6 что произошло в процессе эволюции с гаметофитом растений

Обновлено: 05.10.2024

Эволюция жизненного цикла высших растений шла в двух противоположных направлениях. У моховидных она была направлена в сторону возрастания самостоятельности гаметофита и его постепенного морфологического расчленения, потери самостоятельности спорофита и его морфологического упрощения. Самостоятельной, вполне автотрофной фазой жизненного цикла моховидных стал гаметофит, а спорофит низведен до степени органа гаметофита. У всех остальных высших растений самостоятельной фазой жизненного цикла стал спорофит, а гаметофит у них в течение эволюции постепенно уменьшался и упрощался. Максимальная редукция гаметофита связана с разделением полов. Миниатюризация и упрощение однополых гаметофитов происходили весьма ускоренными темпами. Гаметофиты очень быстро теряли хлорофилл, и развитие все чаще осуществлялось за счет питательных веществ, накопленных спорофитом.

Наибольшая редукция гаметофита наблюдается у семенных растений. Бросается в глаза, что как среди низших, так и среди высших растений все крупные и сложно устроенные организмы представляют собой спорофиты (ламинарии, фукусы, лепидодендроны, сигиллярии, каламиты, древовидные папоротники, голосеменные и древесные покрытосеменные).

Свой жизненный цикл — чередование спорофита и гаметофита — высшие растения унаследовали, вероятно, от своих водорослевых предков. Как известно, у водорослей наблюдаются самые различные взаимоотношения диплоидной и гаплоидной фаз жизненного цикла. Но у водорослевого предка высших растений диплоидная фаза была, возможно, развита больше, чем гаплоидная. В этой связи представляет большой интерес тот факт, что от древнейших и наиболее примитивных высших растений вымершей группы риниофитов в ископаемом состоянии достоверно сохранились только спорофиты. Скорее всего это можно объяснить тем, что гаметофиты у них были более нежные и менее развитые. Это ха рактерно также для огромного большинства ныне живущих растений. Исключение составляют только моховидные, у которых гаметофит преобладает над спорофитом.

Таким образом, всюду вокруг нас, будь то на поле или в саду, в лесу, в степи или на лугу, мы видим исключительно или почти исключительно одни только снорофиты. И лишь с трудом и обычно после долгих поисков мы найдем на влажной почве крошечные гаметофиты папоротников, плаунов и хвощей. Более того, гаметофиты многих плаунов подземные, и поэтому их чрезвычайно трудно обнаружить. И только печеночники и мхи заметны своими гаметофитами, на которых развиваются гораздо более слабые, упрощенные спорофиты, заканчивающиеся обычно одним верхушечным спорангием. А рассмотреть гаметофит любого из многочисленных цветковых растений, как и гаметофиты хвойных или других голосеменных, можно только под микроскопом.

Жизнь растений: в 6-ти томах. — М.: Просвещение. Под редакцией А. Л. Тахтаджяна, главный редактор чл.-кор. АН СССР, проф. А.А. Федоров . 1974 .

Гаметофит является гаплоидной многоклеточной фазой внутри жизненного цикла высших растений и водорослей.

Фаза получает свое развитие из спор и отвечает за производство половых клеток — гамет. Ближе к середине 19 века впервые стали говорить о чередовании гаметофита и спорофита. Вильгельм Гофмейстер стал автором этой теории.

Развитие гаметофита происходит из гаплоидной споры. Он имеет специализированные органы — гаметангии.

Гаметангии встречаются 2 типов:

антеридии. Это гаметангии, производящие гаметы мужского типа или спермии;
архегонии. Это гаметангии, производящие гаметы женского типа или яйцеклетки.

Несмотря на различия форм и размеров, антеридии и архегонии отвечают за выполнение одной функции: функции образования половых клеток, дающих при слиянии обновленный хромосомный набор. Такой тип размножения появился как прогрессивная черта в ходе эволюции растительного мира.

Гаметы оплодотворяются внутри архегония. Далее происходит формирование спорофита с двойным набором хромосом. В первое время существования такой спорофит имел зависимость от гаметофита. Можно говорить о примитивности такого типа образования половых клеток в ходе эволюции.

Почти все многоклеточные водоросли характеризуются типом оплодотворения, сильно зависящим от воды.

Для водорослей свойственны:

изогамия;
анизогамия;
оогамия.

Образованный в результате такого оплодотворения спорофит не зависит от гаметофита и имеет самостоятельное развитие.

Особенности гаметофитов и основные их типы

При сравнении высших растений можно обнаружить, что для различных групп высших растений и водорослей характерны различные степени развития гаметофита. Для некоторых растений вообще свойственен короткий период существования гаметофита. К примеру, если речь идет о гаметофите папоротников. А вот у мхов гаметофит развивается на протяжении всей жизни.

Выделяют следующие типы гаметофитов водорослей:

раздельнополые нитчатые гаметофиты. Красная водоросль Polysiphonia;
крупные пластинчатые мужские гаметофиты. Красная водоросль Palmaria;
микроталломный гаметофит. Бангиевые водоросли;
обоеполые гаметофиты. Ульвовые водоросли.

Также есть и другие типы гаметофитов, однако для всех из них характерна гаплоидность и многоклеточная структура.

Для высших растений свойственно правильное чередование двух многоклеточных поколений — спорофита и гаметофита. Если речь идет о цветковых растениях, то им свойственны микроскопические гаметофиты. Чтобы были понятны размеры: гаметофиты помещаются внутри пыльцевого зерна. Такие гаметофиты имеют в своем составе несколько клеток. За счет микроскопических размеров, гаметофиты цветковых растений быстро распространяются и способны выживать даже при резко меняющихся условиях среды.

Зародышевый мешок — женский гаметофит цветковых растений, который располагается внутри семяпочки. Чаще всего гаметофит состоит из семи клеток, образованных в результате слияния двух ядер центральных клеток и формирования вторичного ядра.

Гаметофит может быть небольшим самостоятельным растением — это наблюдается у плаунов, хвощей и папоротников.

Заросток — гаметофит папоротников.

Для заростков плаунов, хвощей и папоротников характерна способность к фотосинтезу. Также они являются однолетними. Заростки плаунов обитают под землей — их развитие происходит на протяжении всей жизни. Им свойственно развитие на протяжении многих лет, в течение которых они получают питание, образуя симбиоз с грибами. Небольшие размеры мхов не мешают им доминировать над спорофитом.

Образование гаметофита высших растений происходит исключительно в результате митоза. Это принципиальное отличие от гаметофита животных. Тело гаметофита строится на основе гаплоидных клеток.

Гаметофаза или галофаза — фаза гаметофита высших растений.

На одном гаметофите вполне возможно одновременное развитие мужских и женских половых органов. Этот гаметофит получил название однодомного.

При формировании гаметофитом мужских и женских половых органов на разных растениях, речь идет про двудомные или раздельнополые гаметофиты.

Раздельнополые гаметофиты встречаются у всех семенных растений: мужские гаметофиты развиваются у них из микроспор, которые образуются в пылинках, а женские — из мегаспор, которые образуются в семяпочках.

Процесс полового размножения растений имеет вид конъюгации.

Конъюгация представляет собой процесс полового размножения растений, при котором происходит слияние протопластов независимых вегетативных клеток.

Встречается, что на одной особи развиваются и споры, и гаметы. Также споры могут развиваться на одном растении, а гаметы — на другом.

Спорофит — особь, на которой происходит развитие спор.

Гаметофит — особь, на которой происходит развитие гамет.

Половое поколение хвойных — оригинальное. Мужской гаметофит в этом случае представляет несколько пыльцевых зерен, развивающихся внутри шишки. Такие шишки растут у основания побегов. Определить, что перед вами мужская шишка легко: они мельче, мягче и собираются в пучки. Для каждой чешуйки характерно два пыльника, внутри которых происходит развитие половых клеток мужских особей.

Женские шишки располагаются на верхушках побегов и содержат в себе семязачатки. Внутри женских шишек происходит формирование мегаспор — в результате мейоза. Всего образуется четыре мегаспоры.

В женском гаметофите происходит развитие только одной мегаспоры: остальные образованные клетки отмирают. После этого последовательно происходят опыление, оплодотворение и формирование семян.

Как видно, гаметофит — это половое поколение растений. Эта фаза жизненного цикла свойственна водорослям, споровым и семенным высшим растениям.

Для гаметофита характерна многоклеточная структура и наличие гаплоидного набора хромосом.

Гаметофит развивается из гаплоидных спор и производит половые клетки, т.е. гаметы. Это многоклеточная гаплоидная фаза в жизненном цикле водорослей и высших растений, которая чередуется с другим многоклеточным поколением — спорофитом.

История открытия

Первым ученым, который сделал вывод о чередовании гаметофитной и спорофитной фазы в жизни растений, был немецкий ботаник Вильгельм Гофмейстер. Несмотря на то, что он был самоучкой в биологии и не получил классического образования, Гофмейстер, благодаря своему таланту и увлеченности наукой заслужил стоять в одном ряду с такими гигантами как Дарвин и Мендель.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Изучая строение папоротников, мхов и семенных растений, Гофмейстер первый обнаружил, что есть разные поколения, одно из которых образует споры, а другое — гаметы. На примере представителей зеленых растений ученый сделал вывод о дипло-гаплоидном жизненном цикле.

Отличие гаметофита и спорофита в жизни растений

Рассмотрим, какие основные особенности можно выделить у этих двух поколений, в чем заключается их жизненный цикл.

Гаметофит

Развивается из споры.
Гаплоид, т.е. имеет одинарный набор непарных хромосом.
Размножение у него происходит половым способом.
В процессе размножения на специальных органах гаметангиях образует мужские и женские половые клетки, которые называются гаметы.
Гаметангии, где образуются мужские клетки, называются антеридии, а где женские — архегонии.
Процесс деления гаплоидных клеток, в результате чего появляются гаметы, называется митоз.
При оплодотворении женской гаметы мужской образуется зигота, которая впоследствии производит споры.

Спорофит

Развивается из зиготы.
Диплоид, т.е. с двумя наборами хромосом.
Размножается бесполым способом.
В процессе размножения на специальных органах спорангиях образуются споры — микроскопические зачатки растений.
Когда в спорангии происходит деление диплоидных клеток с образованием спор, то это называется мейоз.
Из каждой споры, которая начинает потом делиться по способу митоза, вырастает заросток — гаметофит, из которого впоследствии появляются гаметы.
Спорангии бывают двух видов: макро- и микроспорангии. Из макроспор, которые производит макроспорангий, развивается женский гаметофит, а из микроспор — мужской.
Если споры одинаковы по размеру и физиологическим особенностям, то такие организмы называются равноспоровыми, а гаметофиты, которые появляются из них - обоеполые.

Почему спорофиты преобладают

У всех высших растений, за исключением мохообразных, в жизненном цикле наблюдается преобладание спорофита, гаметофит при этом сравнительно менее долговечен и мало развит. В процессе эволюции мы видим его дальнейшую редукцию, гаметофит уменьшается.

Почему это происходит? Есть несколько причин, почему значение спорофита оказалось выше.

Диплоидность спорофита обеспечивает более высокий уровень синтетических процессов. Также такой организм более стабилен с генетической точки зрения, потому что рецессивные мутации, снижающие жизнестойкость растения, не проявляются в фенотипе в диплоидном состоянии.
Условия существования на суше могут сильно меняться, а сохранение в генофонде рецессивных мутаций, которых бы просто не осталось при естественном отборе, т.е. значительный генный полиморфизм, может сослужить важную службу растению при изменении жизненных условий и позволит ему выжить в неблагоприятной среде, где гаплоидные организмы просто вымрут.
Чтобы гаметы смогли передвигаться, им необходима водная среда, а споры, в отличие от гамет, на суше распространяются очень легко.

Основные функции

Развитие половых клеток

Гаметофит — растение, на котором развиваются гаметы. Они нужны для дальнейшего многообразия комбинаций генов, которые обуславливают эволюцию.

Участие в размножении водорослей

Водная среда, в которой обитают водоросли, является причиной того, что гаметофит у них играет важную роль. Гаметы передвигаются по воде друг к другу и сливаются в зиготу.

Гаметофиты водорослей, разнообразие и примеры

У большинства водорослей мы можем видеть, что спорофит и гаметофит чередуются, но у некоторых, как например морская красная водоросль Полисифония, на одно гаплоидное поколение приходится сразу два диплоидных.

Гаметофиты у водорослей могут иметь разный внешний вид.

Нитчатый раздельнополый у Polysiphonia и бурых ламинариевых водорослей.
Крупные, пластинчатые, внешне похожие на спорофит мужские гаметофиты и микроскопические женские у красной водоросли Palmaria.
Макроталломная форма у бангиевых красных водорослей.
Крупный пластинчатый таллом у зеленых ульвовых водорослей морфологически почти не отличим от спорофита, потому что эти водоросли обладают изогамией, наиболее примитивным из типов полового процесса.

Несмотря на внешние различия, все гаметофиты являются диплоидными и многоклеточными.

Гаметофиты высших растений, примеры

В отличие от водорослей, у высших растений всегда правильно чередуются поколения.

Гаметофиты бывают однодомные, т.е. обоеполые, на которых формируются как мужские, так и женские половые органы, и двудомные, раздельнополые.

Для семенных растений характерны двудомные. У них мужские гаметофиты формируются из микроспор, которые находятся в пыльниках, а женские — из мегаспор в семяпочках.

ГОСТ

Гаметофит как половое поколение растительного организма

Гаметофит – это гаплоидная многоклеточная фаза внутри жизненного цикла высших растений, а также водорослей.

Эта фаза развивается из спор и производит половые клетки (гаметы). Целесообразно отметить тот факт, что первые представления о чередовании гаметофита и спорофита были сформулированы ближе к середине 19 века. Автором теории стал Вильгельм Гофмейстер.

Гаметофит развивается из гаплоидной споры. На нем есть специализированные органы, которые называются гаметангии. Гаметангии бывают двух типов:

антеридии – гаметангии, которые производят гаметы мужского типа или спермии;
архегонии – гаметангии, которые производят гаметы женского типа или яйцеклетки.

Антеридии и архегонии могут иметь различные формы, отличаться размерами, но они практически всегда выполняют одну и ту же функцию, а именно образование половых клеток, которые при слиянии дадут обновленный хромосомный набор. Появление такого типа размножения стало прогрессивной чертой в ходе эволюции растительного мира.

Оплодотворение гамет происходит внутри архегония, после чего формируется спорофит с двойным набором хромосом. Такой спорофит первое время собственного существования сильно зависит от гаметофита. Этот тип образования половых клеток в ходе эволюции считается весьма примитивным.

Большинство многоклеточных водорослей обладают таким типом оплодотворения, который сильно зависит от воды. Для водорослей характерна изогамия, анизогамия или оогамия. Тот спорофит, который образуется в результате такого оплодотворения не зависит от гаметофита и развивается полностью самостоятельно.

Основные особенности гаметофитов и их типы

Если сравнивать все высшие растения между собой, то можно отметить, что различные группы высших растений и водорослей могут обладать различными степенями развития гаметофита. У некоторых гаметофит существует короткий период времени. Это свойственно папоротникам. У других растений, таких как мхи, гаметофит развивается всю жизнь.

Готовые работы на аналогичную тему

Среди гаметофитов водорослей можно выделить следующие типы:

раздельнополые нитчатые гаметофиты – красная водоросль Polysiphonia;
крупные пластинчатые мужские гаметофиты – красная водоросль Palmaria;
макроталломный гаметофит – бангиевые водоросли;
обоеполые гаметофиты характерные для ульвовых водорослей.

Существует и другие типы гаметофитов, но в любом случае они обладают гаплоидностью и имеют многоклеточную структуру.

Высшие растения всегда обладают правильным чередованием двух многоклеточных поколений – спорофита и гаметофита. Для цветковых растений характерны микроскопические гаметофиты. Их размеры настолько малы, что помещаются внутри пыльцевого зерна. Такие гаметофиты состоят из нескольких клеток. Микроскопические размеры гаметофитов цветковых растений позволяют им весьма быстро распространяться и выживать при резко меняющихся условий среды.

Женский гаметофит цветковых называется зародышевым мешком и помещается внутри семяпочки. В самом распространенном случае гаметофит состоит из 7 клеток после слияния двух ядер центральных клеток и образования вторичного ядра.

Для плаунов, хвощей и папоротников гаметофит является небольшим самостоятельным растением.

Заросток – это гаметофит папоротников.

Заростки плаунов, хвощей и папоротников способны к фотосинтезу и являются однолетними. Заростки плаунов живут под землей и развиваются в течение всей жизни. Они могут развиваться в течение многих лет и питаются за счет симбиотического образования с грибами. Несмотря на тот факт, что мхи обладают небольшими размерами, он явно доминирует над спорофитом.

Гаметофит высших растений всегда образуется в результате митоза. Это принципиально отличает их гаметофитов животных. Тело гаметофита построено из гаплоидных клеток.

Фазу гаметофитов высших растений называют гаметофазой или галофазой. Необходимо отметить тот факт, что на одном гаметофите могут одновременно развиваться как женские, так и мужские половые органы. Такой гаметофит называется однодомным.

В случае, если гаметофиты формируют женские и мужские половые органы на разных растениях, то их называют двудомными или раздельнополыми. Раздельнополые гаметофиты свойственны всем семенным растениям, у которых мужские гаметофиты развиваются из микроспор, образующихся в пыльниках, а женские — из мегаспор, образующихся в семяпочках. Весь процесс полового размножения растений протекает в виде конъюгации.

Конъюгация – это процесс полового размножения растений, который заключается в слиянии протопластов независимых вегетативных клеток

Иногда на одной и той же особи могут развиваться как споры, так и гаметы. В растительном мире встречаются также и такие случаи, когда споры развиваются на одном растении, а гаметы исключительно на другом. Особь, на которой развиваются споры называют спорофитом, а растение, на котором развиваются гаметы – гаметофитом.

Оригинальным можно назвать половое поколение хвойных. Их мужской гаметофит представлен несколькими пыльцевыми зернами, которые развиваются внутри шишек. Эти шишки находятся у оснований побегов. Мужские шишки мелкие, они достаточно мягкие и собираются в пучки. Каждая чешуйка имеет по два пыльника. Внутри них развиваются половые клетки мужских особей. Женские шишки находятся на верхушках побегов. В них расположены семязачатки. Внутри женских шишек в результате мейоза формируются мегаспоры. Таких мегаспор 4.

В женском гаметофите развивается только одна мегаспора. Все остальные образованные клетки отмирают. Далее происходят последовательные процессы опыления, оплодотворения и формирования семян.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод о том, что гаметофитом называют половое поколение растений. Такая фаза жизненного цикла характерна для водорослей, а также споровых и семенных высших растений. Гаметофит всегда имеет многоклеточную структуру и содержит гаплоидный набор хромосом.

Читайте также: