Odkud se na Zemi vzaly rostliny?

Svět, jak ho vidíme nyní, se vyvíjel po mnoho tisíciletí. Různorodost rostlin potřebovala čas, aby se přizpůsobila různým životním podmínkám na planetě. V této lekci se podíváme na vývoj rostlinné říše od úplně prvního rostlinného organismu.

Plán lekce:

Rostlinný původ

Zpočátku byla Země plná živin. První organismy byly heterotrofní, jednobuněčné a bez jader, to znamená, že nemohly nezávisle syntetizovat organické sloučeniny. Jedli to, co našli v oceánech. Postupně se zásoby vyčerpaly a počet organismů byl stále početnější. K přežití v takové konkurenci bylo zapotřebí radikálně nové strategie.

Tak se objevily první fotosyntetické organismy. Mohly se živit energií slunečního světla a samy produkovaly organické látky. Před 2,7 miliardami let vznikly sinice – předchůdci moderních rostlin, které žijí dodnes.

Dříve se jim říkalo modrozelené řasy, ale není to tak úplně pravda. Sinice sice umí fotosyntetizovat, ale nejsou to rostliny, ale bakterie.

Starověké bakterie mají jedinou buňku, která nemá vytvořené jádro, mitochondrie, endoplazmatické retikulum a vakuoly vyplněné buněčnou mízou. Buňka je obklopena silnou buněčnou stěnou, která se skládá ze čtyř vrstev. Často je také slizniční vrstva umístěná mimo stěnu.

Buňky mohou fotosyntetizovat díky přítomnosti pigmentů v nich: chlorofylu, karotenoidů, fykocyaninu a fykoerythrinu. Pigmenty dodávají sinicím určitou barvu:

1. Chlorofyl – zelená barva;
2. Karotenoidy – žlutá a oranžová barva;
3. Phycocyanin – modrá barva;
4. Fykoerythrin má červenou barvu.

Sinice se množily, kolonizovaly planetu a uvolňovaly kyslík jako vedlejší produkt fotosyntézy. To navždy změnilo atmosféru planety. Sinicím můžeme poděkovat za téměř veškerý kyslík, který dýcháme. Objevení se obrovského množství kyslíku v atmosféře vedlo k vyhynutí téměř celé anaerobní fauny Země, tedy těch živých organismů, které kyslík pro svůj vývoj nepotřebovaly. Tato událost se nazývá kyslíková katastrofa Země.

Sinice jsou jednobuněčné organismy. Další evolucí rostlin se vyvinuly mnohobuněčné organismy. Pak – řasy. Řasy nemají tkáně ani orgány. Jejich tělo představuje neorganizovaný mnohobuněčný útvar – stélka. Thallus je jiný název pro Thallus. Analogy kořenů – rhizoidy – se vyvíjejí do řas připojených ke dnu.

Řasy také obsahují různé pigmenty, takže je lze různě barvit. Barvu zelených řas (Chlamydomonas, Chlorella) určuje chlorofyl, barvu hnědých řas (kelp, fucus) určuje fukoxanthin, barvu červených řas (porphyra, phyllophora) určuje kombinace chlorofylu, karotenoidů a fykobilin.

Po životě už oceány nestačily: a tak se na souš dostaly rostliny.

Fáze evoluce rostlin

Řasy se rozhodly vyvinout dvěma směry: některé si vybraly cestu mechorostů, jiné – nosorožce.

Mechorosty. Mechy, stejně jako řasy, nemají skutečné kořeny: jsou připojeny k zemi pomocí rhizoidů. Na rozdíl od kořenů jsou rhizoidy jednobuněčné nitkovité útvary. Nemají speciální zóny s vlastní specializací. Mechy jsou elementární rostliny, které nejsou schopné skladování.

Rhinophytes. Dalším názvem jsou psilofyty. Rostliny, které si zvolily tento směr, vyhrály evoluční závod. Samotní nosorožci vyhynuli, ale většina rostlinných organismů, které dnes vidíme, jsou jejich potomci. Nosorožci neměli listy. Byly to první vyšší rostliny s vyvinutými vodivými (dřevo, lýko) a krycími pletivy (epidermis). Díky nádobám se jejich zbytky dobře zachovaly ve zkamenělých horninách. Pozůstatky poskytují důkazy o evoluci rostlin.

Vědci také nacházejí zbytky kapradin v uhelných ložiscích a rohožích sinic – ložisek starých komunit. To vše slouží jako připomínka evoluce rostlinných organismů.

Psilofyty dlouho neexistovaly. Z nosorožců vznikly pteridofyty: kapradiny, přesličky a mechy. Mají vyvinuté tkáně, ale mají jednu významnou nevýhodu. Pohlavní rozmnožování kapradin závisí na vodě: spermie a vejce se navzájem spojují a tvoří zygotu pouze tehdy, když prší.

Pak se objevily nahosemenné rostliny. Místo spermie produkují spermii – nepohyblivou mužskou reprodukční buňku. Z pylu se stává pylová láčka, která tvoří nepohyblivé bičíkovité spermie. Připojují se k vajíčku. Z vytvořené zygoty vyroste semeno. Šiška dřevnatí a otevírá se a uvolňuje semena k dalšímu množení. Po celou tu dobu jsou však semena bezbranná vůči nepříznivým podmínkám prostředí.

Angiospermy dovedly proces pohlavního rozmnožování téměř k dokonalosti. Vegetativní buňka se prodlužuje a stává se z ní pylová láčka. Roste a dostává se do embryonálního vaku. Generativní buňka je rozdělena na 2 nepohyblivé spermie. Jeden z nich se spojí s vajíčkem a vytvoří zygotu. Druhá se spojuje s centrální buňkou a dále tvoří endosperm. Tento proces se nazývá dvojité oplodnění. Na rozdíl od nahosemenných je semeno dále chráněno před nepříznivými vlivy mohutným oplodím.

V tomto pořadí se objevily známé rostliny. Pořadí jejich vzniku je znázorněno ve formě stromu, který se nazývá fylogenetický.

Fylogenetický strom rostlinného světa

Antropogenní vliv na rostliny

Jak si pamatujete z minulé lekce, antropogenní faktory prostředí jsou dopady člověka na životní prostředí. Na vývoj rostlin má bohužel vliv nejen konkurence, která vede ke zlepšení, ale také negativní vliv člověka, který vede k ničení druhů a narušování životního prostředí.

Proces nárazu probíhá ve čtyřech směrech:

1. Snížení druhové diverzity. Lidstvo kácí lesy, v důsledku čehož ubývá nejen stromů, ale i těch rostlin, které rostly pod jejich korunami. Toxický odpad zabíjí rostliny, které žijí v blízkosti továren a silnic. To vede k úplné změně rostlinného společenství. Lesy jsou nahrazovány kulturními rostlinami, mezi kterými se tak aktivní koloběh látek nevyskytuje. To se týká nejen rostlin, ale i lesních zvířat.
2. Vymezení rostlinných společenstev. Mezi komunitami se vytvářejí bariéry, což vede k oddělené evoluci malých skupin. V důsledku takového samostatného vývoje se velké taxony dělí na malé. Jednoduchý příklad: položení silnice uprostřed rostlinného společenství. Rostliny se přestanou vzájemně ovlivňovat: konkurovat si, rozmnožovat se. Nakonec mohou úplně ztratit kontakt.
3. Asociace rostlinných společenstev. Tento proces jde úplně jiným směrem. Díky ničení bariér a pohybu lidí se mohou rostlinná společenstva sjednocovat a sbližovat. Například v Polsku se objevili potomci příbuzných, ale odlišných druhů: modřín polský a modřín evropský.
4. Vzhled rostlin na kontaminovaných stanovištích. V důsledku znečištění se mění stanoviště a spolu s ním i rostlinná společenstva. V Kanadě byly v blízkosti kontaminovaných oblastí registrovány mutantní formy borůvek.

Negativní dopad antropogenního znečištění je zřejmý. V tomto případě se rozlišují tři třídy interakce mezi znečištěním a rostlinnými společenstvy:

1. Nízká úroveň znečištění. Rostliny jsou schopny takové znečištění absorbovat a čistit atmosférický vzduch. Dopad na rostlinná společenstva není patrný.
2. Průměrná úroveň znečištění. Rovnováha ve společnosti je narušena. Rostliny onemocní častěji, protože jejich imunita klesá. Struktura komunity se mění.
3. Vysoká úroveň znečištění. Existuje vysoká úroveň úhynu rostlin. Komunita se okamžitě zjednoduší.

Existují typy, podle kterých lze posuzovat úroveň znečištění životního prostředí. Metoda se nazývá bioindikace. Používají se především lišejníky. Pak se bioindikace stává indikací lišejníků. Jsou obzvláště citlivé na škodlivé vlivy, takže i při nízké úrovni znečištění hromadně hynou.

Odolné druhy se používají k čištění atmosférického vzduchu. Mezi tyto druhy patří topol a modřín.

Aby se zabránilo smrti rostlin, lidé organizují zvláště chráněné přírodní oblasti:

1. Rezervovat. Zemědělská činnost je na území rezervace zakázána. Konstruovat lze pouze objekty vědecko-výzkumného a výletního charakteru. Příklady: přírodní rezervace Altaj, přírodní rezervace Ussuri.
2. Rezervovat. Na území rezervace je možná hospodářská činnost, která nepoškozuje chráněné objekty životního prostředí. Příklady: rezerva Jaroslavl, rezerva Saratov.
3. Národní přírodní park. Na území národního přírodního parku je v omezeném rozsahu povolena hospodářská činnost. Příklady: Národní přírodní park Taganay, Národní přírodní park Zyuratkul.
4. Botanická zahrada. V botanické zahradě jsou chovány vzácné rostliny.

Lidé také vedou Červenou knihu – sbírku ohrožených živých organismů. Vznikl proto, aby upozornil na problém vymírání druhů v důsledku antropogenního vlivu na životní prostředí. První červená kniha byla vydána v roce 1966.

Kromě červené knihy existují také černé a zelené knihy. Černá kniha obsahuje seznam již vyhynulých organismů, které lidstvo nestihlo zachránit.

Zelená kniha je dokument, který popisuje významná rostlinná společenstva.

MOSKVA, 19. února – RIA Novosti. Paleontologové z Velké Británie našli důkazy, že první suchozemské rostliny na Zemi se objevily asi před 500 miliony let, tedy o sto milionů let dříve než předchozí výpočty, uvádí článek publikovaný v časopise PNAS.

„Výskyt rostlin na povrchu Země radikálně změnil její klima a vzhled, výrazně urychlil erozi půdy a hornin a prudce snížil množství skleníkových plynů v atmosféře, což vedlo k ochlazení klimatu a dalším změnám. Ukázali jsme, že se to stalo uprostřed období kambria, ve stejné době, kdy se objevili první suchozemští živočichové,“ říká Jennifer Morris z University of Bristol (UK).

Vědci se dnes domnívají, že první stromy se objevily v období středního devonu, přibližně před 400 miliony let. Jejich vzhled dramaticky změnil vzhled celé planety, učinil ji „zelenou“, naplnil její atmosféru obrovským množstvím kyslíku a také dal vzniknout mnoha novým druhům zvířat, včetně suchozemského hmyzu a hub, které se živí výhradně rostlinnou biomasou.

Jak tyto první stromy vypadaly, zůstává pro paleontology záhadou – je známo jen malé množství „zkamenělých lesů“, speciálního typu sedimentu z této doby, ve kterém se zachovaly plnohodnotné kmeny a kořenové systémy těchto stromů, které skončily pod zemí kvůli erupcím popela nebo lávy. Jejich studie ukazuje, že šlo o velmi bizarní objekty, v nichž roli listů hrála speciální fotosyntetická kůra a vzhledem připomínaly zakrslé stromy moderní tundry.

Relativně nedávno začali vědci o této myšlence pochybovat. Například před dvěma lety geologové našli důkazy o tom, že první houby se na souši objevily před 440–460 miliony let a jen stěží by na zemi mohly existovat samy o sobě, bez pomoci rostlin nebo jiných zdrojů organické hmoty, které musel jíst.

Morris a její kolegové ukázali, že první primitivní rostliny se objevily téměř o 100 milionů let dříve, než naznačují fosilie, a to kombinací dat z vykopávek a genetického stromu evoluce nejprimitivnějších rostlin, které dnes na Zemi existují.

Takový přístup, jak vědci vysvětlují, nám umožňuje odstranit hlavní problém, který dříve bránil genetikům i paleontologům vypočítat přesný čas výskytu rostlin – nedostatek jakýchkoli údajů o tom, kteří zástupci flóry – cévnaté rostliny, jaterní rostliny neboli pravé mechy – objevily se jako první na Zemi.

Ani genetika, ani analýza fosilií nemohou na tuto otázku odpovědět samy o sobě – ​​to je ztíženo malým počtem známých stop starých rostlin a srovnání DNA hovoří ve prospěch všech tří možností původu flóry v závislosti na tom, které soubory primitivních rostlin se porovnávali genetici.

Když Morris a její kolegové spojili tato data, byli schopni získat nečekanou odpověď na tuto otázku – mechy a jejich nejbližší příbuzní byli první, kdo dosáhli Země, což se stalo přibližně před 514-506 miliony let. První cévnaté rostliny, které zahrnují všechny moderní i starověké stromy, se na Zemi objevily asi před 440 miliony let, což je asi o 40 milionů let dříve, než se dosud myslelo.

Taková hodnocení, jak vědci vysvětlují, radikálně mění celý obraz o vývoji života na Zemi. Za prvé, říkají, že zvířata a rostliny opustily primární oceán Země téměř současně, a ne jeden po druhém, jak dříve věřili paleontologové. Za druhé, tento objev naznačuje, že k velkým klimatickým změnám a ochlazení nedošlo v období karbonu, v době maximální prosperity flóry, ale mnohem dříve.

To vše by se podle Morrisové a jejích kolegů mělo vzít v úvahu při studiu toho, jak se suchozemská flóra a fauna vzájemně ovlivňovaly evoluci a jak by jejich interakce mohly vést k masovému vymírání a dalším katastrofickým událostem.