Какие приспособления возникают у растений и животных в связи с выходом на сушу кратко

Обновлено: 01.07.2024

Теперь, когда мы познакомились с отличитель­ными признаками четырех основных групп рас­тений, а именно моховидных, папоротниковид­ных, голосеменных и покрытосеменных (цвет­ковых), нам легче представить эволюционный прогресс, сделанный растениями в процессе адаптации к жизни на суше.

Пожалуй, наитруднейшей проблемой, которую надо было как-то преодолеть, чтобы перейти от водного образа жизни к наземному, была про­блема обезвоживания. Любое растение, незащи­щенное тем или иным способом, например не покрытое восковой кутикулой, очень скоро вы­сохнет и несомненно погибнет. Даже если пре­одолеть эту трудность, останутся другие нере­шенные проблемы. И прежде всего вопрос о том, как успешно осуществить половое размножение. У первых растений в размножении участвовали мужские гаметы, способные приблизиться к женским гаметам, только плавая в воде.

Обычно считают, что первые растения, осво­ившие сушу, произошли от зеленых водорослей, у отдельных из наиболее эволюционно продви­нутых представителей которых появились ре­продуктивные органы, а именно архегонии (женские) и антеридии (мужские); в этих органах были спрятаны, а, следовательно и защищены гаметы. Это обстоятельство и ряд других вполне определенных приспособлений, помогающих избежать высыхания, позволили некоторым представителям зеленых водорослей завладеть сушей.

Одна из важнейших эволюционных тенден­ций у растений – это постепенно увеличиваю­щаяся независимость их от воды.

Ниже перечислены те основные трудности, которые связаны с переходом от водного к на­земному существованию.

  1. Обезвоживание. Воздух – это среда, спо­собствующая высыханию, а вода необхо­дима для жизни по целому ряду причин (разд. 3.1.2). Следовательно, возникает не­обходимость в приспособлениях для полу­чения и запасания воды.
  2. Размножение. Нежные половые клетки должны быть защищены, а подвижные мужские гаметы (спермии) могут встре­титься с женскими гаметами только в воде.
  3. Опора. В отличие от воды воздух не может служить опорой растениям.
  4. Питание. Растениям необходимы свет и ди­оксид углерода (CO2) для фотосинтеза, поэтому хотя бы часть растения должна возвы­шаться над землей. Однако минеральные соли и вода находятся в почве или на ее по­верхности, и, чтобы эффективно использо­вать эти вещества, часть растения должна находиться в земле и расти в темноте.
  5. Газообмен. Для фотосинтеза и дыхания нужно, чтобы обмен диоксида углерода и кислорода происходил не с окружающим раствором, а с атмосферой.
  6. Факторы окружающей среды. Вода, осо­бенно, когда ее так много, как, скажем, в озере или в океане, обеспечивает высокое постоянство условий окружающей среды. Наземная же среда обитания в гораздо большей степени характеризуется измен­чивостью таких важных факторов, как температура, интенсивность освещения, концентрация ионов и pH.

Печеночники и мхи

  1. Вода необходима им для размножения, по­скольку спермии должны подплывать к ар­хегониям. У этих растений возникли адап­тации, позволяющие им высвобождать спермии только во влажной среде, потому что только в такой среде вскрываются ан­теридии. Эти растения частично приспо­собились к наземной жизни, поскольку га­меты у них образуются в защитных струк­турах – антеридиях и архегониях.
  2. У них нет специальных опорных тканей, и поэтому рост растения вверх ограничен.
  3. У моховидных нет корней, способных да­леко проникать в субстрат, и они могут жить только там, где на поверхности поч­вы или в ее верхних слоях имеется доста­точно влаги и минеральных солей. Однако у них имеются ризоиды, которыми они прикрепляются к грунту; это – одна из адаптаций к жизни на твердом субстрате.

2.4. Печеночники и мхи часто называют амфибиями (земноводными) растительного мира. Объясните вкратце, почему.

2.5. Папоротники лучше адаптировались к жизни на суше, чем печеночники и мхи. В чем это проявляется?

2.6. По каким важным признакам мхи, папоротники и печеночники плохо адаптировались к жизни на суше?

Семенные растения – хвойные и цветковые

Одна из основных трудностей, с которой сталки­ваются растения на суше, связана с уязвимостью гаметофитного поколения. Например, у папо­ротников гаметофит – это нежный заросток, который образует мужские гаметы (спермии), нуждающиеся в воде, чтобы достичь яйцеклетки. Однако у семенных растений гаметофит защи­щен и сильно редуцирован.

Семенные растения обладают тремя важны­ми преимуществами: во-первых, разноспорово­стью; во-вторых, появлением неплавающих мужских гамет и, в-третьих, образованием се­мян.

РАЗНОСПОРОВОСТЬ И НЕПЛАВАЮЩИЕ МУЖСКИЕ ГАМЕТЫ.

Рис. 2.34. Обобщенная схема жизненного цикла растений, отражающая чередование поколений. Обратите вни­мание на наличие гаплоидных (n) и диплоидных (2n) стадий. Гаметофит всегда гаплоидный и всегда образует га­меты путем митотического деления. Спорофит всегда диплоидный и всегда образует споры в результате мейо­тического деления.

Очень важную роль в эволюции растений сыгра­ло возникновение некоторых папоротников и их близких родичей, образующих споры двух типов. Явление это называют разноспоровостью, а рас­тения – разноспоровыми. Все семенные растения относятся к разноспоровым. Они образуют крупные споры, называемые мегаспорами, в спорангиях одного типа (мегаспорангиях) и мелкие споры, называемые микроспорами, – в споран­гиях другого типа (микроспорангиях). Прора­стая, споры образуют гаметофиты (рис. 2.34). Мегаспоры развиваются в женские гаметофиты, микроспоры – в мужские. У семенных растений гаметофиты, образуемые мегаспорами и микро­спорами, очень малы по размерам и никогда не высвобождаются из спор. Таким образом, гаме­тофиты оказываются защищенными от высыха­ния, что представляет собой важное эволюцион­ное достижение. Однако спермии из мужского гаметофита все еще должны перемещаться к женскому гаметофиту, что значительно облегча­ется рассеиванием микроспор. Будучи очень мелкими, они могут образовываться в больших количествах и разноситься ветром далеко от ро­дительского спорофита. Случайно они могут оказаться в тесной близости от мегаспоры, кото­рая у семенных растений не отделяется от роди­тельского спорофита (рис. 2.45). Именно таким путем и происходит опыление у растений, пыль­цевые зерна которых представляют собой мик­роспоры. В пыльцевых зернах образуются муж­ские гаметы.

Рис. 2.45. Схематическое изображение основных элементов разноспоровости и опыления.

У семенных растений возникло еще одно эво­люционное преимущество. Мужским гаметам не нужно больше подплывать к женским гаметам, поскольку у семенных растений появились пыль­цевые трубки. Они развиваются из пыльцевых зе­рен и растут в направлении женских гамет. По этой трубке мужские гаметы достигают женской гаметы и оплодотворяют ее. Плавающие спермии больше не образуются, в оплодотворении участ­вуют только мужские ядра.

Следовательно, у растений выработался ме­ханизм оплодотворения, независимый от воды. Это и послужило одной из причин, по которой семенные растения столь превзошли другие рас­тения в освоении суши. Первоначально опыле­ние происходило только с помощью ветра – процесс довольно случайный, сопровождаю­щийся большими потерями пыльцы. Однако уже на ранних этапах эволюции примерно 300 млн. лет назад в каменноугольном периоде, появились летающие насекомые, а с ними и воз­можность более эффективного опыления. Цвет­ковые растения широко используют опыление насекомыми, тогда как у хвойных все еще пре­обладает опыление ветром.

СЕМЕНА. У ранних разноспоровых растений мегаспоры высвобождались из родительского спорофита подобно микроспорам. У семенных же растений мегаспоры не отделяются от роди­тельского растения, оставаясь в мегаспорангиях, или семязачатках (рис. 2.45). Семязачаток содер­жит женскую гамету. После оплодотворения женской гаметы семязачаток называют уже семенем. Таким образом, семя – это оплодотворен­ный семязачаток. Наличие семязачатка и семени дает определенные преимущества семенным растениям.

  1. Женский гаметофит защищен семязачат­ком. Он полностью зависит от родитель­ского спорофита и в отличие от свободно живущего гаметофита нечувствителен к обезвоживанию.
  2. После оплодотворения в семени образует­ся запас питательных веществ, получаемых гаметофитом от родительского спорофит­ного растения, от которого он по-прежне­му не отделен. Этот запас используется развивающейся зиготой (следующим спо­рофитным поколением) после прораста­ния семени.
  3. Семена предназначены для того, чтобы переживать неблагоприятные условия, и остаются в состоянии покоя до тех пор, пока условия не станут благоприятными для прорастания.
  4. У семян могут развиваться различные приспособления, облегчающие их распространение.

Семя представляет собой сложную структуру, в которой собраны клетки трех поколений – ро­дительского спорофита, женского гаметофита и зародыша следующего спорофитного поколе­ния. Родительский спорофит дает семени все, что нужно для жизни, и только после того, как семя полностью созреет, т.е. накопит запас пи­тательных веществ для зародыша спорофита, оно отделяется от родительского спорофита.

2.7. Шансы для выживания и развития пыльцевых зерен (микроспор), переносимых ветром, намного меньше, чем для спор Dryopteris. Почему?

2.8. Объясните, почему мегаспоры крупные, а микроспоры мелкие.

2.7.7. Краткое перечисление адаптаций семенных растений к жизни на суше

Основные преимущества семенных растений над всеми остальными сводятся к следующему.

  1. Гаметофитное поколение сильно редуци­ровано и полностью зависит от хорошо приспособленного к жизни на суше спорофита, внутри которого гаметофит всегда защищен. У других растений гаметофит очень легко высыхает.
  2. Оплодотворение происходит независимо от воды. Мужские гаметы неподвижны и разносятся внутри пыльцевых зерен вет­ром или насекомыми. Окончательный пе­ренос мужских гамет к женским происхо­дит с помощью пыльцевой трубки.
  3. Оплодотворенные семязачатки (семена) остаются некоторое время на родитель­ском спорофите, от которого они получа­ют защиту и пищу прежде, чем будут раз­веяны.
  4. У многих семенных растений наблюдается вторичный рост с отложением больших количеств древесины, несущей опорную функцию. Такие растения вырастают в де­ревья и кустарники, способные эффектив­но конкурировать в борьбе за свет и другие ресурсы.

Некоторые из важнейших эволюционных тенденций приводятся в обобщенном виде на рис. 2.33. У семенных растений имеются и другие признаки, присущие растениям не только этой группы, но также выполняющие роль адаптаций к жизни на суше.

Рис. 2.33. Систематика растений и некоторые основные тенденции в эволюции растений.


Приспособления для выхода на сушу

Какие приспособления возникают у растений и животных в связи с выходом на сушу?

С выходом на сушу для растений понадобилась сосудистая система, обеспечивающая проведение воды и питательных веществ. Дальнейшая эволюция растений на суше была направлена на дифференцировку таллома на органы и совершенствование полового размножения — уменьшение зависимости от воды. Не меньшее значение имело и появление механических тканей, обеспечивающих поддержание формы тела в менее плотной по сравнению с водной наземно-воздушной средой.

Для животных, вышедших на сушу, важнейшее значение имели органы, обеспечивающие: возможность дышать атмосферным воздухом (системы трахей, легочные мешки, легкие), передвижение (свободные конечности с их поясами) и размножение (органы, обеспечивающие возможность внутреннего оплодотворения, появление яйцевых оболочек).

Вопрос 1. Какие ароморфозы произошли в протерозое и палеозое?
К концу протерозойской эры появились все типы беспозвоночных, а также первые хордовые животные — подтип бесчерепных.
Крупнейшими ароморфозами протерозоя считаются появление животных с двусторонней симметрией тела, появление трёхслойности, систем органов, осевых органов хордовых.
Основные ароморфозы палеозоя:
• В палеозое произошел выход растений и животных на сушу. И важнейшие ароморфозы были связаны с освоением живыми организмами суши. У растений это - появление защитной покровной ткани, механической ткани, проводящей (сосудистой) ткани, семенного размножения (Силур).
• Дифференцировка тела растений на ткани; разделение тела животных на отделы; образование челюстей и поясов конечностей у позвоночных (Девон).
• Расчленение тела растений на органы; преобразование плавников в наземные конечности; появление органов воздушного дыхания (Каменноугольный период).
• Появление внутреннего оплодотворения, плотных оболочек яйца, ороговения кожи. • Образование пыльцевой трубки и семени (Перьмь).
К концу палеозоя в фауне Земли не хватало только птиц и млекопитающих.

Вопрос 2. Какие условия способствовали выходу растений и животных на сушу?
Выходу растений и животных на сушу способствовало накопление в атмосфере кислорода и, как следствие, образование озонового экрана, защищающего все живое от ультрафиолетового излучения.

Вопрос 3. Какие приспособления возникают у растений и животных в связи с выходом на сушу?
С выходом на сушу для растений понадобилась сосудистая система, обеспечивающая проведение воды и питательных веществ. Дальнейшая эволюция растений на суше была направлена на дифференцировку таллома на органы и совершенствование полового размножения — уменьшение зависимости от воды. Не меньшее значение имело и появление механических тканей, обеспечивающих поддержание формы тела в менее плотной по сравнению с водной наземно-воздушной средой. Образование пыльцевой трубки и семени способствовало распространению семенных растений на суше (голосеменные).
Для животных, вышедших на сушу, важнейшее значение имели органы, обеспечивающие: возможность дышать атмосферным воздухом (системы трахей, легочные мешки, легкие), передвижение (свободные конечности с их поясами) и размножение (органы, обеспечивающие возможность внутреннего оплодотворения, появление яйцевых оболочек), ороговение кожи.

Вопрос 4. Чем объяснить процветание папоротникообразных в карбоне и их постепенное вымирание к концу палеозойской эры?
В девоне происходит окончательное заселение суши растениями (сначала это были плауны, хвощи и папоротники, а затем голосеменные); возникают первые леса, которые получили широкое распространение на суше. Наибольшего расцвета папоротниковые леса достигли в каменноугольном периоде. Для карбона был характерен влажный и теплый климат. Земля была покрыта мелкими морями и огромными заболоченными территориями. Еще не было сезонных колебаний погоды, и в условиях постоянного лета развились обширные и густые тропические леса, состоящие в основном из папоротников, хвощей и плаунов. В пермский период климат стал суше и прохладнее. Это привело к вымиранию крупных форм папоротниковидных.

1)У наземных обитателей суши хорошо развиты опорные системы, поддерживающие их тело. У растений - это разнообразные механические ткани, особенно мощно развитые у деревьев. Животные в ходе эволюционного процесса выработали как наружный, так и внутренний скелет. Некоторые имеют гидроскелет.
некоторыми воздушные потоки используются для расселения ( пауки, насекомые, споры и т.д.). Семена и плоды, распростроняемые ветром, имеют различные крыловидные и парашютовидные придатки, увеличивающие их способность к планированию.

2)Появление дифференцированных тканей: покровных, проводящих, механических, фотосинтезирующих.Происходят существенные изменения в обмене веществ.

Взрослый человек имеет до 4кг разных микроорганизмов, из них больше половины – микробы, приносящие пользу, населяют кишечный тракт, обеспечивают нормальное пищеварение. Еще килограмм бактерий распространён по всему организму.

Но проникнуть в системы органов и тканей способны и болезнетворные бактерии паразиты, вызывающие развитие тяжелых заболеваний.

Бактерии паразиты – это живые организмы, микроскопических размеров (от 0,1–30 мкм), которые проникая внутрь, поселяются в организме хозяина, питаются там, живут, размножаются. При этом оказывают негативное влияние на макроорганизм.

Влияние бактерий паразитов на человека :

Вредоносные виды бактерий оказывают на человека разное влияние:

1 Не вызывают заболеваний — бактериальная флора, которая не патогенна для человека, но для растений и животных может стать причиной болезни.

2 Условно патогенные — микроорганизмы, которые в здоровом организме никак не проявляются. Только при смене условий (понижение иммунного ответа, долгое пребывание на холоде, сопутствующие патологии), становятся причиной заболевания. Примеры таких бактерий паразитов: Pseudomonas aeruginosa, Helicobacter pylori, род Enterobacter и т.д.

3 Патогенные, эти бактерии приводят к развитию ангины, тонзиллита, пневмонии, такие заболевания при своевременно начатом лечении хорошо поддаются терапии. К этому виду принадлежат Streptococcus pneumoniae, род бактерий Diplococcus и др. Бактерии паразиты рода Стрептококк (Streptococcus pyogenes) служат причиной такого инфекционного заболевания человека как скарлатина.

4 Чрезвычайно опасные – это бактерии, которые вызывают мгновенное распространение инфекции, в скором времени приводят к гибели человека. Такие бактерии паразиты быстро поражают огромное количество людей (приводят к эпидемиям, пандемиям). Их примеры: Clostridium botulinum, Vibrio cholerae, Clostridium tetani (столбнячная палочка).

Виды бактерий паразитов :

Бактерии паразиты делятся на облигатных и факультативных.

Облигатные виды ведут только паразитический способ жизни, им не свойственна свободноживущая фаза развития. Внутриклеточные микроорганизмы способны существовать только в клетках хозяина. После его гибели, умирают и сами (хламидии, риккетсии). Они развиваются в анаэробных условиях и не устойчивые во внешней среде. Поэтому передача возбудителя идет строго от одного организма к другому (трансмиссивно, трансплацентарно, через молоко матери).

Факультативные паразиты могут жить вне макроорганизма. Они способны сами продуцировать питательные вещества или при наступлении неблагоприятных условий замедлять метаболизм и временно прекращать жизнедеятельность. При случайном попадании в тело человека, начинают размножаться, вызывая повреждение органов и тканей.

Пути заражения организма :

Заражение происходит тремя путями:

Антропонозным – передача заболевания от больного человека – здоровому;

зоонозным — заражение идет через животных (рыб, птиц, млекопитающих);

протозоозным – простейшие попадают в организм человека через продукты питания, насекомых и членистоногих.

Питание бактерий паразитов :

Есть виды с автотрофным и гетеротрофным типом питания. Автотрофы способны сами синтезировать необходимые питательные вещества. Гетеротрофы питаются уже готовыми продуктами и делятся на 3 подвида. Среди них не все паразитируют и приносят вред.

Сапрофиты получают органические соединения из отмерших растений и животных, за счет пищеварительных ферментов, которые они выделяют в перегнивающую массу.

Симбионты сожительствуют с другими организмами и в ходе эволюции стали приносить пользу высшим растениям. Это, к примеру, азотфиксирующие бактерии, которые селятся на корнях бобовых растений. Поглощают азот из почвы и воздушной среды, применяют его в процессе синтеза цитоплазмы, и обращают органические соединения N в минеральные, доступные для бобовых растений. За один вегетационный период азотфиксирующие бактерии способны скапливать около 100кг азота на гектар.

Паразиты выживают за счет организма хозяина, при этом наносят ощутимый вред. Приводят к развитию заболеваний, путем выделения токсических продуктов жизнедеятельности в кровь и разрушения тканей на клеточном уровне.

Среда обитания бактерий паразитов :

Среда обитания бактерий паразитов весьма разнообразна:

Занимают воздушное пространство, поднимаясь высоко над землей (до 30км);

почва, особенно чернозем, очень богаты бактериями: на гектар земли приходится 3млрд. микроорганизмов. Они принимают участие в образовании почвы (сапрогенные, виды родов Nitrosomonas);

поверхностные воды часто служат местом сосредоточения опасных бактерий рода Шигелл, Brucella.

Живые организмы для многих бактерий паразитов стали единственным способом выживания: обеспечивают питание, благоприятные условия для развития и размножения.

Читайте также: