Самые древние покрытосеменные растения

Обновлено: 05.10.2024

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Эволюция покрытосеменных (цветковых) растений

Покрытосеменные - самый крупный тип растений, к которому относится более половины всех известных видов, характеризуются рядом резко отграничивающих их признаков. Наиболее характерно для них наличие пестика, образованного одним или несколькими плодолистиками (макро- и мегаспорофиллами), сросшимися своими краями, так что в нижней части пестика образуется замкнутое полое вместилище - завязь, в которой развиваются семяпочки (макро- и мегаспорангии). После оплодотворения завязь разрастается в плод, внутри которого находятся резвившиеся из семяпочек семена. Кроме того, для покрытосеменных характерны: восьмиядерный зародышевый мешок, двойное оплодотворение, триплоидный эндосперм, рыльце у пестика, улавливающее пыльцу, и для подавляющего большинства - более или менее типичный цветок с околоцветником. Из анатомических признаков для покрытосеменных характерно наличие настоящих сосудов (трахей), тогда как у голосеменных развиты только трахеиды, а сосуды встречаются крайне редко.

Теория происхождения покрытосеменных из гнетовых предполагает, что наиболее примитивные покрытосеменные имели мелкие однополые цветки без околоцветника или с невзрачным околоцветником. Но по ряду соображений в настоящее время более примитивными цветками считают крупные, обоеполые цветки. Поэтому можно предположить, что предками современных покрытосеменных были примитивные голосеменные. Они имели обоеполые цветки типа шишки (стробилами), в которых на длинном цветоложе были спирально расположены свободные листочки однородного околоцветника, тычинки и плодолистики. В системе голосеменных эта группа должна была стоять между семенными папоротниками и уже более специализированными беннеттитами и саговниками.

Покрытосемянность несомненно представляла большое преимущество в защиты семяпочек и развивающихся семян от всяких неблагоприятных внешних воздействий и в первую очередь от сухости воздуха. Но одним приспособлением в виде закрытого цветка все же трудно объяснить быстрое развитие покрытосеменных и вытеснение ими господствовавших ранее на земле архегониальных растений.

Русский ботаник М.И. Голенкин предполагает, что в середине мелового периода по каким-то общим космогоническим причинам по всей Земле произошло резкое изменение освещения и влажности воздуха. Густые облака, окутывавшие ранее постоянно Землю, рассеялись и дали доступ ярким солнечным лучам, в связи, с чем резко увеличилась сухость воздуха. Большинство высших архегониальных растений того времени, не приспособленных и не сумевших приспособиться к яркому освещению и сухости воздуха, начало вымирать или резко сократило области своего распространения (кроме хвойных, наиболее ксерофитных).
Покрытосеменные, имевшие до того очень ограниченное распространение и представление небольшим числом форм, выработали способность хорошо переносить яркий солнечный свет и сухость воздуха. Это обстоятельство, а также чрезвычайная эволюционная пластичность их, способность к возникновению разнообразнейших приспособлений к различным внешним условиям и обусловили быстрое победное распространение покрытосеменных по всей Земле и вытеснение ранее господствовавших групп высших архегониальных растений.
Михаи́л Ильи́ч Голе́нкин (1864—1941) — русский советский ботаник, заслуженный деятель науки РСФСР (1929), заслуженный профессор Московского университета по кафедре систематики и морфологии растений, директор Ботанического сада Московского университета.

По вопросу о месте первоначального возникновения покрытосеменных высказывались разные предположения. Одни считают, что они впервые появились на гипотетическом тропическом материке, расположенном между Америкой, Азией и Австралией и впоследствии погрузившемся в воды Тихого океана. Другие считают, что это области современной арктической суши, третьи - горы субтропической и умеренно теплой зоны северного полушария.
Большинство ботаников в настоящее время считают, что первичные покрытосеменные были древесными растениями, имевшими невысокие стволы, моноподиально разветвлявшиеся на немногочисленные толстые ветви. Из них уже развились более крупные симподиально ветвящиеся деревья с многочисленными толстыми и тонкими ветвями. Из древесных форм в разное время и разных филогенетических линиях развивались кустарники, полукустарники и травянистые формы. Вначале они были представлены многолетними, затем в различных родах в связи со специфическими условиями климата и местообитаний - двухлетними и однолетними растениями.

Останки древнего покрытосеменного растения прояснили происхождение цветковых растений

На территории Китая ученые обнаружили останки древнего покрытосеменного растения, в настоящее время доминирующие на Земле. Это открытие возможно поможет прояснить происхождение этой группы. Статья исследователей опубликована в журнале Nature, а коротко о работе пишет портал ScienceNOW.

Реконструкция Archaefructus sinensis

Цветок — очень нежный орган, поэтому ученые крайне редко находят окаменелые цветы. Однако другие части цветковых — пыльца, плоды и семена — гораздо более крепки, их часто находят в окаменелом виде, хотя обычно они оказываются унесены от породившего их растения. Главная трудность состоит в том, чтобы сопоставить пыльцу, семена и плоды с конкретными растениями.

Первые остатки покрытосеменных датируются Юрским периодом приблизительно 140 миллионов лет назад. Базируясь на современных данных, можно предположить, что предки покрытосеменных и гнетовых дивергировали в триасе (220—202 миллионов лет назад). Первые отпечатки растений с признаками покрытосеменных обнаружены в пластах юрского и раннего мелового периодов (135-65 миллионов лет назад), но это были довольно-таки малочисленные и примитивные формы. Древнейшими покрытосеменными являются растения из группы нимфейных. Следы широкого развития и распространения покрытосеменных появились в палеонтологической летописи в период среднего мела (около 100 миллионов лет назад). Но уже в позднем мелу покрытосеменные оказались доминирующей формой растительной жизни, и в многих фоссилиях узнаются представители современных семейств (например, бук, дуб, клен и магнолия)

Недавно другой коллектив ученых описал останки, которые, возможно, принадлежат древнейшим из известных многоклеточных растений. Окаменелости, по внешнему виду напоминающие примитивные водоросли, также были обнаружены в Китае, и их возраст составляет от 635 до 580 миллионов лет.

Цветко́вые расте́ния, покры́тосеменны́е (лат. Magnoliophyta , или Angiospermae) — отдел высших растений, имеющих цветок. Эта важнейшая группа наземных растений насчитывает свыше 165 порядков, 540 семейств, более 13 000 родов и, вероятно, не менее 250 000 видов. По числу видов цветковые растения значительно превосходят все остальные группы высших растений, вместе взятые. Они составляют одну из двух групп семенных растений.

Содержание

Морфологические особенности

Важнейшая особенность цветковых растений — наличие специализированного генеративного органа — цветка, берущего на себя функции полового размножения и привлечения агентов опыления. Цветковые растения заключают свои семязачатки (семяпочки) в полость завязи, которая образована срастанием когда-то открытого плодолистика. Стенки завязи после оплодотворения разрастаются и видоизменяются, давая образование под названием плод.

В другой группе семенных растений, Голосеменные (Pinophyta, или Gymnospermae), семязачаток не скрыт от опыления, а семена не заключены в истинный плод, но иногда семя могут покрывать мясистые структуры, например, у представителей рода Тис.

Размножение

Происхождение

Первые остатки покрытосеменных датируются Юрским периодом приблизительно 140 миллионов лет назад. Базируясь на современных данных, можно предположить, что предки покрытосеменных и гнетовых дивергировали в триасе (220—202 миллионов лет назад). Первые отпечатки растений с признаками покрытосеменных обнаружены в пластах юрского и раннего мелового периодов (135-65 миллионов лет назад), но это были довольно-таки малочисленные и примитивные формы. Древнейшими покрытосеменными являются растения из группы нимфейных [1] . Следы широкого развития и распространения покрытосеменных появились в палеонтологической летописи в период среднего мела (около 100 миллионов лет назад). Но уже в позднем мелу покрытосеменные оказались доминирующей формой растительной жизни, и в многих фоссилиях узнаются представители современных семейств (например, бук, дуб, клен и магнолия)

Одно из важнейших направлений эволюции растительного царства — приспособление к изменчивым условиям наземной жизни. Цветковые растения являются ярчайшим выражением этой линии и доминируют на земной поверхности в данную эпоху. От полюсов до экватора нет такого участка, где возможна растительная жизнь, но не найдено покрытосеменных.

К широчайшему географическому разнообразию прибавляется разнообразие форм и способов роста. Банальная ряска, покрывающая поверхность пруда, представляет собой крошечный зелёный побег с простым корешком, вертикально погруженным в воду, и с очень нечёткими листиками и частями стебля. Могучее лесное дерево столетия развивало свою сложную систему стволов и ветвей, покрытых бесчисленными веточками и листвой, а под землёй соответствующую площадь занимает мощная, хорошо развитая корневая система. Между этими двумя крайностями — бесконечные градации: водные и земные травы, ползучие, прямостоящие или карабкающиеся, кусты и деревья, гораздо большее разнообразие, чем в другом отделе семенных растений — Gymnospermae.

Известны многочисленные водные покрытосеменные растения, они в изобилии встречаются в долинах рек и чистых озёрах, в меньшем количестве — в солёных озёрах и морях. Однако такие водные покрытосеменные не являются примитивными формами, а возникли путём приспособления наземного предка к водной среде.

Систематическое положение

Цветковые растения обычно рассматриваются как отдел. Так как эта систематическая категория более высокого ранга, чем семейство, есть определённая свобода в выборе названия. Статья 16 Международного Кодекса Ботанической Номенклатуры позволяет использовать как и традиционные исторические названия, так и название, образованное от рода. Официальное униноминальное название этого таксона — Magnoliophyta, от названия рода Magnolia. Но традиционно укоренились такие имена, как Angiospermae и Anthophyta (цветковые растения).

Классификация

История понятия

Благодаря постоянному пересмотру взглядов на родство цветковых растений, внутренняя систематика этой группы подвергалась и подвергается изменениям. Две широко используемые, хотя и несколько устаревшие, системы цветковых растений — система Тахтаджяна и система Кронквиста, не отражают филогению таксона. Таким образом, классификация цветковых растений сейчас активно дорабатывается и исправляется.

Отдел цветковых растений традиционно подразделяется на 2 класса — Magnoliopsida (двудольные) от названия рода Magnolia и Liliopsida (однодольные) от названия рода Lilium. Более популярны традиционные названия этих таксонов — Dicotyledones и Monocotyledones. Происхождение этих названий вполне очевидно: Dicotyledones имеют две семядоли в семени, тогда как у Monocotyledones семядоля одна.

Классы двудольных и однодольных, в свою очередь, подразделяются на подклассы, которые делятся на порядки (иногда объединяемые в надпорядки), семейства, роды и виды со всеми промежуточными категориями. Имеется целый ряд современных систем классификации цветковых растений.

Класс Двудольные

В классе Двудольные (Magnoliopsida, или Dicotyledones) описано 8 подклассов, 128 порядков, 418 семейств, приблизительно 10 000 родов и около 190 000 видов двудольных растений. Выделяют подклассы:

Подкласс 1. Магнолиевые (Magnoliidae)
Подкласс 2. Гамамелисовые (Hamamelididae)
Подкласс 3. Гвоздичные (Caryophyllidae)
Подкласс 4. Диллениевые (Dilleniidae)
Подкласс 5. Розоцветные (Rosidae)
Подкласс 6. Сложноцветные (Asteridae)

Класс Однодольные

В класс однодольных растений (Liliopsida, или Monocotyledones) включаются 5 подклассов, 37 порядков, около 120 семейств, 30 000 родов и больше 60 000 видов. Выделяют подклассы:

Как цветковые растения захватили Землю

Среди различных проблем и загадок, волнующих палеонтологов и специалистов по эволюции, есть не только загадки вымирания тех или иных групп организмов, но и загадки появления и распространения живых существ. Одна из таких загадок, интересовавших еще Чарльза Дарвина – внезапное, практически взрывное распространение цветковых (покрытосеменных) растений в меловом периоде.

Последний период Мезозоя – мел, у многих ассоциируется с динозаврами, как и вся Мезозойская эра. Это верно, но меловой период был прежде всего веком цветковых растений. Это был период, когда покрытосеменные вышли из тени, из своих небольших, "окраинных" экологических ниш и захватили практически всю Землю, изменив тем самым ее биосферу.

А затем началось "завоевание" Земли. Если 105 миллионов лет назад покрытосеменные составляли от 5 до 20 процентов от всех видов растений в различных экосистемах, то 65 миллионов лет назад – в конце мела, уже все 80%. Основной всплеск численности и разнообразия цветковых пришелся на средний мел.

Естественно, замена голосеменных растений покрытосеменными не могла не повлиять на других членов экосистемы. Началась бурная эволюция насекомых, тесно связанных с цветковыми растениями, изменения коснулись и динозавров – многие палеонтологи считают, что расцвет гадрозавров и цератопсов в позднем мелу связан именно с покрытосеменными, которыми питались эти травоядными.

Но что помогло цветковым так широко распространится по Земле? Во-первых, конечно, коэволюция с насекомыми – опылителями. Но только ли один этот фактор имел значение? Специалисты по экологии и эволюции Франк Берендс (Frank Berendse) и Мартин Шеффер (Marten Scheffer) из Университета Вагенингена в Нидерландах (Wageningen University) считают что нет, были и другие причины. Голландские экологи сравнили скорость роста голосеменных и покрытосеменных растений. Покрытосеменные оказались быстрее. Если наводнение или лесной пожар уничтожали на каком-то участке старую растительность, состоявшую из голосеменных, то новые голосеменные там уже не вырастали – просто не успевали, так как покрытосеменные с большей скоростью роста уже занимали территорию.

Эту идею экологи и палеонтологи выдвигали и раньше, до исследования голландцев. Но Берендс и Шеффер обратили внимание еще на один фактор. Обладающие более мясистыми, небольшими, легко разлагающимися листьями и стеблями, покрытосеменные стали быстро формировать питательную почвенную подстилку, на которой они росли еще лучше. Голосеменные хорошо приспособлены к жизни на бедных почвах – не даром сейчас они хорошо растут на песчаных грунтах или вдоль насыпей железных дорог, а вот на питательных почвах им с покрытосеменными не тягаться.

Видимо, возникла положительная обратная связь – цветковые растения удобряли почву и тем самым изменяли среду "под себя". Особенно важным оказалось то, что среди покрытосеменных возникло много травянистых растений. Ведь до них, в юрском периоде и ранее, травы в нашем понимании не было. Конечно, были небольшие травянистые хвощи и папоротники, но их стебли жестче, тверже, они перегнивают медленнее. А вот обычные (теперь обычные) травы имеют короткий жизненный цикл, быстро отмирают и легко разлагаются, удобряя почву. Получается, что если на каком-то участке селились покрытосеменные, то почва на нем и вокруг него становилась плодороднее, покрытосеменные на ней росли еще лучше и участок, захваченный ими, расширялся.

Гипотеза голландских специалистов опубликована в журнале "Ecology Letters", об их исследовании пишут "BBC" и "ScienceDaily"

P.S. Интересно, что массовое распространения травы в современных экосистемах затрудняет съемку различных научно-популярных фильмов о динозаврах и других древних животных, живших на Земле до начала мела. Ведь сейчас довольно сложно найти места, похожие на ландшафты юры или триаса - лишенные привычной нам травы и другой покрытосеменной растительности.

На фото - цветущие современные покрытосеменные, в данном случае - лилии.
Фото "Аммонит.ру"

Читайте также: