Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №4

Если принять все время, прошедшее от момента «Большого взрыва», приведшего к появлению нашей Вселенной, до настоящего времени за 12 месяцев, то:

Солнечная система и Земля появились 13 сентября, первые признаки жизни — 11 октября, наземные растения — 20 декабря, первые млекопитающие — 26 декабря, первые гоминиды — 31 декабря в 21 час 45 мин.

Считается, что все наземные растения, существующие сейчас, произошли от риниофитов (тип споровых растений, составленный самыми примитивными сосудистыми формами). Сейчас наземные растения представлены моховидными, псилотовидными, плауновидными, хвощевидными, папоротниковидными, голосеменными и цветковыми растениями. Предполагается, что предками всех существующих растений были водоросли, в частности, зеленые.

Для того, чтобы выйти на сушу, растениям надо было решить ряд проблем.

Во-первых, в воде менее сильно действует гравитация на тело, поэтому ему нужно было иметь какую-то определенную форму тела, и в итоге, приобрести опору.

Необходимые для фотосинтеза диоксид углерода, свет и вода находятся в двух средах — воздушной и почвенной. Поэтому нужно, чтобы часть растения находилась в почве, а часть — в воздушной среде, то есть одновременно они должны присутствовать в двух средах. Кроме того, чтобы проводить воду из почвы вверх, должна была появиться транспортная система.

Следующая задача заключалась в защите от обезвоживания. Сухопутная среда способствует обезвоживанию, поэтому растения должны были прибрести приспособления для добывания и сохранения воды.

Для фотосинтеза и дыхания нужно, чтобы газообмен происходил не с раствором (как в случае с водорослями), а с воздушной средой. Для этого у растений существуют такие образования — устьица.

Нежные половые клетки должны быть защищены, а мужские гаметы — подвижные сперматозоиды — могут двигаться только в воде. В процессе эволюции произошел переход к образованию неподвижных мужских гамет — спермиев и доставке их к яйцеклетке с помощью пыльцевой трубки.

Выше упоминалось о необходимости защиты от обезвоживания. Как же растения справлялись с этой задачей? Оказалось, что первые растения были покрыты толстым слоем воскоподобного вещества кутина, то есть они защищались от обезвоживания кутикулой. Затем в процессе эволюции появилась ткань эпидермис. Если кутикула покрывала все тело, то она защищала его от обезвоживания, но при этом должны были появиться приспособления для газообмена.

Они и появились в виде ткани эпидермиса. Он состоит из плотно пригнанных друг к другу клеток. Иногда они еще имеют изогнутые клетки, и плотно соединяются между собой. Эти клетки выделяют наружу кутикулу, но для того, чтобы осуществлялся газообмен, существуют такие остроумные приспособления, которые называются устьица. Они очень интересно устроены, и механизм их работы довольно интересен. Полукруглые клетки, которые видны на рисунке, называются замыкающими клетками устьиц. Та их сторона, которая обращена к щели, более утолщена по сравнению с остальными тонкими стенками. Они содержит хлоропласты и способны осуществлять фотосинтез. В тот момент, когда начинается работа хлоропластов, накапливаются углеводы, их концентрация увеличивается, соответственно, концентрация воды уменьшается, и в это время начинает поступать вода из окружающих клеток. Поскольку эти замыкающие клетки устьиц по-разному утолщены, то они выпячиваются в ту сторону, где стенка толще. Так происходит раскрытие устьиц, туда поступает углекислый газ, выделяется кислород, то есть происходит газообмен.

Какую форму было целесообразно иметь растениям при выходе на сушу? При плоской форме нет надобности развивать опору, она благоприятна для фотосинтеза, поскольку свет и диоксид углерода улавливаются поверхностью. Но в этом случае растения быстро бы закрыли всю поверхность суши. Поскольку таких растений сейчас немного, видимо, более целесообразной оказалась такая цилиндрическая, радиальная, разветвленная форма тела. Такую форму, конечно, нужно было поддерживать, поэтому в процессе эволюции выработалась опора.

Для осуществления фотосинтеза эта форма тела не самая удобная. При цилиндрической форме тела увеличение фотосинтезирующей поверхности возможно при росте тела. Но при этом объем увеличивается как куб, а поверхность — как квадрат линейного прироста. Увеличения фотосинтезирующей поверхности можно достичь образованием плоских органов — листьев. В процессе эволюции у разных растений появились разные листья, разного происхождения. Одни из них пошли по более простому пути — это просто выросты покровных тканей.

Одно-, двухслойные листья, как у мхов и плаунов. Но они не могут достигать больших размеров, поэтому они оказались не очень эффективными. Другие листья образовались из разветвленных осей путем дальнейшего их уплощения. То есть, листья представляют собой уплощенные ветки.

Эти плоские ветки особенно хорошо представлены у папоротников. Здесь целые системы осей образовывали листья, поэтому они могут быть такими большими, разветвленными. У голосеменных и цветковых листья образовались из уплощенных конечных веточек.