Владимир Цимбал - Растения. Параллельный мир
По числу видов самые многочисленные растения — покрытосеменные или цветковые, на втором месте — мохообразные или мхи, на третьем — папоротники. Из когда-то многочисленных членистостебельных остался лишь один род — хвощ, примерно с 30 видами, да и голосеменные и плауновидные сильно сдали свои позиции.
Чем же отличаются друг от друга эти группы растений? Ну, во-первых, мхи, плауновидные, членистостебельные и папоротники размножаются с помощью спор, а голосеменные и покрытосеменные — семян. По этому признаку растения делятся на споровые и семенные. На первый взгляд, этот признак разделяет весь растительный мир на две принципиально различные группы. Но не будем спешить с выводами, а попробуем посмотреть чуть глубже.
Давайте проследим процесс размножения споровых растений на примере некоторых папоротников. Все мы видели самый обычный папоротник средней полосы — Dryopteris ипи, по-русски, щитовник. На нижней стороне его листа можно заметить многочисленные спороносные зоны, которые порой называют спорами. Это не совсем верно. Дело в том, что спора — одноклеточная пылинка, неразличимая невооружённым глазом. Споры находятся в специальной коробочке — спорангии, которые, в свою очередь, собраны в отдельные скопления — сорусы. Вот эти самые сорусы мы и видим на листе. Закладываются сорусы на самых ранних стадиях развития листа, и они хорошо различимы даже на ещё не полностью развернувшихся листьях (фото 2). Сначала сорусы зелёные, потом, когда споры созреют, приобретают бурую, ржавую окраску (фото 3, 4). После созревания спор спорангии открываются, лопаются вдоль специальной щели, и споры разносятся ветром. Переноситься они могут очень далеко, даже через океан.
Фото 2. Osmunda claytoniana (чистоуст Клайтона). Молодые спороносные листья. Подмосковье. Фото 3. Спороносный лист Cyrtomium fortunii (циртомиума Форчуна). Видны круглые сорусы. Подмосковье.Но вот спора попала на подходящий для прорастания влажный участок почвы. Вы думаете, что из неё сразу вырастет новый папоротник с резными листьями? Ничего подобного. Сначала из упавшей на землю споры вырастает заросток (учёные называют его гаметофитом, то есть «растением с половыми клетками»). Потом на заростке разовьются половые органы. В них образуются мужские и женские половые клетки — сперматозоиды и яйцеклетки. Затем, только при наличии водяной плёнки, сперматозоид доплывает до яйцеклетки и соединяется с ней, то есть происходит оплодотворение. И лишь после этого из оплодотворённой яйцеклетки, прямо на заростке, вырастает взрослое растение или спорофит — «растение со спорами».
Фото 4. Часть спороносного листа Phyllitis scolopendrium (Листовика обыкновенного). Хорошо видны длинные линейные сорусы. Подмосковье.У некоторых папоротников этот процесс занимает много времени. Вот, скажем, у ужовника, папоротника нашей средней полосы, правда, уже редко встречающегося, от прорастания споры до появления спорофита проходит до двадцати лет. Рекордсменом же по самому быстрому образованию спорофита является один из видов марсилеи — водного папоротника. У него от попадания споры в воду до образования спорофита (пусть и совсем крошечного) проходит не более суток!
Рис. 2. Заросток папоротника Osmunda claytoniana (чистоуст Клайтона) с молодым спорофитом. Виден зачаточный лист и корешок спорофита.Заростки (или гаметофиты) папоротников, хвощей и плаунов намного меньше взрослого растения — спорофита. Например, заростки знакомых нам папоротников выглядят, как зелёные пластинки неправильной сердцевидной формы и имеют в длину 2–5 мм (рис. 2).
В то время как спорофит папоротника, всем хорошо известный, может иметь многометровые размеры.
Итак, получается, что то, что мы видим в лесу, любуясь на ажурную листву папоротников или на «ёлочки» хвощей — это лишь одна из фаз развития этих растений, их спорофиты. Очень часто мы забываем об этом. Так же мы любуемся бабочкой, забывая, что непрерывно жующая листья упитанная гусеница и эта бабочка — одно и то же животное.
А вот со мхами, которые тоже распространяются спорами, ситуация прямо противоположная. У них гаметофит (заросток) гораздо крупнее спорофита. И именно он имеет вид облиственного побега со стеблем и листьями. А сам спорофит — лишь коробочка со спорами (спорангий), сидящая на тоненькой ножке (фото 5). Да и живёт спорофит прямо на заростке мха и питается от него, прикрепившись специальной присоской — гаусторией. Поэтому те мягкие зелёные моховые ковры, которые мы видим на болоте — это заросли гаметофитов мхов.
Фото 5. Листостебельный мох из семейства бриевых. Спорангий на тонкой ножке — спорогоне, по существу, и есть спорофит. Ветвящийся же «стебель» с зелёными «листьями» — гаметофит. Подмосковье.Как же так вышло, что одни растения пошли по пути совершенствования и роста спорофита, а другие, наоборот, гаметофита? По этому поводу есть множество теорий, но… пока это никому не известно. До сих пор учёные спорят о преимуществах, которые получают в процессе эволюции спорофиты растений или их гаметофиты. Аргументация сторонников обеих точек зрения очень серьёзна и, безусловно, заслуживает внимания. Так, считается, что гаметофиты, обладающие лишь половинным набором хромосом, не способны к «революционной» изменчивости и представляют собой тупиковый путь эволюции. Другие же учёные считают гаметофиты с их упрощённым набором хромосом предвестниками будущего разнообразия растений. Не будем спорить по этому поводу ни с теми, ни с другими. Лишь отметим, что хотя мхи, судя по всему, устроены проще других высших растений и очень напоминают некоторыми чертами строения псилофиты, но в ископаемом виде появляются немного позже, чем, например, плауновидные. Как говорится, природа полна тайн.
Останавливаться на различиях между папоротниками, плауновидными и членистостебельными мы здесь не будем, каждый отличит членистые стебли хвоща от роскошных перистых листьев папоротника или от невысоких, стелющихся по земле, густо усыпанных мелкими «листочками» побегов плауна. Но одну важную деталь надо отметить обязательно. Дело в том, что споровые растения бывают равно- и разноспоровыми. У разноспоровых и споры, и заростки разные. А именно — мужские и женские.
Фото 6. Отдел плауновидные. Sellaginella sibirica (селагинелла сибирская). Подмосковье.Из женской споры развивается женский гаметофит, а из мужской споры — мужской гаметофит.
На мужских заростках развиваются только мужские половые органы, а на женских — только женские. Из разноспоровых наиболее известны такие плауновидные, как селагинеллы или, по-русски, плаунки (фото 6 и 7), изоэтес (полушник) а также водяные папоротники. У равноспоровых же, на одном заростке (гаметофите) есть одновременно и мужские и женские органы. Большинство споровых растений, в том числе и большинство папоротников, — равноспоровые.
Фото 7. Sellaginella involvens (селагинелла завёртывающаяся). Подмосковье.Теперь поговорим о растениях, которые распространяются семенами. Как мы уже выяснили, они представлены всего двумя отделами — голосеменными (гимноспермами) и покрытосеменными (ангиоспермами). Последних часто называют ещё и цветковыми. Да, отдела семенных растений всего два, но по разнообразию и многочисленности им сейчас нет равных на Земле. Начнём мы с голосеменных, потому что именно они «изобрели» семя, а цветковые, скорее всего, ведут свою родословную от них.
Фото 8. Класс хвойные. Thujopsis dolabrata (туёвик долотовидный). Подмосковье.Какие же растения относятся к голосеменным? Из современных — это хорошо известные нам классы хвойных (фото 8 и 9), саговниковых (или цикадовых) (фото 10), а так же гинкго билоба (фото 11 и 12) — единственный сохранившийся до наших дней вид из целого класса гинкговых. Для сравнения, представьте себе, что из всего класса птиц остался лишь волнистый попугайчик! Что поделаешь, sic transit gloria mundi… Саговниковые, особенно в литературе о комнатных растениях, часто называют пальмами, что, несмотря на их внешнее сходство, неправильно. Ведь пальмы — растения цветковые. Среди современных голосеменных можно упомянуть ещё класс гнетовых, среди которых — очень необычные эфедровые, больше похожие своими членистыми стеблями на хвощи, и совершенно фантастического облика вельвичиевые, напоминающие низкий толстый пень с двумя длинными, в несколько метров, лентовидными листьями. Так же в классе гнетовых единственная среди современных голосеменных лиана — род гнетум. Вот и все классы современных голосеменных. Их всего четыре, причём один из них (гинкговые) представлен сейчас лишь одним видом, а в другом (гнетовые) — всего три рода.
Фото 9. Cryptomeria joponica «cristata» (криптомерия японская «гребенчатая»). Видны побеги, сросшиеся в уплощённый листоподобный орган. Подмосковье. Фото 10. Cycas revoluta (саговник поникающий). Ствол покрыт бурым чехлом из остатков черешков отмерших листьев. В природе старые листья обвисают, образуя нечто вроде неаккуратной «юбки», чем и объясняется видовой эпитет этого растения.Вымерших же голосеменных гораздо больше, чем живущих сейчас. Назовём лишь несколько больших групп вымерших голосеменных растений:
