Глава XVIII. Основные черты эволюции растении

ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА

Все растения по характеру организации можно отнести к двум группам: низших, или слоевцовых, и высших, или листостебельных.

К слоевцовым (Thallobionta) относятся следующие типы растений:

Бактерии (Bacteriophyta)

Синезеленые водоросли (Cyanophyta)

Зеленые водоросли (Chlorophyta)

Диатомовые водоросли (Diatomeae)

Бурые водоросли (Phaeophyta)

Багрянки, или красные водоросли (Rhodophyta)

Грибы (Fungi)

Лишайники (Lichenes)

К листостебельным (Cormobionta) относятся следующие типы рас­тений:

Мохообразные (Bryophyta) Папоротникообразные (Pterophyta) Голосеменные (Gymnospermae) Покрытосеменные (Angiospermae)

Слоевцовые (Thallobionta) не имеют расчленения на корень и стебель с листьями; тело их состоит из слоевища, или таллома.

Слоевище может быть одноклеточным и многоклеточным. У слоевцо­вых— типичных обитателей жидкой среды — не развились специальные всасывающие и проводящие ткани, так как из среды их обитания пита­тельные вещества могут всасываться всей поверхностью. Вода — более плотная среда, чем воздух, поэтому у слоевцовых растений не развилась и опорная ткань.

Выход иа сушу повлек глубокие изменения в строении растений. Раз­вивается специальный аппарат для всасывания минеральных растворов. Как основной орган ассимиляции углекислого газа формируется лист. Развивается проводящая ткань, связывающая корневые волоски с лис­тьями. Возникает необходимость опорной ткани. Как защитное приспо­собление от иссушающего действия воздуха развивается покровная ткань. Таким образом, приспособление к обитанию на суше повлекло у высших растений разделение тела на три основных органа: корень, сте­бель, лист.

СЛОЕВЦОВЫЕ (THALLOBIONTA) Тип бактерии (Bacteriophyta)

К этому типу относятся мельчайшие организмы, видимые в световой микроскоп. Величина бактерий обычно колеблется в пределах 0,5—10 р., но иногда бактерии достигают значительно больших размеров, вплоть до 200 р. Клетки бактерий принципиально имеют все те органоиды, ко­торые свойственны клеткам более высоко организованных существ. С по­мощью электронного микроскопа у некоторых видов бактерий обнаружи­ли и сфотографировали дифференцированные ядра, но в отличие от кле­ток других организмов ядро бактериальной клетки не отграничено мем­браной от цитоплазмы. В нем нет ядрышка, оно не претерпевает процес­са митоза (см. гл. III). Таким образом, это лишь гомолог ядра, называе­мый обычно нуклеотидом.

Рис 109. Формы бактерий.

/—стафилококка; 2. 3 — диплококки; 4 — стрептококки; 5 — тетракохки; « — сарцины; 7—9— различные виды палочек; Ю — вибрионы; II. 12— спириллы.

Форма тела каждого вида бактерий постоянна. Она лежит в основе классификации бактерий (рис. 109). Бактерии, имеющие форму шари­ков, называют кокками, палочки — бациллами, запятой — вибрионами, спирально закрученных — спириллами. Некоторые бактерии имеют вид двойных шариков (диплококки), цепочек (стрептококки, стрептоабацил-лы) и другие формы.

Кокки неподвижны, остальные бактерии могут передвигаться. Нали­чие жгутиков у подвижных бактерий сближает их с некоторыми водо­рослями.

Огромное большинство бактерий — гетеротрофные организмы. Некото­рые из бактерий, обладающие пигментами, способны к фотосинтезу и являются аутотрофными организмами. Среди бактерий встречаются также хемосинтезирующие формы.

Размножение совершается путем деления одной особи на две; в бла­гоприятных условиях оно происходит очень интенсивно: каждые 20—30 минут. В неблагоприятных условиях некоторые формы бактерий обра­зуют споры. Они покрыты плотной оболочкой, благодаря которой споры бактерий могут выносить нагревание выше 100° и промораживание при температуре ниже —250°. Попадая в благоприятную среду, споры прора­стают.

Большинство бактерий — аэробы, но встречаются среди них и анаэроб­ные организмы.

Бактерии вызывают гниение и брожение, минерализуют органические вещества. Азотобактер, находящийся в почве, усваивает азот из воздуха и переводит его в состояние, пригодное для усвоения зелеными расте­ниями. Бактерии молочнокислого брожения используются человеком для приготовления некоторых молочных продуктов, квашения капусты и засолки овощей, силосования кормов. Некоторые бактерии дают анти­биотики: грамицидин, тиротрицин и др. Среди бактерий много воз­будителей инфекционных болезней человека (туберкулез, холера, брюшной тиф и многие другие), домашних животных и культурных растений.

В кишечнике животных и человека обитает кишечная палочка Escheri-chia coli, являющаяся сапрофитом и не оказывающая болезнетворного влияния. Наличие ее в окружающей среде (в воде, продуктах питания) служит надежным показателем фекального Загрязнения, и присутствие ее обязательно определяется при соответствующих санитарных обследо­ваниях внешней среды.

Кишечная палочка широко используется как лабораторный объект, в частности с ее помощью установлены многие важные факты из области генетики.

Тип Синезеленые водоросли (Cyanophyta)

По своему строению синезеленые водоросли (Cyanophyta) близки к бак­териям. У них, как и у бактерий, вместо типичного ядра имеется нуклео-ид. Некоторые ботаники объединяют синезеленые водоросли и бактерии в одни тип дробянок.

Свое название синезеленые водоросли получили благодаря специфи­ческой окраске, которая обусловлена наличием ряда пигментов: хлоро­филла, «рикоциана (голубого или синего) и красного. Морфологически обособленных пластид в клетках синезеленых водорослей нет; пигмент находится непосредственно в цитоплазме.

Размножение известно только бесполое и осуществляется путем про­стого деления. Многие водоросли для переживания неблагоприятных ус­ловий способны образовывать споры. Развиваясь в большом количестве, они могут вызвать так называемое цветение воды.

Синезеленые водоросли используются при санитарной оценке водое­мов. Среди этих водорослей есть обитатели почв. Многие виды этих во­дорослей обитают в симбиозе с грибами, образуя лишайники (см. ниже). Перегнившие остатки некоторых синезеленых водорослей в соленых озе­рах образуют лечебные грязи.

Тип Зеленые водоросЛи (Chlorophyta)

У большинства зеленых водорослей клетки четко дифференцируются на ядро и цитоплазму. Встречаются одноклеточные и многоклеточные орга­низмы. Окраска зависит от зеленого пигмента — хлорофилла, который всегда находится в специальных органоидах—пластидах (хлоропластах). Некоторые из зеленых водорослей снабжены жгутиками.

Размножение может совершаться бесполым путем — делением или об­разованием зооспор. Зооспоры развиваются в клетках материнского рас­тения, снабжены жгутиками и после выхода в воду некоторое время плавают, а затем прикрепляются к субстрату, где из них формируется новый организм. У некоторых видов зеленых водорослей наблюдается половое размножение, у одних изогамия, у других — анизогамия (см. главу VI).

Многие зеленые водоросли входят в состав планктона и, так же как и синезеленые водоросли, могут обусловить «цветение» водоемов. Они име­ют существенное значение в питании рыб и других обитателей вод. К зе­леным водорослям относится одноклеточная водоросль хлорелла, кото­рая в настоящее время интенсивно изучается во многих лабораториях мира. Отыскиваются способы быстрого размножения в искусственных водоемах больших масс водорослей с целью получения дешевого корма для сельскохозяйственных животных. Предполагается, что хлорелла мо­жет оказаться незаменимой при космических путешествиях: с ее по­мощью будет осуществляться регенерация воздуха в обитаемых спутни­ках Земли и космических кораблях.

Среди зеленых водорослей встречаются «неклеточные», «многоядер­ные формы. Они достигают крупных размеров, иногда до 1 м, как, на­пример, каулерпа, которая обладает сложным внешним расчленением, напоминающим высшие растения, но тело ее не разделено на клетки, а представляет собой один многоядерный протопласт.

У других видов обнаруживается явно выраженное клеточное строение и они относятся уже к примитивным многоклеточным организмам. При размножении их клетки делятся в поперечном направлении, сохраняя между собой связь, благодаря чему возникают длинные тонкие нити. Это так называемые нитчатые водоросли; из них образуется тина водо­емов.

Таким образом, появление зеленых водорослей связано с ароморфоза-ми: образованием типичного ядра, появлением пластид и полового раз­множения. От зеленых водорослей произошли примитивные наземные растения, предки мохообразных.

Тип Диатомовые водоросли (Diatomeae)

Диатомовые — одноклеточные или, реже, колониальные водоросли, име­ют четкую дифференцировку протоплазмы на ядро и цитоплазму. Клетка диатомовой водоросли заключена в двухстворчатую оболочку, пропитан­ную кремнеземом.

Выделяя особую слизь, диатомовые передвигаются в противоположном направлении, подобно ракете. Размножаются эти водоросли бесполым и половым путем. Диатомовые составляют важную часть планктона, име­ют существенное значение в питании обитателей вод. Скелеты отмерших водорослей на дне водоемов образуют геологические напластования, Так образовалась легкая пористая горная порода — диатомит, используемый как теплоизоляционный материал и как поглотитель, адсорбент неко­торых жидкостей (например, кислот), при очистке сиропов, фруктовых соков и пр.

В своем происхождении диатомовые связаны с зелеными водорослями.

Тип Бурые водоросли (Phaeophyta)

Бурые водоросли — это многоклеточные организмы. Окраска их зависит от хлорофилла и других пигментов: бурого и красного; запасные пита­тельные материалы в их клетках накапливаются в виде различных Са­харов. Эти водоросли используются в пищу многими водный» животны­ми. Из некоторых видов ламинарий добывают йод, калийные⁵ соли и сту­денистые агароподобные вещества, используемые в кондитерской и парфюмерной промышленности, а также в медицине. Один нз видов ла­минарий— морская капуста — употребляется в пищу, а также как ле­карственное средство. Бурые водоросли используются на корм скоту и для удобрения.

Бурые водоросли имеют сложные жизненные циклы, связанные с че­редованием гаплоидного и диплоидного поколений; половые клетки их снабжены жгутиками. Это свидетельствует о происхождении бурых во­дорослей от жгутиковых форм. Бурые водоросли — древнейшие обитате­ли океанов и морей.

По-видимому, от них произошли папоротникообразные растения.

Тип Красные водоросли или Багрянки (Rhodophyta)

Красные водоросли — многоклеточные организмы, состоящие из типич­ных клеток. Окраска их обусловлена, кроме хлорофилла, рядом других пигментов: каротином, ксантофиллом, пигментом красного цвета — фи-коэритрином и синего цвета — фикоцианом. Запасные питательные ве­щества накапливаются в виде особого багряного крахмала. Размножение осуществляется как бесполым, так и половым путем.

Багрянки — обитатели морей и соленых озер. Некоторые из них явля­ются сырьем для добывания агар-агара, другие используются в пищу и даже специально разводятся с этой целью в Японии.

Отсутствие жгутиконосных стадий в развитии красных водорослей за­трудняет решение вопроса об их происхождении. Возможно, что проис­ходят они от предков, общих с синезелеными водорослями, с которыми их сближают одинаковые пигменты.

•

Тип Грибы (Fungi)

Грибы — слоевцовые, бесхлорофильные, гететрофные растения, пересе­лившиеся на сушу. Среди грибов, есть сапрофиты, питающиеся мертвы­ми органическими веществами, и паразиты. Тело грибов — мицелий, со­стоящий из массы переплетающихся нитей — гифов. Размножение осу­ществляется гифами, или чаще спорами, которые представляют собой клетки, покрытые плотной оболочкой: разносятся они по воздуху. Грибы делятся на высшие и низшие. У многих высших грибов мицелий образу­ет плотные сплетения из гифов — плодовые тела. Собственно, их в обы­денной жизни мы и называем грибами. У таких грибов в плодовом теле можно различить ножку и шляпку. Споры развиваются на нижней сто­роне шляпки между радиально расположенными пластинками или в специальных углублениях (трубочках).

Среди высших грибов много съедобных и ядовитых. В нашей странеиз дикорастущих грибов около 30 видов употребляется в пищу. Некоторые виды грибов (шампиньоны) специально культивируются. В нашей фло­ре ядовитыми свойствами обладает около 25 видов грибов, из которых наиболее опасно отравление бледной поганкой, содержащей яд филлин, и мухоморами, содержащими яд мускарин.

Из низших — плесневых грибов большое значение в медицине имеют образующие в процессе своей жизнедеятельности антибиотики, напри­мер Penicillium, дающий пенициллин.

Широко используются человеком дрожжевые грибки, являющиеся одноклеточными организмами. В своем филогенетическом развитии они претерпели упрощение организации; происходят они от предков, обла­дающих типичным мицелием. Размножаются дрожжи как вегетативно, так и половым путем. Дрожжи в процессе своей жизнедеятельности рас­щепляют сахар на спирт и углекислоту (спиртовое брожение). Пред­ставителями дрожжевых грибов являются пивные, винные, кефирные дрожжи. Пивные дрожжи применяются в хлебопечении, пивоварении, виноделии благодаря богатству витаминами группы В; используются дрожжи и с лечебной целью.

В настоящее время разработаны способы использования хищных гри­бов в борьбе с нематодами — паразитами человека и домашних живот­ных, благодаря чему удалось ликвидировать анкилостомидоз ¹ на неко­торых угольных шахтах Средней Азии.

Многие виды грибов паразитируют на растениях и животных. Спо­рынья паразитирует на ржи, образуя рожки (склероцин) на месте раз­рушенных зерен. Спорынья очень ядовита и употребление в пищу хлеба из сильно загрязненного ею зерна может вызвать тяжелое, иногда смертельное заболевание, известное в народе под названием «злые корчи».

В небольших дозах спорынья употребляется в качестве лечебного сред-

НекЧзторые грибы паразитируют на человеке. К ним относится возбу­дитель парши и трихофитии (стригущего лишая).

Обитающие в свободной природе, чаще всего в почке, сапрофитные дрожжевые грибки Blastomyces и Coccidioides способны переходить к паразитизму и вызывать у человека тяжелые заболевания кожи и внут­ренних.органов.

Дрожжевые грибки могут также стать возбудителями молочницы—¹ болезни, поражающей преимущественно грудных детей.

Грибы произошли, по-видимому, от зеленых водорослей или от общих с ними предков, обладающих жгутиками.

Актяиомицеты (Actioomycetes)

Ак'.'иномицеты, или лучистые грибы, некоторыми ботаниками относятся к грибам, другие считают, что они гораздо ближе к бактериям. Типично дли актиномицетов наличие мицелия, состоящего из ветвящихся нитей, значительно более тонких, чем мицелий грибов. Весь мицелий состоит из одной клетки. Строение ядра аналогично таковому бактерий. Актиноми-цеты широко распространены в природе: встречаются на растениях, в почве, воде, воздухе. Они обычно ведут сапрофитный образ жизни и как сапрофиты часто встречаются на слизистых оболочках рта и кишечника животных и человека. Но Под влиянием разнообразных факторов внеш­ней и внутренней среды актиномицеты могут переходить к паразитиче­скому образу жизни, вызывая тяжелые заболевания, связанные с раз­рушением ткани на голове и шее, а также костей, суставов, нервной си-. стемы и др.

•V.

г- Тип Лишайники (LIchenes)