Историческое развитие растений на земле. Тестирование «Эволюция растений и животных
Цианобактерий, поскольку в их клетках отсутствует оформленные ядра. Таким образом, их можно отнести к прокариотам (доядерным организмам). Среди синезеленых водорослей были одно- и многоклеточные организмы, имеющие возможность осуществлять фотосинтез. Благодаря процессу фотосинтеза, в атмосферу нашей планеты начал поступать кислород, необходимый для жизнедеятельности аэробов.
Позднее в протерозойской эре (около 2600 млн. лет назад) Землей завладели красные и зеленые водоросли. Их господство распространилось и на палеозойскую эру (примерно 570 млн. лет назад). Только в поздний палеозой (силурийский период) отмечена жизнедеятельность на планете древнейших высших растений – риниофитов, или псилофитов. У этих растений были побеги, но отсутствовали корни и листья. Размножение риниофитов происходило спорами. Они обитали на суше или частично в воде.В существовании нашей планеты новая эра началась с появления высших, или наземных растений. Около 400- 360 млн. лет назад в девонском периоде палеозойской эры на фоне преобладания на Земле риниофитов и водорослей появились первые папоротникообразные (папоротники, хвощи, плауны) и моховидные растения. Они относятся к высшим споровым растениям. Благодаря распространению растений на суше, появились и новые наземные виды животных. Сочетанное изменение в ходе эволюции форм растений и животных обусловило огромнейшее разнообразие жизни на Земле. Облик планеты изменился коренным образом. Прикрепленный образ жизни растения на суше привел к появлению расчленения растения на корень, стебель и лист, а также к возникновению опорных тканей и сосудистой проводящей системы. Самые первые наземные растения были маленьких размеров. Они поглощали воду посредством ризоидов, как сохранившиеся по сей день на Земле мхи. В цикле их развития преобладало гаплоидное поколение (гаметофит). Постепенно появлялись более крупные формы растений - папоротникообразные, у которых образовались сложные специализированные органы – корни с корневыми волосками. В цикле развития этих растений на первый план выступает диплоидная фаза - спорофит, являющийся непосредственно самим растением, тогда как гаметофит – это заросток, который выглядит как клубенек у хвощей и плаунов и как небольшая пластинка в форме сердца у папоротников. Так осуществлялся постепенный переход от гаплоидного поколения к более совершенному - диплоидному. В палеозойскую эру папоротникообразные были громадными растениями, господствовавшими на суше. Однако для их размножения была необходима вода, что ограничивало территорию их существования местностями с повышенной влажностью.
В каменноугольном периоде, который длился с 360 до 280 млн. лет назад, доказано появление на нашей планете семенных папоротников, которые в дальнейшем стали родоначальниками всех голосеменных растений . В это время полностью исчезают риниофиты из-за невозможности конкурировать с более развитыми растениями. А господствовашие тогда огромнейшие древовидные папоротникообразные после отмирания образовали залежи каменного угля.
В следующем пермском периоде палеозойской эры на Земле появились древние голосеменные растения. Древовидные папоротникообразные постепенно вымирают, а им на смену приходят семенные и травянистые папоротники, завладевая сушей. Особенностью голосеменных растений является то, что размножение их осуществляется семенами, не имеющими защиты в виде стенок плода, так как цветков и плодов эти растения не образуют. Половое размножение этих растений осуществлялось независимо от капельно-водной среды. А их появление в ходе эволюционных метаморфоз было обусловлено перепадами влажности и температуры и изменением рельефа Земли вследствие поднятия суши, то есть появления горных массивов.
Мезозойская эра наступила около 240 млн. лет назад. В триасовом периоде мезозоя появились современные голосеменные, а в юрском периоде зародились первые покрытосеменные растения. Но господствующие позиции на планете сохранились за голосеменными растениями. Это эра вымирания древних папоротникообразных, не выдерживающих естественного отбора. В процессе появления покрытосеменных растений произошла череда ароморфозов. Во-первых, сформировался цветок – трансформированный побег, приспособленный для образования спор и гамет. Опыление, оплодотворение и образование зародыша и плода происходило непосредственно в цветке. Во-вторых, для лучшей защиты и распространения семена покрытосеменных растений были окружены околоплодником. Для этих растений характерно половое размножение. К покрытосеменным относятся травянистые растения, деревья и кустарники. Разнообразные видоизменения вегетативных органов (корня, стебля, листа) отмечаются у разных видов растений. Эволюционные изменения покрытосеменных растений происходили за относительно короткий срок, поэтому для них свойственна высокая эволюционная пластичность. Огромное значение в протекании эволюционных преобразований сыграли насекомые-опылители. Покрытосеменные растения более продуктивно осваивают окружающую среду и завоевывают новые территории, благодаря своим особенностям строения и способности формировать сложные многоярусные сообщества.
В кайнозойской эре, наступившей приблизительно 70 млн. лет назад, на нашей планете стали господствовать существующие и в настоящее время покрытосеменные и голосеменные растения, тогда как высшие споровые растения регрессировали.
Сейчас на Земле произрастают более 350 видов растений, среди них встречаются цветковые, мохообразные растения, папоротники, водоросли.
ЭТАПЫ РАННЕЙ ЭВОЛЮЦИИ:
Коацерваты (появление доклеточных форм жизни)
Прокариотические клетки (возникновение жизни, клеточных форм жизни – анаэробных гетеротрофов)
Хемосинтезирующие бактерии (появление хемосинтеза)
Фотосинтезирующие бактерии (появление фотосинтеза, в дальнейшем это приведет к возникновению озонового экрана, который позволит организмам выйти на сушу)
Аэробные бактерии (появление кислородного дыхания)
Эукариотические клетки (возникновение эукариот)
Многоклеточные организмы
- (выход организмов на сушу)
ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ РАСТЕНИЙ:
- (появление фотосинтеза у прокариот)
Одноклеточные водоросли
Многоклеточные водоросли
Риниофиты, Псилофиты (выход растений на сушу, дифференциация клеток и появление тканей)
Мхи (появление листьев и стебля)
Папоротники, Хвощи, Плауны (появление корней)
Покрытосеменные (появление цветка и плода)
ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВОТНЫХ:
Простейшие
Кишечнополостные (появление многоклеточности)
Плоские черви (возникновение двусторонней симметрии)
Круглые черви
Кольчатые черви (расчленение тела на сегменты)
Членистоногие (возникновение хитинового покрова)
Бесчерепные (образование хорды, предки позвоночных)
Рыбы (возникновение мозга у позвоночных)
Кистеперые рыбы
Стегоцефалы (переходные формы между рыбами и земноводными)
Земноводные (возникновение лёгких и пятипалой конечности)
Пресмыкающиеся
Яйцекладущие млекопитающие (возникновение четырехкамерного сердца)
Плацентарные млекопитающие
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:
ЗАДАНИЯ ЧАСТИ 2:
Задания
Установите последовательность этапов, характеризующих эволюцию процесса размножения живых организмов. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) живорождение у млекопитающих
2) возникновение простого бинарного деления бактерий
3) внешнее оплодотворение
4) внутреннее оплодотворение
5) возникновение конъюгации одноклеточных
Ответ
КОАЦЕРВАТЫ
1. Установите последовательность эволюционных процессов на Земле в хронологическом порядке
1) выход организмов на сушу
2) возникновение фотосинтеза
3) формирование озонового экрана
4) образование коацерватов в воде
5) появление клеточных форм жизни
Ответ
2. Установите последовательность эволюционных процессов на Земле в хронологическом порядке
1) возникновение прокариотических клеток
2) образование коацерватов в воде
3) возникновение эукариотических клеток
4) выход организмов на сушу
5) появление многоклеточных организмов
Ответ
3. Установите последовательность процессов, протекающих при зарождении жизни на Земле. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) появление прокариотической клетки
2) формирование первых замкнутых мембран
3) синтез биополимеров из мономеров
4) образование коацерватов
5) абиогенный синтез органических соединений
Ответ
ГЕТЕРОТРОФЫ-АВТОТРОФЫ-ЭУКАРИОТЫ
1. Установите последовательность, отражающую этапы эволюции протобионтов. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) анаэробные гетеротрофы
2) аэробы
3) многоклеточные организмы
4) одноклеточные эукариоты
5) фототрофы
6) хемотрофы
Ответ
2. Установите последовательность возникновения групп организмов в эволюции органического мира Земли в хронологическом порядке. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) гетеротрофные прокариоты
2) многоклеточные организмы
3) аэробные организмы
4) фототрофные организмы
Ответ
3. Установите последовательность биологических явлений, происходивших в эволюции органического мира на Земле. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) появление аэробных гетеротрофных бактерий
2) возникновение гетеротрофных пробионтов
3) появление фотосинтезирующих анаэробных прокариот
4) формирование эукариотических одноклеточных организмов
Ответ
РАСТЕНИЯ СИС.ЕДИНИЦЫ
1. Установите, в какой хронологической последовательности появились на Земле основные группы растений
1) зеленые водоросли
2) хвощевидные
3) семенные папоротники
4) риниофиты
5) голосеменные
Ответ
2. Установите, в какой хронологической последовательности появились на Земле основные группы растений
1) Псилофиты
2) Голосеменные
3) Семенные папоротники
4) Одноклеточные водоросли
5) Многоклеточные водоросли
Ответ
3. Установите последовательность систематического положения растений, начиная с наименьшей категории. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) псилофиты
2) одноклеточные водоросли
3) многоклеточные водоросли
4) голосеменные
5) папоротниковидные
6) покрытосеменные
Ответ
Расположите растения в последовательности, отражающей усложнение их организации в процессе эволюции систематических групп, к которых они принадлежат.
1) Хламидомонада
2) Псилофит
3) Сосна обыкновенная
4) Папоротник орляк
5) Ромашка лекарственная
6) Ламинария
Ответ
РАСТЕНИЯ АРОМОРФОЗЫ
1. Установите последовательность ароморфозов в эволюции растений, обусловивших появление более высокоорганизованных форм
1) дифференциация клеток и появление тканей
2) появление семени
3) образование цветка и плода
4) появление фотосинтеза
5) формирование корневой системы и листьев
Ответ
2. Установите правильную последовательность возникновения важнейших ароморфозов у растений. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) возникновение многоклеточности
2) появление корней и корневищ
3) развитие тканей
4) образование семени
5) возникновение фотосинтеза
6) возникновение двойного оплодотворения
Ответ
3. Установите правильную последовательность важнейших ароморфозов у растений. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) Фотосинтез
2) Образование семян
3) Появление вегетативных органов
4) Возникновение цветка у плода
5) Возникновение многоклеточности
Ответ
4. Установите последовательность ароморфозов в эволюции растений. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) появление вегетативных органов (корней, побегов)
2) появление семени
3) формирование примитивной покровной ткани
4) образование цветка
5) возникновение многоклеточных слоевищных форм
Ответ
5. Установите последовательность процессов, происходящих в ходе эволюции растений на Земле, в хронологическом порядке. Запишите в ответе соответствующую последовательность цифр.
1) возникновение эукариотической фотосинтезирующей клетки
2) четкое деление тела на корни, стебли, листья
3) выход на сушу
4) появление многоклеточных форм
Ответ
Расположите структуры растений в порядке их эволюционного возникновения. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) семя
2) эпидермис
3) корень
4) лист
5) плод
6) хлоропласты
Ответ
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из перечисленных ароморфозов произошли после выхода растений на сушу?
1) возникновение семенного размножения
2) возникновение фотосинтеза
3) разделение тела растения на стебель, корень и лист
4) возникновение полового процесса
5) появление многоклеточности
6) возникновение проводящих тканей
Ответ
ХОРДОВЫЕ АРОМОРФОЗЫ
1. Установите последовательность формирования ароморфозов в эволюции хордовых животных
1) возникновение легких
2) образование головного и спинного мозга
3) образование хорды
4) возникновение четырехкамерного сердца
Ответ
2. Расположите органы животных в порядке их эволюционного возникновения. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) плавательный пузырь
2) хорда
3) трехкамерное сердце
4) матка
5) спинной мозг
Ответ
3. Установите последовательность появления ароморфозов в процессе эволюции позвоночных животных на Земле в хронологическом порядке. Запишите соответствующую последовательность цифр
1) размножение яйцами, покрытыми плотными оболочками
2) формирование конечностей наземного типа
3) появление двухкамерного сердца
4) развитие зародыша в матке
5) кормление молоком
Ответ
4. Установите последовательность усложнения кровеносной системы у хордовых животных. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) трехкамерное сердце без перегородки в желудочке
2) двухкамерное сердце с венозной кровью
3) сердце отсутствует
4) сердце с неполной мышечной перегородкой
5) в сердце разделение венозного и артериального кровотоков
Ответ
ХОРДОВЫЕ СИС.ЕДИНИЦЫ
1. Установите последовательность появления групп хордовых животных в процессе эволюции.
1) кистепёрые рыбы
2) пресмыкающиеся
3) стегоцефалы
4) бесчерепные хордовые
5) птицы и млекопитающие
Ответ
2. Установите последовательность эволюционных явлений у позвоночных животных. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) расцвет динозавров
2) появление приматов
3) расцвет панцирных рыб
4) появление питекантропов
5) появление стегоцефалов
Ответ
3. Установите последовательность эволюционных процессов образования основных групп животных, происходивших на Земле, в хронологическом порядке. Запишите соответствующую последовательность цифр
1) Бесчерепные
2) Рептилии
3) Птицы
4) Костные рыбы
5) Земноводные
Ответ
4. Установите последовательность эволюционных процессов образования основных групп животных, происходивших на Земле, в хронологическом порядке. Запишите соответствующую последовательность цифр
1) Бесчерепные
2) Рептилии
3) Птицы
4) Костные рыбы
5) Земноводные
Ответ
5. Установите последовательность эволюционных явлений у позвоночных животных. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) появление питекантропов
2) появление стегоцефалов
3) расцвет динозавров
4) расцвет панцирных рыб
5) появление приматов
Ответ
ЧЛЕНИСТОНОГИЕ АРОМОРФОЗЫ
Установите последовательность формирования ароморфозов в эволюции беспозвоночных животных
1) возникновение двусторонней симметрии тела
2) появление многоклеточности
3) возникновение членистых конечностей, покрытых хитином
4) расчленение тела на множество сегментов
Ответ
ЖИВОТНЫЕ СИС.ЕДИНИЦЫ
1. Установите правильную последовательность появления на Земле основных групп животных. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) Членистоногие
2) Кольчатые черви
3) Бесчерепные
4) Плоские черви
5) Кишечнополостные
Ответ
2. Установите, в какой последовательности следует расположить типы беспозвоночных животных, учитывая усложнение их нервной системы в эволюции
1) Плоские черви
2) Членистоногие
3) Кишечнополостные
4) Кольчатые черви
Ответ
3. Установите правильную последовательность, в которой предположительно возникли данные группы организмов. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) Птицы
2) Ланцетники
3) Инфузории
4) Кишечнополостные
5) Пресмыкающиеся
Ответ
4. Установите последовательность возникновения групп животных. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) трилобиты
2) археоптерикс
3) простейшие
4) дриопитеки
5) кистеперые рыбы
6) стегоцефалы
Ответ
5.
Установите геохронологическую последовательность возникновения групп живых организмов на Земле. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) Плоские черви
2) Бактерии
3) Птицы
4) Простейшие
5) Земноводные
6) кишечнополостные
Ответ
Установите последовательность усложнения организации указанных животных в процессе эволюции
1) дождевой червь
2) обыкновенная амеба
3) белая планария
4) майский жук
5) нематода
6) речной рак
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Озоновый экран впервые возник в атмосфере Земли в результате
1) химических процессов, происходивших в литосфере
2) химических превращений веществ в гидросфере
3) жизнедеятельности водных растений
4) жизнедеятельности наземных растений
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Какой тип животных имеет наиболее высокий уровень организации
1) Кишечнополостные
2) Плоские черви
3) Кольчатые черви
4) Круглые черви
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Какие древние животные были наиболее вероятными предками позвоночных
1) Членистоногие
2) Плоские черви
3) Моллюски
4) Бесчерепные
Ответ
© Д.В.Поздняков, 2009-2019
- Какие растения относятся к низшим? В чём их отличие от высших?
- Какая группа растений в настоящее время занимает господствующее положение на нашей планете?
Методы изучения древних растений . Мир современных растений многообразен (рис. 83). Но в прошлом растительный мир Земли был совсем иным. Картину исторического развития жизни от её начала до наших дней помогает нам проследить палеонтология (от греческих слов «палайос» - древний, «он/онтос» - сущее и «логос») - наука о вымерших организмах, о смене их во времени и в пространстве.
Рис. 83. Примерное число видов современных растений
Одно из подразделений палеонтологии - палеоботаника - изучает ископаемые остатки древних растений, сохранившиеся в пластах геологических отложений. Доказано, что на протяжении веков видовой состав растительных сообществ менялся. Многие виды растений вымирали, другие приходили им на смену. Иногда растения попадали в такие условия (в болото, под пласт обвалившейся породы), что без доступа кислорода они не перегнивали, а пропитывались минеральными веществами. Происходило окаменение. Окаменевшие деревья нередко находят в угольных шахтах. Они настолько хорошо сохранились, что можно изучать их внутреннее строение. Иногда на твёрдых породах остаются отпечатки, по которым можно судить о внешнем виде древних ископаемых организмов (рис. 84). Многое могут рассказать учёным споры и пыльца, встречающиеся в осадочных породах. Используя специальные методы, молено определить возраст ископаемых растений, их видовой состав.
Рис. 84. Отпечатки древних растений
Изменение и развитие растительного мира . Ископаемые остатки растений свидетельствуют о том, что в далёкие времена растительный мир нашей планеты был совсем иным, чем сейчас.
В самых древних слоях земной коры не удаётся найти признаки живых организмов. В более поздних отложениях находят остатки примитивных организмов. Чем моложе слой, тем чаще встречаются более сложные организмы, которые приобретают всё большее сходство с современными.
Много миллионов лет назад жизни на Земле не было. Затем появились первые примитивные организмы, которые постепенно менялись, преобразовывались, уступая место новым, более сложным.
В процессе длительного развития многие растения на Земле бесследно исчезли, другие неузнаваемо изменились. Поэтому полностью восстановить историю развития растительного мира очень трудно. Но учёными уже доказано, что все современные виды растений произошли от более древних форм.
Начальные этапы развития растительного мира . Изучение древнейших слоев земной коры, отпечатков и окаменелостей ранее живших растений и животных и многие другие исследования позволили установить, что Земля образовалась более 5 млрд лет назад.
Первые живые организмы появились в воде примерно 3,5-4 млрд лет назад. Простейшие одноклеточные организмы по строению были схожи с бактериями. Они ещё не имели обособленного ядра, но обладали системой обмена веществ и способностью к размножению. В пищу они использовали органические и минеральные вещества, растворённые в воде первичного океана. Постепенно запасы питательных веществ в первичном океане стали истощаться. Между клетками началась борьба за пищу. В этих условиях у некоторых клеток появился зелёный пигмент - хлорофилл, и они приспособились к использованию энергии солнечного света для превращения в пищу воды и углекислого газа. Так возник фотосинтез, то есть процесс образования органических веществ из неорганических с использованием энергии света. С появлением фотосинтеза в атмосфере стал накапливаться кислород. Состав воздуха стал постепенно приближаться к современному, то есть в основном включать азот, кислород и небольшое количество углекислого газа. Такая атмосфера способствовала развитию более совершенных форм жизни.
Появление водорослей . От древних простейших одноклеточных организмов, способных к фотосинтезу, произошли одноклеточные водоросли. Одноклеточные водоросли - родоначальники царства растений. Наряду с плавающими формами среди водорослей появились и прикреплённые ко дну. Такой образ жизни привёл к расчленению тела на части: одни из них служат для прикрепления к субстрату, другие осуществляют фотосинтез. У некоторых зелёных водорослей это было достигнуто благодаря гигантской многоядерной клетке, расчленённой на листовидную и корневидную части. Однако более перспективным оказалось разделение многоклеточного тела на части, выполняющие различные функции.
Важное значение для дальнейшего развития растений имело возникновение у водорослей полового размножения. Размножение половым путём способствовало изменчивости организмов и приобретению ими новых свойств, которые помогали приспособиться к новым условиям жизни.
Выход растений на сушу . Поверхность материков и дно океана со временем изменились. Поднимались новые материки, уходили под воду существовавшие раньше. Из-за колебаний земной коры на месте морей возникала суша. Изучение ископаемых остатков показывает, что растительный мир Земли тоже изменялся.
Переход растений к наземному образу жизни, по-видимому, был связан с существованием периодически заливавшихся и освобождавшихся от воды участков суши. Осушение этих участков происходило постепенно. У некоторых водорослей стали появляться приспособления к обитанию вне воды.
В это время на земном шаре был влажный и тёплый климат. Начался переход некоторых растений от водного к наземному образу жизни. У древних многоклеточных водорослей строение постепенно усложнялось, и они дали начало первым наземным растениям (рис. 85).
Рис. 85. Первые растения суши
Одними из первых наземных растений были росшие по берегам водоёмов риниофиты, например риния (рис. 86). Они существовали 420-400 млн лет назад, а потом вымерли.
Рис 86. Риниофиты
Строение риниофитов ещё напоминало строение многоклеточных водорослей: отсутствовали настоящие стебли, листья, корни, в высоту они достигали около 25 см. Ризоиды, с помощью которых они прикреплялись к почве, поглощали из неё воду и минеральные соли. Наряду с подобием корней, стебля и примитивной проводящей системы риниофиты имели покровную ткань, предохранявшую их от высыхания. Размножались они спорами.
Происхождение высших споровых растений . От риниофитоподобных растений произошли древние плауны, хвощи и папоротники и, по-видимому, мхи, у которых уже были стебли, листья, корни (рис. 87). Это были типичные споровые растения, своего расцвета они достигли около 300 млн лет назад, когда климат был тёплым и влажным, что благоприятствовало росту и размножению папоротников, хвощей и плаунов. Однако их выход на сушу и отрыв от водной среды не были ещё окончательными. При половом размножении споровым растениям для оплодотворения необходима водная среда.
Рис. 87. Происхождение высших растений
Развитие семенных растений . В конце каменноугольного периода климат Земли почти повсеместно стал суше и холоднее. Древовидные папоротники, хвощи и плауны постепенно вымирали. Появились примитивные голосеменные растения - потомки некоторых древних папоротниковидных.
Условия жизни продолжали меняться. Там, где климат становился более суровым, древние голосеменные растения постепенно вымирали (рис. 88). Им на смену приходили более совершенные растения - сосна, ель, пихта.
Растения, размножавшиеся семенами, лучше приспособились к жизни на суше, чем растения, размножавшиеся спорами. Это связано с тем, что возможность оплодотворения у них не зависит от наличия воды во внешней среде. Особенно явно превосходство семенных растений над споровыми проявилось, когда климат стал менее влажным.
Покрытосеменные растения появились на Земле около 130 млн лет назад.
Покрытосеменные оказались наиболее приспособленными к жизни на суше растениями. Только у покрытосеменных имеются цветки, их семена развиваются внутри плода и защищены околоплодником. Покрытосеменные быстро расселились по всей Земле и заняли все возможные места обитания. Уже более 60 млн лет покрытосеменные растения господствуют на Земле.
Приспособившись к различным условиям существования, покрытосеменные создали разнообразный растительный покров Земли из деревьев, кустарников и трав.
Новые понятия
Палеонтология. Палеоботаника. Риниофиты
Вопросы
- На основании каких данных можно утверждать, что растительный мир развивался и усложнялся постепенно?
- Где появились первые живые организмы?
- Какое значение имело появление фотосинтеза?
- Под влиянием каких условий древние растения перешли от водного образа жизни к наземному?
- Какие древние растения дали начало папоротниковидным, а какие - голосеменным растениям?
- В чём преимущество семенных растений перед споровыми?
- Сравните голосеменные и покрытосеменные растения. Какие особенности строения обеспечили преимущество покрытосеменным растениям?
Задания для любознательных
Летом исследуйте крутые берега рек, склоны глубоких оврагов, карьеров, куски каменного угля, известняка. Найдите окаменевшие древние организмы или их отпечатки.
Зарисуйте их. Постарайтесь определить, к каким древним организмам они принадлежат.
Знаете ли вы, что...
Самый древний отпечаток цветков растения был найден в штате Колорадо (США) в 1953 г. Растение было похоже на пальму. Возраст отпечатка 65 млн лет.
Некоторые формы древних покрытосеменных: тополя, дубы, ивы, эвкалипты, пальмы - сохранились и в настоящее время.
Царство Растения удивительно многообразно. В него входят водоросли, мхи, плауны, хвощи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные (цветковые) растения.
Низшие растения - водоросли - имеют сравнительно простое строение. Они могут быть одноклеточными или многоклеточными, но их тело (слоевище) не расчленено на органы. Различают зелёные, бурые и красные водоросли. Они вырабатывают огромное количество кислорода, который не только растворяется в воде, но и выделяется в атмосферу.
Человек использует морские водоросли в химической промышленности. Из них получают йод, калийные соли, целлюлозу, спирт, уксусную кислоту и другие продукты. Во многих странах водоросли используют для приготовления разнообразных блюд. Они очень полезны, так как содержат много углеводов, витаминов, богаты иодом.
Лишайники состоят из двух организмов - гриба и водоросли, которые находятся в сложном взаимодействии. Лишайники в природе играют важную роль, первыми поселяясь в самых бесплодных местах. Отмирая, они образуют почву, на которой могут жить другие растения.
Высшими растениями называют мхи, плауны, хвощи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные. Их тело расчленено на органы, каждый из которых выполняет определённые функции.
Мхи, плауны, хвощи, папоротники размножаются спорами. Их относят к высшим споровым растениям. Голосеменные и покрытосеменные - высшие семенные растения.
Покрытосеменные растения имеют наиболее высокую организацию. Они широко распространены в природе и являются господствующей группой растений на нашей планете.
Практически все сельскохозяйственные растения, выращиваемые человеком, относятся к покрытосеменным растениям. Они обеспечивают человека продуктами питания, сырьём для различных отраслей промышленности, используются в медицине.
Изучение ископаемых остатков доказывает историческое развитие растительного мира в течение многих миллионов лет. Из растений первыми появились водоросли, которые произошли от более простых организмов. Они жили в воде морей и океанов. Древние водоросли дали начало первым сухопутным растениям - риниофитам, от которых произошли мхи, хвощи, плауны и папоротники. Своего расцвета папоротниковидные достигли в каменноугольном периоде. С изменением климата им на смену пришли сначала голосеменные, а затем покрытосеменные растения. Покрытосеменные - самая многочисленная и высокоорганизованная группа растений. Она стала господствующей на Земле.
В результате доисторических событий, таких как пермское и мел-палеогеновое , многие семейства растений и некоторые предки существующих видов вымерли до начала записанной истории.
Общая тенденция диверсификации включает в себя четыре основные группы растений, которые господствуют на планете, начиная со среднего силурийского периода и до настоящего времени:
Модель зостерофиллума
- Первая основная группа, представляющая наземную растительность, включала бессемянные сосудистые растения, представленные классами риниевых (Rhyniophyta ), зостерофилловых (Zosterophyllopsida ).
Папоротники
- Вторая основная группа, появившаяся в позднедевонском периоде, состояла из папоротников.
- Третья группа, семенные растения, появились как минимум 380 миллионов лет назад. Она включала в себя голосеменные растения (Gymnospermae ), которые доминировали в наземной флоре в течение большей части мезозойской эры до 100 миллионов лет назад.
- Последняя четвертая группа, покрытосеменные растения, появилась около 130 миллионов лет назад. В летописи окаменелостей также показано, что эта группа растений была в изобилии в большинстве районов мира в пределах от 30 миллионов до 40 миллионов лет назад. Таким образом, покрытосеменные доминировали над растительностью Земли в течение почти 100 миллионов лет.
Палеозойская эра
Плауновидные
Протерозойский и архейский эоны предшествуют появлению наземной флоры. Бессемянные, сосудистые, наземные растения появились в середине силурийского периода (437-407 миллионов лет) и были представлены риниофитами и, возможно, плауновидными (включая ликоподиумы). Из примитивных риниофитов и плауновых наземная растительность быстро эволюционировала в течение девонского периода (407-360 миллионов лет назад).
Предки настоящих папоротников, возможно развивались в середине девона. Во время позднего девонского периода появились хвощёвые и голосеменные. К концу периода уже существовали все основные отделы сосудистых растений, кроме покрытосеменных.
Развитие особенностей сосудистых растений, во время девона, позволили увеличить географическое разнообразие флоры. Одной из них было возникновение сплющенных листьев, что повысило эффективность . Другая - появление вторичной древесины, позволяющая растениям значительно увеличиваться по форме и размерам, что привело к появлению деревьяев и, вероятно, к лесов. Постепенным процессом было репродуктивное развитие семени; самое раннее обнаружено в верхнедевонских отложениях.
Предки хвойных и саговниковидных появились в каменноугольном периоде (360-287 миллионов лет назад). Во время раннего карбона в высоких и средних широтах растительность демонстрирует доминирование ликоподиумов и Progymnospermophyta .
Progymnospermophyta
В более низких широтах Северной Америки и Европы обнаруживается большое разнообразие ликоподиумов и Progymnospermophyta , а также другой растительности. Встречаются семенные папоротники (включая calamopityales ), наряду с настоящими папоротниками и хвощами (Archaeocalamites ).
Поздняя карбоновая растительность в высоких широтах сильно пострадала от начала пермско-карбонового ледникового периода. В северных средних широтах летопись окаменелостей показывает доминирование хвощей и примитивных семенных папоротников (птеридоспермов) над немногими другими растениями.
В северных низких широтах наземные массивы Северной Америки, Европы и Китая были охвачены неглубокими морями или болотами и, поскольку они близки к экватору, то испытывали тропические и субтропические климатические условия.
В это время появились первые , известные как каменноугольные леса. Огромное количество торфа было заложено в результате благоприятных условий круглогодичного роста и адаптации гигантских ликоподиумов к тропическим средам водно-болотных угодий.
В более сухих районах, окружающих низменности, в большом изобилии существовали леса хвощей, семенные папоротники, кордаиты и другие папоротники.
Пермский период (287-250 миллионов лет назад) указывает на значительный переход хвойных, саговниковидных, глоссоптерис, гигантоптерид и пельтасперм из бедных окаменелостей в карбоне в значительную обильную растительность. Другие растения, такие как древесные папоротники и гигантские ликоподиумы, присутствовали в перми, но не в изобилии.
В результате массового пермского вымирания исчезли тропические болотные леса, а вместе с ними и ликоподиумы; кордаиты и глоссоптерисы вымерли на более высоких широтах. Около 96 % всех видов растений и животных исчезли с лица нашей планеты в это время.
Мезозойская эра
В начале триасового периода (248-208 миллионов лет назад) скудная летопись окаменелостей указывает на сокращения флоры Земли. С середины до позднего триаса современные семейства папоротников, хвойных деревьев и ныне вымершей группы растений, беннеттитовых, обитали в большинстве наземных . После массового вымирания беннеттиты переместились в свободные экологические ниши.
Поздняя триасовая флора в экваториальных широтах представлена широким диапазоном папоротников, хвощей, саговников, беннеттитов, гинкго и хвойных деревьев. Комбинации растений в небольших широтах сходные, но не богатые видами. Это отсутствие вариаций растений в низких и средних широтах отражает глобальный безморозный климат.
В юрский период (208-144 миллионов лет назад) появилась наземная растительность, похожая на современную флору, и потомками папоротников этого геологического отрезка времени можно считать современные семейства, такие как Dipteridaceae, Matoniaceae, Gleicheniaceae, и Cyatheaceae.
К хвойным этого возраста также могут относится современные семейства: подокарповых, араукариевых, сосновых и тисовых. Эти хвойные породы, во время мезозоя, создали значительные залежи такого , как уголь.
Во время раннего и среднего юрского периода, в экваториальных широтах западной части Северной Америки, Европы, Средней Азии и Дальнего Востока, произрастала разнообразная растительность. Она включала: хвощи, саговники, беннеттиты, гинкго, папоротники и хвойные деревья.
Теплые, влажные условия также существовали в северных средних широтах (Сибирь и северо-запад Канады), поддерживая гинкговые леса. Пустыни встречались в центральной и восточной частях Северной Америки и Северной Африки, а наличие беннеттитов, саговников, хейролепидиевых и хвойных деревьев свидетельствовали о приспособленности растений к засушливым условиям.
Южные широты имели сходную растительность с экваториальными, но из-за более сухих условий хвойные породы были обильными, а гинкговые - дефицитными. Южная флора распространилась на очень высокие широты, включая Антарктиду, из-за отсутствия полярного льда.
Хейролипидиевые
В меловом периоде (144-66,4 миллионов лет назад) в Южной Америке, Центральной и Северной Африке, и Центральной Азии существовали сухие, полупустынные природные условия. Таким образом, в наземной растительности преобладали хвойные породы хейролипидиевых и матониевые папоротники.
Северные средние широты Европы и Северной Америки имели более разнообразную растительность, состоящую из беннеттитовых, саговниковых, папоротников и хвойных деревьев, а в южных средних широтах преобладали беннеттиты.
В позднем меловом периоде произошли значительные изменения в растительности Земли, с появлением и распространением цветущих семенных растений, покрытосеменных. Присутствие покрытосеменных означало конец типичной мезозойской флоры с преобладанием голосеменных растений и определенное снижение беннеттитовых, гинкговых и саговниковых.
Нотофагус или южный бук
Во время позднего мела в Южной Америке, Центральной Африке и Индии преобладали засушливые условия, в результате чего среди тропической растительности доминировали пальмы. На средние южные широты также влияли пустыни, а растения, окаймлявшие эти районы, включали: хвощи, папоротники, хвойные и покрытосеменные, в частности, нотофагус (южный бук).
Секвойя Гиперион
Высокоширотные районы были лишены полярного льда; из-за более теплых условий климата, покрытосеменные смогли процветать. Самая разнообразная флора была обнаружена в Северной Америке, где присутствовали вечнозеленые растения, покрытосеменные и хвойные деревья, особенно красное дерево, секвойя.
Мел-палеогеновое массовое вымирание (К-Т вымирание) произошло около 66,4 миллионов лет назад. Это событие, которое внезапно вызвало глобальные климатические изменения и исчезновение многих видов животных, особенно динозавров.
Наибольший "шок" для наземной растительности произошел в средних широтах Северной Америки. Показатели пыльцы и спор чуть выше границы К-Т в летописи окаменелостей показывают преобладание папоротников и вечнозеленых растений. Последующая колонизация растений в Северной Америке демонстрирует преобладание лиственных растений.
Кайнозойская эра
Увеличение осадков в начале палеогена-неогена (66,4-1,8 миллионов лет назад) способствовало широкомасштабному развитию дождевых лесов в южных районах.
Примечательным в этот период была полярная лесная флора Аркто, обнаруженная на северо-западе Канады. Мягкое, влажное лето чередовалось с непрерывной зимней тьмой с температурой от 0 до 25° C.
Берёзовая роща
Эти климатические условия поддерживали лиственную растительность, которая включала платановых ореховых, берёзовых, луносемянниковых, вязовых, буковых, магнолиевых; и голосеменные растения, такие как таксодиевые, кипарисовые, сосновые и гинкговые. Эта флора распространилась по Северной Америке и Европе.
Примерно одиннадцать миллионов лет назад, во время миоценовой эпохи, произошли заметные изменения в растительности с появлением трав и их последующим распространением на травянистые равнины и прерии. Появление этой широко распространенной флоры способствовало развитию и эволюции растительноядных млекопитающих.
Четвертичный период (1,8 миллиона лет назад и к настоящему времени) начался с континентального оледенения в северо-западной Европе, Сибири и Северной Америке. Это оледенение затронуло наземную растительность, при этом представители флоры мигрировали на север и юг в ответ на ледниковые и межледниковые колебания. В межледниковые периоды были распространены клёновые, берёзовые и маслиновые.
Окончательные миграции видов растений в конце последнего ледникового периода (около одиннадцати тысяч лет назад) сформировали современное географическое распределение наземной флоры. Некоторые районы, такие как горные склоны или острова, имеют необычное видовое распределение в результате их изоляции от глобальной миграции растений.
Эволюция растений
Первые живые организмы возникли примерно 3,5 млрд лет назад. Они, по-видимому, питались продуктами абиогенного происхождения и были гетеротрофами. Высокая скорость размножения привела: к возникновению конкуренции за пищу, а следовательно,» к дивергенции. Преимущество получили организмы, способные к автотрофному питанию, - сначала к хемосинтезу, а затем и к фотосинтезу. Около 1 млрд лет назад эукариоты разделились на несколько ветвей, от части которых возникли многоклеточные фотосинтезирующие организмы (зеленые, бурые и красные водоросли), а также грибы.
Основные условия и этапы эволюции растении:
- в протерозойской эре широко распространены одноклеточные аэробные организмы (цианобактерии и зеленые водоросли);
- образование почвенного субстрата на суше в конце силурийского периода;
- возникновение многоклеточности, которая делает возможным специализацию клеток в пределах одного организма;
- освоение суши псилофитами;
- от псилофитов в девонском периоде возникла целая группа наземных растений - мхов, плаунов, хвощей, папоротников, размножающихся спорами;
- от семенных папоротников в девоне произошли голосеменные растения. Возникшие необходимые для семенного размножения структуры (например, пыльцевая трубка) освободили половой процесс у растений от зависимости от водной среды. Эволюция шла по пути сокращения гаплоидного гаметофита и преобладания диплоидного спорофита;
- каменноугольный период палеозойской эры отличается большим разнообразием наземной растительности. Распространились древовидные папоротникообразные, образовавшие каменноугольные леса;
- в пермский период древние голосеменные стали господствующей группой растений. В связи с появлением засушливого климата исчезают гигантские папоротники, древовидные плауны;
- в меловом периоде начинается расцвет покрытосеменных, продолжающийся до сего дня.
Основные особенности эволюции растительного мира:
- переход к преобладанию диплоидного поколения над гаплоидным;
- развитие женского заростка на материнском растении;
- переход от сперматозоидов к впрыскиванию мужского ядра через пыльцевую трубку;
- расчленение тела растений на органы, развитие проводящей сосудистой системы, опорных и защитных тканей;
- совершенствование органов размножения и перекрестного опыления у цветковых в связи с эволюцией насекомых;
- развитие семени для защиты эмбриона от неблагоприятных влияний внешней среды;
- возникновение разнообразных способов распространения семян и плодов.
Эволюция животных
Самые древние следы животных относятся к докембрию (свыше 800 млн лет). Предполагается, что они произошли либо от общего ствола эукариот, либо от одноклеточных водорослей, подтверждением чего является существование эвглены зеленой и вольвокса, способных как к автотрофному, так и к гетеротрофному питанию.
В кембрийском и ордовикском периодах преобладают губки, кишечнополостные, черви, иглокожие, трилобиты, появляются моллюски.
В ордовике появляются бесчелюстные рыбоподобные организмы, а в силуре - рыбы, обладавшие челюстями. От первых челюстноротых возникли лучеперые и кистеперые рыбы. Кистеперые имели в плавниках опорные элементы, из которых позже развились конечности наземных позвоночных. Из этой группы рыб возникли амфибии и затем другие классы позвоночных.
Наиболее древние амфибии - жившие в девоне ихтиостеги. Расцвет амфибий произошел в карбоне.
От амфибий ведут свое начало рептилии, завоевавшие сушу в пермском периоде, благодаря появлению механизма засасывания воздуха в легкие, отказу от кожного дыхания, появления покрывающих тело роговых чешуй и оболочек яиц, защищающих эмбрионы от высыхания и других воздействий среды. Среди рептилий предположительно выделилась группа динозавров, давшая начало птицам.
Первые млекопитающие появились в триасовом периоде мезозойской эры. Основные прогрессивные биологические особенности млекопитающих - вскармливание детенышей молоком, теплокровность, развитая кора головного мозга.
Особенности эволюции животного мира:
- прогрессивное развитие многоклеточности и, как следствие, специализации тканей и всех систем органов;
- свободноподвижный образ жизни, который определил выработку различных механизмов поведения, а также относительную независимость онтогенеза от колебаний факторов внешней среды. Развивались и совершенствовались механизмы внутренней саморегуляции организма;
- возникновение твердого скелета: наружного у ряда беспозвоночных - иглокожих, членистоногих; внутреннего у позвоночных. Преимущества внутреннего скелета заключаются в том, что он не ограничивает увеличение размеров тела.
Прогрессивное развитие нервной системы стало основой для возникновения системы условных рефлексов и совершенствования поведения.
