База знаний

Сосудистая система. Краткий обзор особенностей современных растений - основных черт их строения и физиологии - показывает результат развития растительного мира. Большинство растений, особенно высших, отличается характерными чертами строения; все они, в частности, имеют: 1) длинный, обычно вертикальный и ветвящийся стебель, в большинстве случаев жесткий; 2) корни, хорошо закрепленные в почве; 3) в верхней части - зеленую листву. Самый важный процесс - фотосинтез - происходит в листьях, безразлично, широкие это листья, иглы или еще какие-нибудь. Клетки листьев синтезируют хлорофилл («растительную зелень»), зеленый пигмент, который поглощает солнечный свет и, используя его энергию, может создавать питательные вещества из углекислого газа атмосферы и воды, которую растение извлекает из почвы. Через поры листьев поступает углекислый газ, происходит реакция фотосинтеза (химическое восстановление кислорода) и в результате образуются сахар, вода и свободный кислород.

Вода, которая нужна для фотосинтеза, поступает снизу, из почвы, по системе корней, через стебель и ветви. Теперь мы понимаем, что корни, стебель и ветви созданы не просто для того, чтобы нести на себе листья. Это также и водоподводящая система каналов, по которой вода в достаточных количествах подается даже на вершину самого высокого дерева. Очень высокие хвойные деревья на тихоокеанском побережье Северной Америки могут подтягивать воду на высоту до 120 метров над землей.

В действительности вода, которая подтягивается вверх, к листьям, это не просто вода; это сок деревьев, водный раствор. В одеревеневшей ткани живого дерева находятся вертикальные цепочки мертвых клеток. У некоторых видов деревьев верхние и нижние стенки этих клеток растворены - как если бы в высоком здании пришлось уничтожить перекрытия в целом ряде комнат, расположенных одна над другой, чтобы соорудить шахту для лифта. Цепочки этих мертвых клеток заполнены соком. Они образуют трубочки, по которым жидкость, поступающая из земли, подтягивается от корней к живым листьям. Из листьев вода постоянно испаряется в атмосферу через поры. Эта потеря влаги снижает давление внутри листьев и тонких веток и заставляет сок, заполняющий систему трубок, подтягиваться через стенки клеток к листьям, чтобы возместить недостаток жидкости. Таким образом всасывающее усилие передается по всей системе трубок, включая корни, которые в свою очередь начинают более активно поглощать влагу из почвы. Вся эта система «сосудов» представляет собой своего рода насос, действующий весьма эффективно.

Рис. 4. Круговорот воды.

Эта система, рассматриваемая в более широком плане, представляет собой часть круговорота воды (рис. 4). В таком круговороте часть осадков просачивается в землю, поглощается корнями растений, поднимается к листьям и с их поверхности испаряется в атмосферу, из которой выпадает затем в виде дождя. Но часть воды остается в растениях. В процессе фотосинтеза она соединяется с углекислым газом, который проникает в растение из атмосферы через поры листьев, и образует питательные вещества и ткани растения.

Для образования тканей растения требуется большое количество воды и углекислого газа. Например, на 0,4 га кукурузного поля произрастает около 10  000 растений, которые дают около 3,5 м³ зерна (семян кукурузы). Для образования этого количества семян (мы не считаем стебли, корни, листья и стержни початков) растениям требуется около 9 т углекислого газа, из которого они выделяют и используют 2,5 т углерода, а освободившийся кислород возвращают в атмосферу. Для этого растения должны переработать 21 000 т воздуха, то есть более 2 т на каждое растение. В то же время растения должны извлечь из почвы и перекачать в листья 1 892 500 литров воды, что составляет около 190 литров на каждое растение.

Этот процесс происходит на каждом участке кукурузного поля ежегодно. То же самое происходит на площадях, засеянных пшеницей и другими зерновыми. Такие же процессы, хотя и происходящие более медленно, наблюдаются на площадях, занятых деревьями, дающими фрукты или орехи или использующимися как топливо и строительный материал. Представив себе огромные пространства лесов, садов, пастбищ и обрабатываемых полей, безразлично, используемых человеком или нет, мы до некоторой степени можем понять, какую огромную роль растения, входящие в состав биосферы, играют в круговороте воды, а также в процессах выветривания (физического и химического), образующих часть круговорота горных пород.

Система размножения. Изучением способа размножения живых организмов, животных или растений, никогда не следует пренебрегать, потому что успешное воспроизводство организма - это один из важнейших факторов его успешной эволюции, залог способности выживать в меняющихся (к лучшему или худшему) условиях. Поэтому, рассмотрев способы размножения современных растений, мы можем узнать что-то новое и о геологической истории.

Небольшая часть ныне существующих растений размножается вегетативно. При вегетативном размножении у растения развиваются отростки, луковицы или побеги, которые укореняются и становятся самостоятельными растениями; точно воспроизводящими своего родителя. (Мы употребляем это слово в единственном числе, так как в этом случае родитель только один.) При таком размножении сочетания различных генов не происходит; потомок не приобретает никаких новых свойств, которые могли бы послужить ему для приспособления к новым условиям среды.

Половое размножение, напротив, допускает сочетание различных свойств, унаследованных от различных особей, и если условия среды благоприятствуют развитию возникающих признаков, то эволюция ускоряется. В своей основе цикл полового размножения бессеменных сосудистых растений включает две фазы. В первую фазу возникает маленькое безлиственное растение, продуцирующее сперматозоиды, или яйцеклетки, или то и другое одновременно. Сперматозоиды от мужского растения перемещаются в воде (присутствующей хотя бы в виде тонкой пленки) и оплодотворяют яйцо женского растения, находящегося поблизости. Из оплодотворенного яйца развивается новое растение, превосходящее по размерам растения первой фазы и имеющее листья. Во вторую фазу это большее растение образует споры - клетки, служащие для размножения и не требующие оплодотворения. Они уносятся и рассеиваются ветром, укореняются, и из них развиваются мелкие безлиственные растения первой фазы. Таким образом завершается цикл. Как мы видим, один момент данного цикла требует присутствия воды; на ранних этапах истории наземных растений это ограничивало их распространение, так как размножение могло происходить лишь в определенных природных условиях.

Появление семян устранило это затруднение и таким образом усовершенствовало процесс размножения. При наличии семян отпала необходимость движения сперматозоидов к яйцеклетке в воде. Семя - это не просто изолированная клетка. Оно включает множество клеток, образующих в совокупности корень, стебель и один-два листка, «упакованных» в питательное вещество и снабженных оболочкой, защищающей их от механического и химического воздействия. Кроме того, когда семя начинает свое существование, оно уже содержит оплодотворенную яйцеклетку. Оплодотворение происходит тогда, когда яйцеклетка еще не отделилась от родительского растения, которое и питает семя на начальных стадиях роста, К тому времени, когда семя отделяется, оно уже представляет собой миниатюрный организм, снабженный «приспособительными» устройствами. Этот организм может сохраняться живым до тех пор, пока не укоренится и не начнет свою жизнь как самостоятельное растение. Благодаря указанным свойствам он имеет гораздо большие шансы выжить по сравнению с бессеменными растениями, что в свою очередь означает большее разнообразие возможных сред обитания и лучшую конкурентную способность данных видов. Значение таких преимуществ показывает вся история развития растений.