FIRE CAT

Персональный сайт Соловьевой О.Г.

Литература и др. источники

1.http://www.bio.bsu.by/botany/files/    классификация растений

Первые уроки биологии. Строение светового микроскопа.

Строение микроскопа

Грибы.

( материал  http://youtu.be/AtLZp-2JDcI )

 по материалам сайта  http://bio.fizteh.ru/

Обзорная лекция по эволюции растений

(Ирина Ивановна Гуреева, профессор Томского университета, автор трех учебников по биологии.)

У всех наземных растений в жизненном цикле, то есть проходящем от зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) одного растения до зиготы другого, происходит закономерное и ритмичное чередование двух фаз или поколений: бесполого диплоидного (т.е. содержащего двойной набор хромосом) поколения, который называется  спорофит, и полового гаплоидного (т.е. содержат одинарный набор хромосом) – гаметофит. Спорофит производит споры, при образовании спор происходит мейоз, поэтому споры гаплоидные.

На рисунке показан спорангий папоротника, находящийся на спорофите, в котором образуются одинаковые или разные споры.

Из споры вырастает следующее поколение – гаметофит. Это поколение гаплоидное, на гаметофите образуются половые органы, производящие гаметы (половые клетки, сперматозоиды и яйцеклетки). Все наземные растения имеют половые органы одного типа: мужские называются антеридии, а женские – архегонии. В мужских органах образуется много сперматозоидов, а в женских – одна крупная неподвижная яйцеклетка. В процессе эволюции, в процессе приспособления к дефициту воды происходила постепенная редукция (то есть сокращение продолжительности жизненных циклов) гаметофитов и упрощение половых органов.

На следующем рисунке показан жизненный цикл мха.

Мхи – это растения, которые пошли по пути преобладания в жизненном цикле гаметофитного поколения. То, что мы видим в лесу – гаметофиты. На их верхушке образуются мужские и женские половые органы, то есть может происходить оплодотворение. Для этого нужна вода. Как ее можно получить и сохранить. Вы, наверно, наблюдали, что мхи растут плотной дерниной, на ней и удерживается достаточное количество воды, в которой могут плавать сперматозоиды. Что происходит при оплодотворении? Образуется зигота, потом она прорастает на этом самом гаметофите в новое диплоидное растение – спорофит. Спорофит отдельно жить не может, он паразитирует на гаметофите, и представляет собой коробочку, в которой образуются споры, коробочка на ножке, а также у него имеется присоска, через которую он присасывает все, что ему нужно из гаметофита.

Все остальные наземные растения пошли по другому пути – пути преобладания в жизненном цикле спорофита. Спорофит получил расчленение на органы, он устроен довольно сложно. Гаметофит представляет собой маленькое растеньице. В каждой группе есть различия, поэтому расскажем про каждую группу.

На рисунке представлен жизненный цикл папоротников. Виден спорофит, на его нижней поверхности есть спорангии, в которых образуются споры. Они разносятся ветром, попадают во  влажные условия, лопаются и начинают прорастать, в конце концов образуя сердцевидную очень маленькую пластинку. На ней образуются гаметангии – мужские и женские органы, о которых уже было сказано. Каким образом сперматозоидам попасть в яйцеклетку, если это растение наземное? Дело в том, что пластинка лежит той стороной вниз, на которой образуются половые органы, под ней конденсируется вода, которую сперматозоиды могут использовать, чтобы доплыть до яйцеклетки. Они плывут с достаточно большой скоростью: 0,3 мм/мин. После оплодотворения образуется зигота, и из зиготы вырастает спорофит следующего поколения, он пока еще находится на гаметофите,  но через некоторое время гаметофит отмирает, и спорофит начинает самостоятельно существовать.

Примерно так же все происходит и у хвощей. Хвощи имеют членистое строение. Листьев у них нет, одни оси, вертикальные и горизонтальные, которые и осуществляют фотосинтез. На спорофите образуются споры, которые разносятся ветром, для этого у них есть выросты, с помощью которых они сцепляются и облегчают себе полет. В конце концов, они находят где-то условия для прорастания, в следствие чего образуется гаметофит. Он имеет немного другую, отличную от папоротника форму, но он тоже наземный и зеленый, то есть может сам расти и питаться, а затем происходит все то же самое.

У плаунов размножение происходит немного по-другому. Из спор появляется гаметофит, но отличие в том, что гаметофит прорастает под землей, а для того, чтобы ему жить нужно питаться, сам он питаться не может, так как не имеет хлорофилла, поэтому он обязательно должен встретиться с грибом, который внедрится в тело гаметофита и будет его кормить. Такой гаметофит живет 15-20 лет, он долго развивается, может потому плауны остались в считанном количестве видов. А далее, если встреча произошла и образовалась зигота, то из нее образуется спорофит.

Все вышеназванные растения споровые, они образуют мужские половые клетки – сперматозоиды, окончание - зоид означает, что они движутся в воде, и это приводит к тому, что эти растения могут жить только там , где есть достаточное количество воды для размножения. В геологическом прошлом Земли процветание этих видов было тогда, когда климат был очень влажный, их расцвет приходится на каменно-угольный период, и именно они образовали залежи каменного угля, которыми мы до сих пор пользуемся. Но вскоре климат изменился, изменились условия, эти растения стали вымирать, на смену им пришли другие растения, и эти растения должны были научиться не использовать воду для оплодотворения. Доставка мужских клеток к яйцеклеткам должна была происходить без участия воды. Такими растениями стали семенные: голо- и покрытосеменные.

 Первыми появились голосеменные.

Несмотря на то, что это семенные растения, у них также есть споры. Они разные: есть мелкие – микроспоры, которые образуются в мелких шишках, есть споры крупные, которые образуются в крупных так называемых женских шишках. Из микроспор появляется мужской гаметофит, производящий мужские гаметы, а из мегаспоры появляется женский гаметофит. Но они устроены совершенно не так, как у предыдущих групп. Микроспоры образуются на чешуйках, в мешковидных образованиях, которые называются пыльниками. А сами микроспоры называются пыльцой. Мегаспора образуется в структурах, называемых семязачатками. Они находятся в женских шишках, на чешуях, по два семязачатка на каждую чешуйку. Так вот внутри этих семязачатков и образуется мегаспора. Далее должны образоваться гаметофиты. Пыльца начинает прорастать внутри пыльцевой оболчки путем деления на несколько  клеток. Часть из них отмирает, часть остается, но главное, что остаются две клетки, одна из которых потом будет иметь значение для оплодотворения,   а из второй образуются два спермия. В семяпочке выделяется одна клетка, мегаспора, она делится многократно, в конце концов получается образование, называемое женским гаметофитом. Далее мужской гаметофит каким-то образом должен попасть на женскую шишку. Выбрасываемая из пыльцевых мешков пыльца попадает туда при помощи ветра. После того, как она туда попала, семяпочки выделяют сахаристую липкую жидкость, к которой прилипает пыльца. После этого одна из клеток антеридий начинает расти, образуя трубку, которая буквально врастает в архегонию и освобождает спермии, которые по трубке проводятся к яйцеклетке. Получается нечто вроде внутреннего оплодотворения, без участия воды. Далее все происходит как обычно. Внутри семяпочки из зиготы развивается зародыш , из которого, в конце концов, образуется семя. Зародыш – уже следующее поколение спорофита, который хорошо защищен внутри семени. Семя еще защищено оболочкой, семенной кожурой, кроме того, некоторые семена имеют древовидные выросты, с помощью которых они и распространяются. Попав в благоприятные условия, семя прорастает и дает новый спорофит, который вырастает в дерево. У цветковых растений (цветковые растения - это вершина эволюции ), как и у всех прочих, в жизненном цикле доминирует спорофит. Ниже показана яблоня.

Вот эта яблоня и есть спорофит. На яблоне образуются цветки, в цветках, несмотря на все их разнообразие и сложность строения, главными структурами являются тычинки и пестики. В тычинках образуются микроспоры, которые здесь тоже называются пыльцой, а в пестиках образуются семяпочки, из которых образуются мегаспоры. Здесь защита еще более мощная, чем у голосеменных растений.

Семяпочки развиваются в завязи, и там они хорошо защищены. Из микроспоры должен образоваться мужской гаметофит. Мужской гаметофит здесь вообще крайне редуцирован – он состоит всего из двух клеток. Из одной клетки образуется пыльцевая трубка, а из другой – два спермия. Пыльца различными способами доставляется на рыльце пестика. Рыльце пестика покрыто сахаристой жидкостью, которая, во-первых, прилипанию, а во-вторых, прорастанию пыльцы. Но эта жидкость также выполняет еще одну роль. Она позволяет прорасти пыльце только своего вида. То есть любая другая пыльца, попавшая на рыльце этого пестика, что бывает довольно часто, не прорастает. Внутри семяпочки происходят сложные процессы формирования женского гаметофита. Мегаспора делится три раза, образуется восемь клеток, и одна из получившихся клеток становится яйцеклеткой. Еще две клетки сливаются в центре этого гаметофита, и это образование называется зародышевым мешком. Когда пыльца попадает на рыльце пестика, она начинает прорастать, также, как и у голосеменных, образуется пыльцевая трубка, которая проникает в этот зародышевый мешок, и один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку, а второй не отмирает, как у голосеменных, а оплодотворяет центральное ядро. Вначале оно было диплоидным, а в результате становится триплоидным. В результате из яйцеклетки развивается зародыш, а из триплоидного ядра образуется ткань, которая является питательной для зародыша, а затем и для развивающегося проростка. У голосеменных семяпочки и семена лежали открыто на семенных чешуях, то у покрытосеменных, во-первых, семяпочки находились внутри завязи, завязь находилась внутри цветка, и то, что получается из всех этих частей после оплодотворения, называется плодом. То есть семена получаются заключенными в образование, которое называется плод. (В данном случае, плод – это яблоко.)

Семя, попадая в благоприятные условия, прорастает, семенная кожура лопается, а в семени уже в готовом виде находится следующее поколение спорофита. Пока еще зародыш, который уже имеет два семядольных листика, верхушечную почку и корешок. Когда кожура лопается, первым появляется корешок, он заякоривает это будущее растение в почву, начинает самостоятельно питаться, появляются зеленые листья, и в конце концов, этот бывший проросток превращается в растение.

У покрытосеменных существует несколько способов доставки пыльцы в семяпочки. Самый распространенный способ – это с помощью насекомых.

Многие растения приспособлены к тому, чтобы пыльцу на пестик доставляли насекомые.(Процесс переноса пыльцы к семяпочкам называется опылением.) Как правило, при этом происходит взаимное приспособление насекомого и цветка друг к другу. Интерес цветка понятен – его нужно опылить, а насекомому нужно питаться. Цветок начинает вырабатывать нектар (кроме того, некоторые насекомые едят саму пыльцу). Помимо этого, некоторые насекомые откладывают яйца прямо в пестики, и потом внутри завязи развиваются личинки. Для того, чтобы семена в этом случае произвелись, а не были съедены личинками, у цветков есть способы защиты. В данном случае (см. рис. ниже) цветок устроен так, что нижняя губа представляет собой «взлетно-посадочную» площадку. Иногда она бывает даже каким-то образом размечена, то есть на ней имеются какие-то пятна. Иногда насекомые принимают цветок за насекомых противоположного пола и летят к цветку. Когда насекомое садится на нижнюю губу, тычинки с силой бьют его по спине, высыпая на него пыльцу. Насекомое пролезает вглубь цветка, касаясь спиной рыльца пестика. А поскольку насекомые за день бывают на нескольких цветках, то происходит процесс переноса пыльцы с одного цветка на рыльце пестика другого. Некоторые растения приспособились к тому, чтобы их опыляли не беспозвоночные, не насекомые, а уже позвоночные животные, например, птицы. Ниже представлена фотография колибри, которая опыляет цветок. Она запускает свой клюв внутрь пыльцевой трубки  и высасывает оттуда нектар. А в это время пыльца высыпается на перья колибри. Некоторые растения приспособлены к опылению млекопитающими – летучими мышами.

Многие цветковые растения опыляются ветром. Этим ветроопыляемым растениям нет нужды производить яркие цветки, поэтому они у них мелкие, невзрачные, и основные части этих цветков – это тычинки и пестики.

Как было сказано выше, после того, как произошло оплодотворение, из цветка образуются плоды. Плоды у покрытосеменных самые разнообразные. И это не столько способ защиты семян, сколько их распространения. Существует разные способы распространения плодов. Это различные зацепки, с помощью которых плоды цепляются к шерсти животных; это приспособления, с помощью которых сами растения разбрасывают семена (не очень эффективный способ – семена разлетаются на не очень большие расстояния). (Ниже на рисунке показан боб. Створки боба скручиваются и разбрасывают вокруг семена. Есть еще растение, которые образуют сочные плоды, похожие на огурец, в этих сочных плодах возникает давление, и в итоге, плод отрывается от плодоножки, и семена с силой выстреливаются в этой точке отрыва. Такое растение называется бешеный огурец.)

Некоторые растения приспособились к производству сочных плодов. Они нужны, чтобы кто-то их съел, а затем семена, пройдя через кишечник, выйдут где-нибудь в другом месте. Кроме того, здесь еще есть удобрения, и в итоге, такие семена лучше прорастают. Кстати, черника имеет плоды мелкие, но покрытые очень твердой семенной кожурой. И если черника не была предварительно съедена медведем, и семена эти не были обработаны в желудке и кишечнике кислотой, они не прорастают. Многие плоды человек использует в пищу.

На этом общая часть заканчивается. Далее будут идти картинки тех групп, о которых шла речь выше, с краткими комментариями.

Это мохообразные, своеобразная группа мхов, которая называется печеночники.

 Их тело представляет собой слоевище. Мужские и женские половые органы появляются на «подставках». Они имеют своеобразное строение. Сверху на мужской подставке образуются сперматозоиды, а на женских подставках образуются яйцеклетки. Интересно, как тут может присутствовать капельно-жидкая влага и как сперматозоиды попадают к яйцеклеткам. Происходит это так. Капли дождя падает на подставку, сползает вместе со сперматозоидами вниз, шлепается на слоевище, и часть брызг вместе со сперматозоидами попадает к яйцеклеткам. Этот способ размножения, конечно, не очень эффективен, но что-то из этого когда-то получается, если печеночники до сих пор существуют. Обитают печеночники по берегам рек,  болотам.

Ниже представлены более привычные мхи – зеленые, которые растут в лесах. А белые или сфагновые мхи образуют сфагновые болота.

Сфагновые мхи замечательны тем, что они нарастают верхушками всю жизнь, а с нижнего конца отмирают, таким образом образовывая слои, которые потом спрессовываются и называются  торфом. То есть эти мхи образуют торфяные, иногда очень значительные по размерам болота. Эти мхи бывают различного цвета, хоть они и называются белыми. Белыми они называются потому, что внутри их тела есть пустые, ничем не заполненные клетки, с отмершим содержимым.

Далее идет представитель Плауновых – Селягинелла. На них можно увидеть те самые листья-выросты, которые не очень эффективно увеличивают площадь, но существуют они до сих пор.

Это хвощи. Вы можете видеть хвощ речной и хвощ гигантский. Это самый высокий в мире хвощ: 4-5 метров высотой. Хвощи имеют такое своеобразное членистое строение, состоят из отдельных члеников, которые появляются сразу, и когда хвощ растет, они просто раздвигаются.

Это папоротникообразные. Как уже было сказано, их листья – это плоские ветки, целая система осей, которая уплощается и в процессе эволюции превращается в листья папоротника. На картинке показано, что не у всех папоротников такие листья, бывают листья простые, не рассеченные, почковидной формы и др.

Очень интересен папоротник, который образует два вида листьев: зеленые и нишевые. Этот папоротник эпифидный, то есть он растет на других деревьях, и вот в нишевых листьях скапливаются остатки почвы, перегнившие остатки листьев; таким образом папоротник создает на дереве себе среду для жизни.

Вот древовидные папоротники, которые еще существуют в тропиках и субтропиках, они образуют там целые леса, где образуют верхний древесный ярус, а также встречаются в нижнем наземном ярусе леса. На стволах древовидных папоротников могут жить другие папоротники.

Это уже голосеменные. На этом рисунке показано, какие бывают листья у голосеменных и шишки. Мужские шишки мало заметны в отличие от женских. У сосны женские шишки состоят из деревянистых чешуй, между которыми располагаются семена. У сосны обыкновенной это крылатые семена, у сосны кедровой и сибирской – некрылатые семена, которые называются кедровыми орешками. На рисунке также видны шишки не с деревянистыми чешуями, а с мясистыми, которые для некоторых животных съедобны, поэтому они их едят и распространяют таким образом семена.

Вот это растение тоже голосеменное.

Это растение известный ботаник назвал монстром среди растений. Этот монстр обитает в самой безводной пустыне Намиб. Каждая особь может прожить тысячу или две тысячи лет. Листьев образуется только два (на рисунке они разорвались), они могут расти всю жизнь со скоростью 20 см в год, но так как они могут быть съедены животными, то в среднем длина листа сохраняется : 6-10 метров. Но самое интересное не это. Пустыня совершенно безводная, корни только удерживают растение на земле, а влага улавливается путем конденсирования на листьях, то есть листья являются поставщиком воды.

На следующем рисунке слева представлен единственный представитель класса голосеменных – гинкго двулопастной, который выжил совершенно случайно потому, что его выращивали китайские монахи вокруг монастырей. Справа представлен саговник. Они бывают разные. В основном это тропические растения.  Интересно то, что их листья похожи на листья папоротников: крупные, многократно рассеченные, находящиеся на верхушке ствола.

А это уже более привычные нам хвойные. А именно Араукария чилийская. Она имеет правильные листья, расположенные спиралью на ветвях, очень жесткие, как пластмассовые. Интересно то, что у этого растения опадают не листья, а целые ветки. На нижнем правом рисунке показаны ее женские шишки. 

Это уже покрытосеменные.  На рисунке видны цветки, венчики которых срослись, они способны только к насекомоопылению. Внизу слева показаны цветки с бахромчатыми лепестками. На этом рисунке также представлены разные цветки.

У одних цветков интересные тычинки, они торчат далеко из цветка, и причем другого цвета (ярко красные), отличного от цвета лепестков (желтые).

У другого цветка тычинки  срастаются в трубку, внутри которой расположен пестик. Цветки образуют целые соцветия в семействе Сложноцветные.

А это цветки орхидных.

Это самое крупное семейство, оно содержит примерно 30 тыс. видов. Поскольку цветки орхидных очень красивые, необычные, это очень популярное оранжерейное растение. Некоторые коллекционируют орхидеи, это очень дорогое занятие. Сейчас выведено более 100 тыс. сортов. Орхидные наиболее приспособлены к опылению насекомыми, причем только одним видом. Интересно приспособление к опылению орхидных. У них пыльца падает на насекомое не отдельными зернами, а комочками, которые имеют ножку и прилипальце, и когда насекомое сует голову в цветок, из пыльника высыпаются эти образования и цепляются ему на голову.

У известного вам банана цветки раздельнополые. Из женских цветков образовались плоды. А соплодие ананаса образовано из многих семяпочек.

На этом рисунке показана форма листьев покрытосеменных.

Вот форма листьев водного растения Виктория регия, каждый лист-плот выдерживает примерно 50 кг веса. Внизу находятся такие выросты, которые не позволяют этому плоту переворачиваться.

Справа показана  Бугенвиллея, у которой прицветные листья выполняют функцию привлечения насекомых, для этого они окрашены в розовый цвет, между тем сами цветки белого цвета, мелкие и невзрачные.

Совершенно особые растения, которые можно назвать плотоядными, потому что они кроме питания за счет фотосинтеза (а некоторые вообще утратили способность к фотосинтезу) поедают насекомых для восполнения нехватки питательных веществ, в основном азота. Для ловли насекомых у них существуют разные приспособления.

Слева внизу изображена росянка, ее листья покрыты волосками, на конце которых есть железа с пищеварительными ферментами, которая выделяет липкую жидкость. Насекомое садится на этот лист, прилипает, и лист начинает постепенно сжиматься, причем это движение видно. То же самое происходит у растения Венерина мухоловка. У нее лист разделен на две половинки, по краям которых находятся щетинки, среди которых выделяют три сигнальных. Если насекомое задело одну щетинку, то листья не захлопываются, если за две – захлопывается, причем очень быстро. У изображенного справа внизу растения – непентеса - другое приспособление к ловли насекомых. У него черешок превращается в кувшинчик, который заполнен пищеварительным соком. Насекомое попадает в этот кувшинчик и выбраться из него уже не может, потому что кувшинчик изнутри покрыт направленными вниз щетинками. Лист этого цветка часто закрывает черешок, преобразованный в кувшинчик.