Папоротники, и не только

Папоротники, и не только

Все наземные растения, за исключением мхов, относятся к группе сосудистых. У сосудистых растений есть настоящие листья, побеги и корни. Все эти органы выполняют определенные, каждый свои, функции, состоят из специализированных тканей и содержат сосуды и ситовидные трубки. Вспомните, у ложных «листьев» и «стеблей» мхов проводящая система только намечается или просто отсутствует, что не позволяет мхам эффективно осваивать сушу. Без сосудов, например, нечего и думать о корнях, которые у сосудистых растений проникают глубоко в почву, добывая воду. И именно по сосудам древесины эта «с боем» добытая вода разносится ко всем остальным частям растения. По ситовидным же трубкам луба (внутренней, живой части коры) растворы сахаров от листьев, где они образуются, отводятся к стеблям и корням. Без систем транспорта, объединяющих всё тело растение в единый организм, было бы невозможно разделить «профессии» листьев, стеблей и корней, и наземные растения так бы и остались малоэффективными медленно растущими мхами, впадающими в анабиоз через день после прекращения дождя.

Самые древние из известных нам сосудистых растений – это риниофиты, обитавшие в болотах силурийского и девонского периодов (438–360 млн. лет назад). У риниофитов еще не было листьев, фотосинтез осуществлялся зелеными клетками коры. Под корой проходили тяжи древесины, одновременно проводя водные растворы к надземным частям растения и придавая побегам прочность. Древесина занимала всю центральную часть стебля, а по краям к ней примыкал слой клеток, напоминающих ситовидные трубки современных растений. От корневища отходили зеленые «побеги» высотой до полуметра и ризоиды. «Побеги» риниофитов были защищены от высыхания слоем кутикулы с устьицами. На верхушках безлистных побегов находились органы бесполого размножения – спорангии со спорами.

Риния большая – представитель риниофитов

Риниофиты сохранились до наших дней только в ископаемом состоянии, но их потомков – хвощи, плауны, папоротники, голосеменные и цветковые – мы можем увидеть и сегодня. В современной ботанике хвощи, плауны и папоротники относят к разным отделам, но их объединяет то, что все они уже сосудистые, но еще споровые, а не семенные растения.

Водоснабжающая система сосудистых растений не только осуществляет связь между листьями и корнями, но и придает побегам жесткость и прочность, что позволяет им достигать больших размеров.

Транспорт воды в сосудистых растенияхПо сосудам древесины вода с растворенными минеральными веществами движется вверх (1), а по ситовидным трубкам луба растворы сахаров оттекают от листьев к корням (2)

Этому же способствует и сильное развитие механических тканей. Мы привыкли к папоротникам–травам, но в тропиках до наших дней дожили и древовидные папоротники, достигающие высоты 24 м. Настоящие папоротниковые леса сохранились в Новой Зеландии, на Тасмании и других островах Тихого океана. Побывав там, можно почувствовать себя путешественником на машине времени, оказавшимся 320 млн. лет назад в лесу каменноугольного периода!

Современные хвощи и плауны – только травы, но так было не всегда. В лесах каменноугольного периода вместе с древовидными папоротниками царствовали древовидные хвощи и плауны. Вымершие плауны рода лепидодендрон (в дословном переводе с греческого – чешуедрево) в высоту достигали 30 метров, а диаметр их ствола у основания составлял более одного метра. 400–300 млн. лет назад лепидодендроны–чешуедревы покрывали большую часть суши сплошными лесами. Их остатки превратились в каменный уголь. В горных породах и пластах каменного угля можно найти отпечатки коры и листьев лепидодендронов. По ним ученые восстановили общий вид древнего плауна. Длинные шиловидные листья длиной до 1 м сидели на верхушке ствола по спирали. Нижние листья постепенно отпадали и оставляли ромбические следы. Поэтому весь ствол лепидодендронов несколько напоминал вафлю, свернутую в трубочку.

Каламиты – гигантские хвощи – вырастали до 18–метровой высоты. Представить себе древние каламиты очень легко – нужно просто мысленно увеличить травянистый хвощ в несколько десятков раз. Фотосинтез у каламитов осуществляли листья, которые достигали длины 7 см и были расположены на стебле мутовками. В отличие от каламитов мелкие чешуевидные листья современных хвощей функцию фотосинтеза практически не выполняют, вместо них фотосинтезируют зеленые побеги.

Лес каменноугольного периода:1 – каламиты: 2 – лепидодендроны: 3 – семенныепапоротники

Плауны, хвощи и папоротники объединяет тип размножения. Их споры, образующиеся на взрослых растениях, дают начало тоненькой зеленой цепочке клеток, удивительно напоминающей то ли нитчатую водоросль, то ли молодое растение мха. Затем из нее образуется тоненькая зеленая пластиночка, называемая заростком. В данном случае опять проявляется закон зародышевого сходства: в своем индивидуальном развитии организм кратко повторяет эволюционное развитие предков: от одноклеточных протистов (спора) через нитчатые водоросли (первонить) до первых сухопутных растений, прижимающихся к земле. .

На заростке развиваются половые органы, в которых формируются сперматозоиды и яйцеклетки. Получается, что наземные споровые растения унаследовали от водорослей не только стадию первонити, но и чередование двух совершенно непохожих поколений. Ведь что такое заросток как не гаметофит, а взрослые, привычные нам плауны, хвощи и папоротники – это же спорофиты! (Если забыли, что это такое, посмотрите на с. 170). Однако если для водорослей разделение на разные поколения было весьма выгодным изобретением, то на суше такой жизненный цикл стал обузой. Чтобы гаметофит–заросток дал начало спорофиту, сперматозоид должен приплыть к яйцеклетке и слиться с ней. У всех папоротникообразных сперматозоид может добраться до яйцеклетки только вплавь по тонкой пленке воды. Нет воды – нет и оплодотворения. Как видите, и в этом папоротникообразные еще сильно напоминают мхи и даже водоросли. Наследство предков, ничего не сделаешь.

Тяжелая наследственность не помешала папоротникообразным процветать на планете около 70 млн. лет с конца девонского периода (370–

Схема жизненного цикла хвоща (а), папоротника (б) и равноспорового плауна (в). 1 – спороносный колосок; 2 – сорусы; 3 – споры; 4 заросток; 5 – сперматозоид; 6 – яйцеклетка; 7 – молодой спорофит; 8 – взрослый спорофит

360 млн. лет назад) до начала пермского периода (280 млн. лет назад). Тогда на планете господствовал мягкий, влажный, ровный климат. Большую часть суши занимали низменности с мелководными озерцами и болотами. Такие условия как нельзя лучше подходили для роста и развития папоротникообразных: на влажной почве развивались их нежные заростки, во влажной среде происходил процесс оплодотворения. В пермском периоде (286– 248 млн. лет назад) климат стал гораздо суше, и огромные пространства болот и мелководий пересохли. Большинство папоротникообразных вымерло, вытесненные более приспособленными к недостатку воды семенными растениями, которые уже успели к тому времени возникнуть.

Из огромного разнообразия древних хвощевидных до нашего времени дожил только один род хвощей, включающий всего 15 видов, распространенных, правда, по всему земному шару. Плаунов сохранилось несколько больше: около 1000 видов, но в основном в тропиках. В Европейской части России встречается 7 видов плаунов. Папоротникам «повезло», пожалуй, больше всего: их более 12.000 видов и многие из них вы постоянно ^встречаете на прогулке в лесу.