19.1.5: Різноманітність та еволюційні відносини рослин
- Page ID
- 5663
Еволюція та класифікація
Організми, які ми називаємо рослинами, віднесені до однієї клади; тобто природне угруповання, засноване на переконанні, що всі вони еволюціонували від спільного предка пізніше, ніж будь-який спільний з іншими організмами. Серед критеріїв для цього можна виділити:
- їх спільне використання фотосинтетичних пігментів хлорофілу а і хлорофілу b
- подібність нуклеотидних послідовностей генів, що кодують як їх малу субодиницю (18S), так і велику субодиницю (25S) рибосомальну РНК
- їх загальна целюлозна клітинна стінка
Ми розглянемо тут добірку найбільш визначних груп.
Зелені водорості
Предки цих організмів були найпримітивнішими членами клади. Іншими словами, організми, які ми б поставили в цей поділ, ймовірно, були предками всіх інших рослин. Сьогодні мешкає близько 7000 видів. До них відносяться:
- мікроскопічні, одноклітинні форми, такі як хламідомонада
- колоніальні форми, такі як ниткоподібна Спірогіра
- багатоклітинні форми, такі як Volvox і Ulva, морський салат
Хоча деякі багатоклітинні форми великі, вони ніколи не розвивають більше декількох типів диференційованих клітин, і їх запліднені яйцеклітини не розвиваються в ембріон.
Зелені водорості є важливим джерелом їжі для багатьох водних тварин. Коли озера та ставки «удобрюються» фосфатами та нітратами (наприклад, з стічних вод та стоку з удобрених полів та газонів), зелені водорості часто утворюють великі водорості «цвітіння».
Печінка і мохи (мохоподібні)
Це досить прості рослини, які виробляють ряд диференційованих типів клітин і запліднена яйцеклітина яких розвивається в окремий ембріон.
Однак вони не мають ні судинної тканини (ксилеми та флоема), ні деревної тканини і тому ніколи не ростуть дуже великими. Відомо близько 16 000 живих видів. Більшість ростуть у вологих місцях.
Лікопсиди (Лікофіти)
Видатних представників цієї групи часто називають клубними мохами. Це зовсім не мохи, а судинні рослини з ксилемою і флоемою, що проходять через коріння, стебла та листя. Листя досить прості і дрібні з їх судинною тканиною в єдину, нерозгалужену вену. «Клуб» їх назви походить від появи їх спороутворюючих структур під назвою стробіли. Клубні мохи також іноді називають «грунтовими соснами», але вони теж не сосни. На фото зображений лікоподіум обскурум.
На сьогоднішній день існує близько 1000 видів лікопсидів. Всі маленькі (ті, що на фото стоять близько 8 дюймів. [20 см] заввишки), але так було не завжди. Викопні лікопсиди в Міссісіпійський і Пенсильванський періоди (так звана вугільна епоха) досягали висоти 100 футів (30 метрів). Їх залишки сприяли утворенню вугілля.
Гени хлоропласту
Хлоропласти (так само як і мітохондрії) мають свій геном. Діаграма (на основі роботи Ohyama, K. et al., Nature 322:572, 1986 і Лінди А. Raubeson і Р.К. Янсена, Science 225:1697, 1992) показує геном першої ДНК хлоропласту, що підлягає секвенуванню, геном печінки мархантії поліморфи. Він містить 121,024 пар основ, що кодують 128 генів. Короткі рядки вказують на кілька генів тРНК, деякі з яких марковані.
Порядок генів між стрілками (~ 6:30 до ~ 10:00) також зустрічається у лікопсидів. Але у всіх інших судинних рослин ця область перевернута і порядок генів точно зворотний. Це дає додаткові докази того, що інші судинні рослини ми розглянемо нижче,
- хвощі
- папороті
- голонасінні
- покритонасінні
належать до окремого кладу.
Хвощі
(Класифікується як Equisetopsida, хоча багато ботаніків вважають за краще більш старий термін сфенопсида.)
Загальна назва походить від характерного малюнка розгалуження: мутовки або кільця гілок, що виникають з надземного пагона. Пагін розвивається кожен сезон з підземного стебла (кореневища). Хвощі часто ростуть в піщаних місцях і включають кремнезем у своїх стеблах. Це надає їм абразивну якість, що змусило їх колись використовувати для чищення каструль і сковорідок, що породило ще одну загальну назву: чистячий пік.
Сьогодні виживає лише один рід, Equisetum, що містить близько 25 видів. Однак багато інших, набагато більші, види були домінуючими рисами кам'яновугільних і, як і ранні лікопсиди, сприяли утворенню вугілля.
Малюнок - Equisetum palustre, звичайний хвощ польовий. Спори утворюються в стробілусі.
Папороті
(Призначається до Птеридопсиди, хоча деякі ботанісіди воліють Філікопсіда.)
Сьогодні на землі мешкає близько 15 000 видів папоротей. Багато з них зустрічаються в тропіках, де деякі - «деревні папороті» - можуть вирости до висоти 40 футів (13 м) або більше. Папороті помірних регіонів дрібніше. Вони зазвичай зустрічаються у вологих, тінистих місцях. Їх стебла, які називаються кореневищами, а також коріння ростуть під землею і є багаторічними. Їх листя, звані листям, ростуть з кореневища щовесни.
Насіння Рослини (Сперматофіти)
Голонасінні
Викопні з девонського періоду виявляють папороподібні рослини, які були гетероспороподібними; тобто виробляли два види суперечок: мікроспори (чоловічі) і мегаспори (жіночі). Мегаспори не були звільнені від батьківського спорофіта. Запліднення відбувалося всередині тканини батьківського спорофіта, таким чином звільнившись від залежності від поверхневих вод. Однак необхідність перенесення мікроспор з однієї рослини на іншу, щоб досягти жіночого гаметофіту, позбавила їх цінності як агентів розгону. Цю функцію взяли на себе насіння - сплячі, захищені, зародкові спорофіти.
Насіннєві папороті, як називають ці рослини, були одними з найбільш ранніх голонасінних рослин. Хоча насіннєві папороті зараз вимерли, деякі їх живі нащадки, цикади, дуже нагадують їх. Цикади розкривають своє давнє походження тим, що після того, як мікроспора досягає яйцеклітини, вона звільняє війчастий сперматозоїд, який, плаваючи у волозі, що постачається батьківським спорофітом, досягає яйцеклітини. Гінкго - це також голонасінні рослини, які використовують рухливі сперми.
Хвойні
Ці голонасінні отримують свою назву від своїх шишок: чоловічих шишок, в яких розвиваються мікроспори, і жіночі шишки, в яких розвиваються мегаспори. Мікроспори розвиваються в пилкові зерна, які переносяться вітром до жіночих шишок. Тут кожен проростає в пилкову трубку, яка вростає в тканини жіночої шишки, поки не досягне околиці яйцеклітини. (У сосен це може зайняти рік.) Потім трубка розривається і ядро сперми зливається з яйцеклітиною, утворюючи зиготу.
Після запліднення зигота розвивається в крихітне зародкове спорофітна рослина. Існує приблизно 630 видів живих хвойних порід. До них відносяться сосни, ялини і ялини. До хвойним відносяться найбільші і найдавніші з усіх живих організмів. Одне червоне дерево (рід Sequoia), що росте в Каліфорнії, має висоту майже 400 футів (122 метри). Сосни щетинисті, що ростуть в горах східної Каліфорнії, більше 4000 років.
Хоча більшість хвойних дерев вічнозелені, їх листя модифіковані як «хвої», і вони зменшують снігове навантаження та транспірацію протягом зими в суворому високоширотному кліматі, де хвойні дерева є домінуючими видами рослин. Але, зберігши свою хвою під час зими, хвойні готові приступити до фотосинтезу відразу ж після повернення весни.
Хвойні ліси мають велике господарське значення, виробляючи пиломатеріали для будівництва та целюлозу для виготовлення паперу.
Покритонасінні
Хоча покритонасінні рослини з'являються в викопному списку в юрських відкладах, лише до кінця мезозойської ери покритонасінні рослини стали домінуючими рослинами ландшафту. Те, що вони домінують у земній флорі сьогодні зрозуміло: налічується близько 260 000 видів живих покритонасінних; решта рослинного царства включає лише близько 47 700 видів. В даний час покритонасінні рослини класифікуються приблизно в 54 порядках (Назви орденів закінчуються на.. ales, наприклад, Арабідопсис знаходиться в порядку Brassicales.). Кожне замовлення містить від одного до декількох десятків сімей (прізвища закінчуються на.. aceae, наприклад, арабідопсис знаходиться в сімействі Brassicaceae).
Монокоти і дводольні
З понад 400 сімейств покритонасінних рослин близько 80 з них потрапляють в одну кладку, звану монокотами, оскільки їх насіння мають лише одну сім'ядоль. Решта - дводольні, насіння яких мають дві сім'ядолі. Переважна більшість з них займають єдиний клад під назвою евдикоти.
Риси монокоту:
- одна сім'ядоль в їх насінні
- паралельне жилкування в їх листках
- пелюстки і чашолистки в 3s або кілька кратних їх
- судинні пучки, розкидані довільно по всьому стеблу
До монокотів відносяться:
- пальми (Arecaceae)
- орхідеї (орхідеї)
- ямс, солодка картопля (Dioscoreae)
- лілії, цибуля, спаржа (Liliaceae)
- банани (мускатні)
- і всі трави (Poaceae), які включають багато наших найважливіших рослин, таких як
- кукурудза (кукурудза)
- пшениці
- рису
- і всі інші зернові зерна, від яких ми так сильно залежимо для їжі, а також
- цукрова тростина і бамбук
Дикот риси:
- дві сім'ядолі в насінні
- сітчасті жилкування в їх листі
- пелюстки і чашолистки в 4s, 5s, або кілька кратних їх
- судинні пучки в стовбурі розташовані в променевому малюнку на зразок спиць колеса.
Ось добірка евдікотів.
| Сім'я | Приклади |
|---|---|
| Анакардійські | отруйний плющ, кешью, фісташки |
| складноцвіті | айстри та всі інші композитні квіти |
| Капуста | капуста, ріпа; арабідопсис та інші гірчиці |
| Кактусні | кактуси |
| Кукурубітні | кабачки |
| Молочай | маніока (маніока) |
| Фабакеа | квасоля і всі інші бобові |
| Фагацейські | дуби |
| Ліноцвіті | льон (джерело білизни) |
| Мальвовие | бавовна |
| Олеасе | оливки, попіл, бузок |
| Розоцвіті | троянди, яблука, персики, полуниця, мигдаль |
| Рубінові | кава |
| Рутові | апельсини та інші цитрусові |
| пасльонові | картопля, помідор, тютюн |
| Теаці | чай |
| Життєві | виноград |