрезвычайная эволюционная пластичность их, способность к возникновению разнообразнейших приспособлений к различным внешним условиям и обусловили быстрое победное распространение покрытосеменных по всей Земле и вытеснение ранее господствовавших групп высших архегониальных растений.
Михаи́л Ильи́ч Голе́нкин (1864—1941) — русский советский ботаник, заслуженный деятель науки РСФСР (1929), заслуженный профессор Московского университета по кафедре систематики и морфологии растений, директор Ботанического сада Московского университета.

По вопросу о месте первоначального возникновения покрытосеменных высказывались разные предположения. Одни считают, что они впервые появились на гипотетическом тропическом материке, расположенном между Америкой, Азией и Австралией и впоследствии погрузившемся в воды Тихого океана. Другие считают, что это области современной арктической суши, третьи - горы субтропической и умеренно теплой зоны северного полушария.
Большинство ботаников в настоящее время считают, что первичные покрытосеменные были древесными растениями, имевшими невысокие стволы, моноподиально разветвлявшиеся на немногочисленные толстые ветви. Из них уже развились более крупные симподиально ветвящиеся деревья с многочисленными толстыми и тонкими ветвями. Из древесных форм в разное время и разных филогенетических линиях развивались кустарники, полукустарники и травянистые формы. Вначале они были представлены многолетними, затем в различных родах в связи со специфическими условиями климата и местообитаний - двухлетними и однолетними растениями.

Отдел цветковых, или покрытосеменных, растений — это самая многочисленная и хорошо приспособленная к современным условиям группа представителей флоры. Они довольно разнообразны и включают в себя травы, кустарники и деревья. Их основной отличительной чертой является наличие цветка как органа размноженья, а также замкнутого вместилища у семян, откуда и происходит название отдела.

Происхождение и эволюция

Считается, что предком этой группы растений были водоросли, не сохранившиеся до современности. Затем они эволюционировали в папоротники, которые в свою очередь дали начало как покрытосеменным, так и голосеменным видам Они произошли от общих предков, разделившихся на разные ветви в триасе.

Всего цветковые существуют около 140 миллионов лет — первые представители фауны с похожим строением появились в юрском периоде. Это были довольно примитивные и малочисленные виды. Древнейшими представителями цветковых считаются представители семейства нимфейные или кувшинковые. В середине мелового периода (около 100 миллионов лет назад) покрытосеменные уже были довольно широко распространены в мире. В конце мела они оказались доминирующей формой жизни и покрывали значительную часть суши. Примерно тогда же начали появляться предки многих современных растений — дуба, клёна, магнолии, бука. Одной из главной особенностей эволюции цветковых стала их высокая приспосабливаемость к изменяющимся условиям, что позволило им произрастать на разных географических широтах. Они отличаются огромным многообразием форм, размеров, способов развития и размножения. Среди цветковых можно найти водные и наземные, ползучие, вьющиеся, карабкающиеся и прямостоящие растения, которые растут и процветают во всех уголках Земли, от тропических лесов и долин рек до солёных морей и альпийских лугов. Другой интересной особенность эволюции покрытосеменных является большое разнообразие форм водяных растений. Они не произошли от водорослей напрямую, а эволюционировали от наземного предка в результате смены условий, потому отличаются сложным строением и большим количеством приспособительных механизмов.

Основные признаки

Для того чтобы дать краткую характеристику покрытосеменным растениям, нужно посмотреть на их основные признаки. Их список выглядит так:

растение состоит из стебля, корневой системы, листьев и цветка;
семя защищено околоплодником — оболочкой, которая обеспечивает его сохранность при распространении;
семязачатки и семена хранятся в завязи и плоде;
женский заросток представляет собой зародышевый мешок с восемью ядрами, а мужской — пыльцевое зерно, состоящее из вегетативных и генеративных клеток;
двойное оплодотворение — спермии (мужские гаметы) цветка воздействуют одновременно на яйцеклетку и ядро зародышевого мешка;
для размножения растению необходимо опыление, которое может осуществляться по воздуху или воде, а также с помощью переноса пыльцы птицами и насекомыми;
завязь оплодотворённого цветка преобразуется в плод, семяпочка — в семя, зигота — в зародыш семени, вторичное ядро — в эндосперм;
половое размножение с постоянной сменой поколений.

К другим типичным признакам покрытосеменных относятся ситовидные трубки на стебле, широкие пластинчатые листья со сложной системой сетчатых жилок, цветки циклической формы. Но стоит отметить, что ни один из характерных признаков группы не свойственен всем без исключения её членам. Принадлежность вида к цветковым определяется по общему числу признаков, но некоторые из них могут отсутствовать.

Классы покрытосеменных

Всех представителей отдела покрытосеменных делят на однодольные и двудольные растения. Как можно понять из их названия, они отличаются друг от друга по количеству семядолей. Сравнительная характеристика этих классов:

для однодольных характерна корневая система мочковатой формы, состоящая в основном из придаточных отростков, а для двудольных — мощный главный корень в форме стержня;
листья растений первого класса имеют простую структуру и состоят из обычной цельной пластинки, в то время как у второго они могут иметь более сложное строение;
жилкование у однодольных параллельное или дуговое, а у двудольных — сетчатое;
для растений с одной семядолей характерно количества частей цветка, кратное трём, а с двумя — четырём или пяти;
у однодольных покрытосеменных нет камбия — образовательной ткани, обеспечивающей рост стебля и корней в толщину;
проводящие пучки у двудольных расположены в виде кольца, а у родственного класса — беспорядочно и хаотично.

В класс двудольных входят высокоразвитые деревья и кустарники, в том числе многочисленные плодовые и декоративные культуры. Их общее количество достигает 180—190 тысяч.

Семейства однодольных

Всего в современной классификации насчитывается более 500 семейств покрытосеменных, из которых 12 — двудольные. Они отличаются строением стебля и листьев, формулой цветка, длительностью жизненного цикла, местами, где они предпочитают расти и многими другими особенностями. Глядя на фото и названия цветковых растений разных видов, трудно не поразиться их разнообразию — в один отдел входят самые разные формы жизни, от водяной ряски до огромного дуба.

стебель-соломина;
небольшие корни с развитыми придатками;
сворачивающиеся при жаре листки;
простые цилиндроподобные цветки, собранные в злаки;
сухие невскрывающиеся плоды;
опыление ветром.

подземные луковицы или клубнелуковицы, которые формируются из побегов и могут защитить почки от неблагоприятного воздействия внешней среды во время жары заморозков;
прямой или вьющийся надземный стебель, который называется цветочной стрелкой;
узкие мясистые листья;
широкое разнообразие соцветий;
цветки обоеполые;
плод-коробочка или ягода;
опыление насекомыми, в тропических широтах также птицами, редко — ветром.

К примерам цветковых растений из семейства лилейных можно отнести самые разные виды, от ландышей до лука. Бо́льшую часть из них составляют многолетние травы, реже встречаются деревья и кустарники.

Двудольные растения

Среди группы двудольных растений выделяется класс розоцветных. Эти растения насчитывают 300 видов в 100 родах. Распространены в субтропиках и местах с умеренным климатом. Отличаются особым строением цветоложа. Опыляются насекомыми, привлекая их нектаром или выделяя очень большое количество пыльцы, чтобы размножаться. Все представители класса имеют очень похожие цветки. Но их плоды отличаются широким разнообразием — среди них можно найти ягоды, орешки, листовки, яблоки, коробочки. Многие из них приспособлены к распространению животными.

Семейство бобовых получило своё название за плоды в виде бобов или стручков. Оно состоит из 24,5 тысяч растений, объединённых в 946 родов. К особенностям, которые могут указать на принадлежность к этому классу, относятся стоячие вьющиеся стебли, сложные по строению листья с прилистником и цветы из пяти лепестков. Цветы обоеполые. Опыляются насекомыми. К семейству паслёновых относятся травы, кусты и маленькие деревья. К особенностям, которые могут показать принадлежность вида к ним, относится расположение листьев. В вегетативной части они растут попеременно, а в цветоносной — попарно. Из-за этого стебли у представителей флоры кажутся разветвлёнными на две или три части. Другие особенности семейства — соцветия в форме завитков, небольшое количество тычинок равной длины, похожие на почки семена, плоды в виде ягод или коробочек.

Крестоцветные растения разделены на 4 тысячи видов, которые включают 400 разновидностей. В семейство входит много двулетних монокарпических растений с особой схемой цветения — они размножаются только один раз на последнем году жизни. К особенностям также относится стержневая корневая система (реже встречаются корнеплоды), простые листья без прилистника, толстый стебель, 6 тычинок, плод-стручок и кистеобразные соцветия. Ещё одним интересным семейством двудольных растений являются астровые, или сложноцветные. Это одна из самых больших групп, которая насчитывает почти 40 тысяч видов в 1911 родах. Их можно найти в любом уголке земного шара, от тундры до тропиков. Основной особенностью семейства является соцветие-корзинка, которое образуется из множества очень мелких цветков. Кроме того, для них характерен развитый корень-стержень и плод-семянка, не содержащий белка.

Хозяйственное значение

Трудно переоценить то, сколько пользы человеку приносят покрытосеменные растения. Их используют в следующих сферах жизни:

пищевая промышленность, изготовление кормов для животных;
медицина — как лекарственные растения в составе различных препаратов;
дизайн интерьера и ландшафта — как декорации;
ремесло — для изготовления духов, косметических средств, красителей, масел и прочего;
в культуре как подарки и сувениры;
в науке для исследований генетики.

Экологическое положение

Сегодня покрытосемянные являются самыми многочисленным растениями, господствующими по всему земному шару. Чтобы понять, почему они смогли занять эту нишу, достаточно посмотреть на их эволюционный путь — эти представители флоры развивались в мезозойскую и кайнозойскую эру, когда условия были очень близки к современным.

Эти растения получили центральную нишу в экосистемах и в какой-то мере повлияли на эволюцию почти всех животных и птиц, для которых они были источником пищи и основой среды обитания. Между тем большую роль в этом деле сыграла и деятельность человека — в частности, окультуривание растений и выведение новых сортов, приспособленных под разные условия.

Несмотря на это, отдельные виды покрытосеменных находятся под угрозой исчезновения и занесены в Красную книгу. Причиной этого является в основном деятельность людей — вырубка лесов, пожары, осушение и затопление зон для ведения сельского хозяйства, накопление газа в атмосфере.

Покрытосеменные растения — наиболее распространённая и разнообразная группа представителей флоры. Они играют очень важную роль как в жизни человека, так и в развитии экосистем. Разные классы, подклассы, семейства и виды цветковых могут очень сильно отличаться друг от друга и не иметь почти никаких общих внешних черт и особенностей жизнедеятельности, кроме защищённого околоплодником семени.

Для начала разберемся, что имеют в виду под эволюцией растений.

Эволюция растений представляет собой процесс исторического развития представителей царства Растения.

Флора сегодня — это свыше 400 тысяч различных видов. Все они являются потомками нескольких групп древних морских растений. Что интересно, указанная цифра не включает исчезнувшие виды, поскольку они не смогли приспособиться к непростым изменениям окружающей среды.

Благодаря стараниям ученых-палеоботаников известен характер распределения растительного покрова по нашей планете, включая основные тенденции его изменения. Хотя сведений удалось получить много, этот процесс был непростым. Все потому, что растения не обладают твердым скелетом, а найти их останки в глубинных слоях почвы практически невозможно.

Тем не менее ученым кое-что удалось. В частности, они смогли найти ранние формы флоры в иловых отложениях, а также отложениях разнообразных горных пород. Приблизительный возраст этих находок — 3 млрд. лет. Растения — важнейшее звено в животной цепи питания.

Можно смело утверждать, что благодаря растениям окружающий мир и атмосфера на планете претерпели изменения, в результате чего Земля стала пригодной для существования животных.

Преобразование углекислого газа осуществляется растениями при помощи фотосинтеза. Кроме того, в процессе фотосинтеза получаются органические вещества.

Растения стали основой пищевой цепи — во многом за счет способности использовать солнечный свет чтобы производить основные классы органических веществ. Поэтому логично, что эволюция растений определила эволюцию животного мира.

Основные этапы эволюции флоры

Процесс эволюции растений принято считать медленным. В ходе него естественный отбор способствует приспособлению к изменяющейся среде, а не просто изменениям в чистом виде. Наиболее древние представители класса Растения не могли существовать без воды, также они не имели специальных приспособлений, чтобы существовать на суше.

Низшие водоросли — наиболее древние растения, о которых сегодня известном ученым. Они представляли собой одноклеточный организм: это значит, что всех их функции выполняла только одна клетка (она представляла собой целостную систему).

Сине-зеленые водоросли или цианобактерии были крайне примитивной группой живых организмов — в их клетке не было ядра.

Многоклеточные организмы возникли позже. В отличие от предыдущих организмов, развивались они не так стремительно. Принято считать, что они были похожи на морские водоросли.

Все, о чем упоминается выше, происходило примерно 590 млн. лет назад — вероятно, в кембрийский период. Этот период известен тем, что на него приходится образование свыше 900 видов живых организмов.

Выход растений на сушу и постепенное ее заселение произошел в силурийский период. В то время средой обитания всего живого мира был океан. Только немногочисленная группа водорослей смогла приспособиться к жизни в пресной воде. Когда сформировалась полноценная проводящая ткань, это стало возможным.

После этого из воды вышли первые растения. Однако нижняя их часть постоянно находилась в заболоченном грунте.

Во влажной среде обитания нуждались такие растения как печеночники и мхи.

Голосеменные растения были прародителями цветковых растений. Большинством среди них были хвойные деревья, которым для опыления и рассеивания собственных семян нужен был ветер. Опыление с помощью ветра было практически единственным способом, так как насекомых в то время еще не было.

Развитие цветковых растений происходило одновременно с развитием насекомых.

Наиболее распространены среди существующих в данный момент растительных организмов — покрытосеменные. У этих растений наблюдается цветок и плод, они образуют эндосперм в результате двойного оплодотворения.

Покрытосеменные являются цветковыми растениями.

Семена покрытосеменных находятся в плодолистиках. Эволюция этих растений протекала разными путями. В опылении этих растений участвуют насекомые и ветер. Некоторые покрытосеменные опыляются при помощи отдельных насекомых или птиц. Семена разбрасываются по-разному.

Перед перемещением в более засушливые районы наземным растениям было необходимо сформировать способную нормально функционировать в воздушной среде репродуктивную систему.

Образованные чуть позже такие растения имели тело, состоящее из:

Корни возникли у наземных растений: они научились накапливать вещества и брать воду вместе с минеральными веществами.

Эволюция растений характеризовалась стабильным и неменяющимся темпом. Это касалось и эволюции вегетативных органов.

Также можно утверждать, что бактерии, отличающиеся способностью быстро размножаться, были первыми предшественниками растений. Потом возникли сине-зеленые водоросли — они были найдены в отдельных горных породах. Это говорит о том, что они были способны к фотосинтезу и являлись древнейшим видом. Большинство сине-зеленых водорослей — микроскопические одноклеточные безъядерные организмы.

Первые растения в основном населяли океаны и вели колониальный способ жизни. Также они могли образовывать многоклеточные формы.

Лишайники — весьма интересное ответвление эволюции растений. С точки зрения эволюционного прогресса, они заняли свободную нишу.

Представим процесс эволюции растений последовательно, в порядке их появления:

Бактерии.
Сине-зеленые водоросли.
Мхи.
Плауны.
Хвощи.
Папоротникообразные.
Голосеменные.
Покрытосеменные.

Все это — основные типы эволюционных групп растительных организмов. В эту систему можно добавить и промежуточные группы вроде риниофитов, псилофитов и др.

Цветковые, или покрытосеменные – сравнительно молодая группа высших растений, появившаяся в меловом периоде, стремительно размножившаяся в середине – конце мела и с тех пор занимающая господствующее положение на суше. Проблеме происхождения цветковых посвящено огромное количество публикаций, однако в этом вопросе по-прежнему много неясного. Общепризнано, что цветковые произошли от голосеменных, но от кого именно и каким образом?

Д.Д.Соколов и А.К.Тимонин с кафедры высших растений биофака МГУ подробно рассмотрели основные теории происхождения покрытосеменных в обзорной статье, опубликованной во втором номере Журнала общей биологии за 2007 г.

Авторы обращают внимание на парадоксальный факт: цветы покрытосеменных до такой степени разнообразны, что не существует ни одного признака или структурной особенности, которая была бы присуща всем цветкам без исключения. Поэтому и сформулировать, что такое цветок, весьма трудно. Тем не менее ясно, что именно появление цветка было ключевым событием в происхождении покрытосеменных.

Впрочем, если не рассматривать мужские цветки, у остальных все-таки есть общая черта, отличающая цветок покрытосеменных от фруктификаций голосеменных. У цветковых плодолистики свернуты и образуют, во-первых, рыльце, улавливающее пыльцу, во вторых – замкнутую полость (завязь), в которой развиваются семязачатки. У некоторых голосеменных есть нечто похожее – замкнутые капсулы с семязачатками, однако у них нет завязи (пыльцу улавливают сами семязачатки при помощи длинных отростков, высовывающихся из узкого отверстия капсулы). К тому же исходный листочек, несущий семязачатки ( мегаспорофилл , у цветковых ему соответствует плодолистик) свернут у голосеменных нижней (абаксиальной) стороной внутрь, а у цветковых – наоборот, верхней (адаксиальной) стороной внутрь. Соответственно и семязачатки сидят на разных сторонах листочка.

В начале XX века была популярна теория происхождения цветковых от беннеттитов – вымершей группы голосеменных, у которых имелись обоеполые фруктификации (стробилы) – в отличие от других голосеменных, имеющих однополые фруктификации. Из стробилов беннеттитов, действительно напоминающих цветы, ботаники и пытались вывести типичный для покрытосеменных обоеполый цветок. Но тут возникла проблема: у беннеттитов не обнаружилось никаких структур, из которых можно было бы вывести плодолистики. У них вообще нет мегаспорофиллов, а семязачатки сидят прямо на оси стробила. Проблема казалась неразрешимой.

Ничего невероятного в таком сценарии нет, исходя из того, что известно об общих принципах генетической регуляции развития. Гипотеза Мейена исключительно изящно и просто объясняет противоречие, казавшееся неразрешимым. Ее нельзя проверить классическими методами палеоботаники и морфологии (поскольку никаких переходных форм гипотеза Мейена не предполагает). Однако ее можно проверить методами сравнительно-генетического анализа.

Эволюционные реконструкции, основанные на морфологии, подтверждали родство покрытосеменных и беннеттитовых (а также родственных беннеттитам гнетовых, которые дожили до наших дней). Однако реконструкции, основанные на молекулярных данных, показали иное. Они показали, что все дожившие до современности голосеменные представляют собой монофилетичную группу (т.е. группу, происходящую от одного общего предка и включающую всех без исключения потомков этого предка). Это значит, что последний общий предок всех современных голосеменных, в том числе гнетовых (а стало быть и беннеттитов тоже) не был предком покрытосеменных. Таким образом, предка цветковых нужно искать среди других вымерших голосеменных, более древних, точнее, обособившихся раньше, чем беннеттитовые. Фролик и Паркер предложили свою кандидатуру – користоспермовые семенные папоротники (Corystospermataceae). У них, правда, микроспорангии (пыльники) располагались на нижней, а не на верхней стороне микроспорофиллов.

Авторы предполагают, что причина всех этих противоречий, вероятно, кроется в недостаточной надежности эволюционных реконструкций, основанных на молекулярных данных. По их мнению, голосеменные растения плохо подходят для молекулярно-филогенетического анализа, поскольку большинство семейств голосеменных давно вымерло. Мы, таким образом, имеем недостаточно репрезентативную выборку таксонов, что, как хорошо известно, может приводить к ошибочным молекулярным филогениям. В конечном счете, по мнению авторов, на сегодняшний день нет оснований для безоговорочного отрицания идеи Мейена о происхождении цветковых от беннеттитовых. Эту идею вполне можно сохранить в качестве рабочей гипотезы.

Читайте также: