השלבים העיקריים של האבולוציה של עולם הצומח. התיאוריה של מקור הצמחים. שלבי התפתחות של עולם הצומח

הופעת אצות חד-תאיות ורב-תאיות, הופעת פוטוסינתזה: הופעת צמחים ביבשה (פסילופיטים, טחבים, שרכים, גימנוספרמים, אנגיוספירמים).

התפתחות צוֹמֵחַהתקיים בשני שלבים והוא קשור להופעת תחתון ו צמחים גבוהים יותר. על פי הטקסונומיה החדשה, אצות מסווגות כנמוכות יותר (וקודם לכן הן סווגו כחיידקים, פטריות וחזזיות. כעת הן מופרדות לממלכות עצמאיות), וטחבים, שרכים, ג'מנוספרמים ואנגיוספרמים מסווגים כגבוהים יותר.

באבולוציה של אורגניזמים נמוכים יותר, נבדלות 2 תקופות, הנבדלות זו מזו באופן משמעותי בארגון התא. במהלך תקופה אחת שלטו אורגניזמים הדומים לחיידקים ואצות כחולות-ירקות. לתאים של צורות חיים אלו לא היו אברונים אופייניים (מיטוכונדריה, כלורופלסטים, מנגנון גולגי וכו') גרעין התא לא הוגבל על ידי הממברנה הגרעינית (זהו סוג פרוקריוטי של ארגון תאי). התקופה השנייה הייתה קשורה למעבר של צמחים נמוכים יותר (אצות) לסוג אוטוטרופי של תזונה ועם היווצרות תא עם כל האברונים האופייניים (זהו סוג אוקריוטי של ארגון תאי, שנשמר בשלבים הבאים בפיתוח של עולם הצומח והחי). ניתן לכנות תקופה זו תקופת הדומיננטיות של אצות ירוקות, חד-תאיות, קולוניאליות ורב-תאיות. הפשוטות מבין הרב-תאיות הן אצות חוטיות (ulotrix), אשר אין להן הסתעפות כלשהי של גופן. הגוף שלהם הוא שרשרת ארוכה של תאים בודדים. אצות רב-תאיות אחרות מנותקות על ידי מספר רב של צמחים, ולכן גופן מסתעף (בחרה, בפוקוס).

אצות רב-תאיות, בשל פעילותן האוטוטרופית (הפוטוסינתטית), התפתחו בכיוון של הגדלת פני הגוף לספיגה טובה יותר חומרים מזיניםמהסביבה המימית ו אנרגיה סולארית. לאצות יש צורת רבייה מתקדמת יותר - רבייה מינית, שבה תחילתו של דור חדש ניתנת על ידי זיגוטה דיפלואידית (2n), המשלבת את התורשה של 2 צורות הוריות.

השלב האבולוציוני השני של התפתחות הצמח חייב להיות קשור למעבר ההדרגתי שלהם מאורח חיים מימי לאורח חיים יבשתי. האורגניזמים היבשתיים העיקריים היו פסילופיטים, שנשמרו כמאובנים במרבצי הסילורי והדבון. מבנה הצמחים הללו מורכב יותר בהשוואה לאצות: א) היו להם איברים מיוחדים להצמדה למצע - קני שורש; ב) איברים דמויי גזע עם עץ מוקף באסט; ג) יסודות של רקמות מוליכות; ד) אפידרמיס עם סטומטה.

החל מפסילופיטים, יש צורך להתחקות אחר 2 קווי התפתחות של צמחים גבוהים, שאחד מהם מיוצג על ידי בריאופיטים, והשני על ידי שרכים, ג'מנוספרמים ואנגיוספרמים.

הדבר העיקרי המאפיין את הבראופיטים הוא הדומיננטיות של הגמטופיט על פני הספורופיט במחזור ההתפתחות האינדיבידואלי שלהם. הגמטופיט הוא הכל צמח ירוקבעל יכולת האכלה עצמית. הספורופיט מיוצג על ידי קופסה (פשת קוקיה) והוא תלוי לחלוטין בגמטופיט לצורך תזונתו. הדומיננטיות של הגמטופיט חובב הלחות בטחבים בתנאים של אורח חיים אוויר-קרקע התבררה כלא הולמת, לכן, טחבים הפכו לענף מיוחד של האבולוציה של צמחים גבוהים וטרם יצרו קבוצות צמחים מושלמות. זה הוקל גם על ידי העובדה שלגמטופיט, בהשוואה לספורופיט, הייתה תורשת ארוחת ערב (מערכת הפלואידית (1n) של כרומוזומים). קו זה באבולוציה של צמחים גבוהים נקרא גמטופיט.

קו האבולוציה השני בדרך מהפסילופיטים לאנגיוספרמים הוא ספורופיטי, מכיוון שבשרכים, ג'מנוספרמים ואנגיוספרמים, הספורופיט שולט במחזור התפתחות הצמח הפרטני. זהו צמח בעל שורש, גזע, עלים, איברים של נבגים (בשרכים) או פרי (באנגיוספרמים). לתאים ספורופיטים יש קבוצה דיפלואידית של כרומוזומים, בגלל הם מתפתחים מזיגוטה דיפלואידית. הגמטופיט מופחת מאוד ומותאם רק ליצירת תאי נבט זכריים ונקביים. בצמחים פורחים, הגמטופיט הנשי מיוצג על ידי שק העובר, המכיל את הביצה. הגמטופיט הזכרי נוצר על ידי נביטה של ​​אבקה. הוא מורכב מתא צומח אחד ותא מחולל אחד. כאשר אבקה נובטת מתא יצירתי, נוצרים 2 זרעונים. 2 תאי נבט זכריים אלו מעורבים בהפריה כפולה באנגיוספרמים. ביצית מופרית מולידה דור חדש של צמחים - הספורופיט. התקדמות האנגיוספרמים נובעת משיפור תפקוד הרבייה.

1. אילו מחלקות בממלכת הצמחים אתה מכיר? 2. אילו צמחים נמוכים יותר? מה ההבדל ביניהם מהגבוהים יותר? 3. איזו קבוצת צמחים שולטת כיום בכוכב הלכת שלנו?

שיטות לחקר צמחים עתיקים

תמונת ההתפתחות ההיסטורית של החיים מתחילתם ועד ימינו נעזרת בפליאונטולוגיה (מהמילים היווניות "פאלאיוס" - עתיק, "הוא/ונטוס" - הוויה ו"לוגוס") - מדע האורגניזמים שנכחדו, של השינוי שלהם בזמן ובמרחב.

אחת החטיבות של הפלאונטולוגיה - פליאובוטניקה - חוקרת את שרידי המאובנים של צמחים עתיקים שנשתמרו בשכבות של מרבצים גיאולוגיים. הוכח שבמשך מאות שנים השתנה הרכב המינים של קהילות הצמחים. מינים רבים של צמחים גוועו, אחרים באו להחליף אותם. לפעמים הצמחים נקלעו לתנאים כאלה (בביצה, מתחת לשכבת סלע שהתמוטט) שללא גישה לחמצן, הם לא נרקבו, אלא היו רוויים במינרלים. הייתה התאבנות. עצים מאובנים נמצאים לעתים קרובות במכרות פחם. הם נשמרים כל כך טוב שאפשר ללמוד את המבנה הפנימי שלהם. לפעמים נשארות טביעות על סלעים מוצקים, לפיהם ניתן לשפוט את המראה של אורגניזמים מאובנים עתיקים. נבגים ואבקה המצויים בסלעי משקע יכולים לומר הרבה למדענים. באמצעות שיטות מיוחדות, ניתן לקבוע את גילם של צמחי מאובנים, הרכב המינים שלהם.

שינוי והתפתחות של עולם הצומח

שרידים מאובנים של צמחים מעידים שבימי קדם הצמחייה של הפלנטה שלנו הייתה שונה לחלוטין ממה שהיא עכשיו.

בשכבות העתיקות ביותר של קרום כדור הארץ, לא ניתן למצוא סימנים של אורגניזמים חיים. שרידים של אורגניזמים פרימיטיביים נמצאים במרבצים מאוחרים יותר. ככל שהשכבה צעירה יותר, כך מוצאים אורגניזמים מורכבים יותר, שהופכים דומים יותר ויותר למודרניים.

לפני מיליוני שנים רבות לא היו חיים על פני כדור הארץ. ואז הופיעו האורגניזמים הפרימיטיביים הראשונים, שהשתנו בהדרגה, השתנו, ופנו את מקומם לחדשים, מורכבים יותר.

בתהליך של פיתוח ארוך, צמחים רבים על פני כדור הארץ נעלמו ללא עקבות, אחרים השתנו ללא הכר. לכן, קשה מאוד לשחזר לחלוטין את ההיסטוריה של התפתחות עולם הצמחים. אבל מדענים כבר הוכיחו זאת נופים מודרנייםצמחים התפתחו מצורות עתיקות יותר.

השלבים העיקריים בהתפתחות עולם הצומח

חקר השכבות העתיקות ביותר של קרום כדור הארץ, הדפסים ומאובנים של צמחים ובעלי חיים שחיו בעבר, ומחקרים רבים אחרים אפשרו לקבוע שכדור הארץ נוצר לפני יותר מ-5 מיליארד שנים.

היצורים החיים הראשונים הופיעו במים לפני כ-3.5-4 מיליארד שנים. האורגניזמים החד-תאיים הפשוטים ביותר היו דומים מבחינה מבנית לחיידקים. עדיין לא היה להם גרעין נפרד, אבל הייתה להם מערכת מטבולית ויכולת רבייה. למזון הם השתמשו בחומרים אורגניים ומינרלים המומסים במי האוקיינוס ​​הראשוני. בהדרגה, מאגרי החומרים המזינים באוקיינוס ​​הראשוני החלו להתרוקן. בין התאים החל המאבק על מזון. בתנאים אלו, חלק מהתאים פיתחו פיגמנט ירוק - כלורופיל, והם הסתגלו להשתמש באנרגיית אור השמש כדי להמיר מים ופחמן דו חמצני למזון. כך נוצרה הפוטוסינתזה, כלומר תהליך היווצרותם של חומרים אורגניים מחומרים אנאורגניים באמצעות אנרגיית אור. עם הופעת הפוטוסינתזה החל להצטבר חמצן באטמוספירה. הרכב האוויר החל להתקרב בהדרגה למודרני, כלומר כלל בעיקר חנקן, חמצן וכמות קטנה של פחמן דו חמצני. אווירה כזו תרמה לפיתוח צורות חיים מתקדמות יותר.

הופעת אצות

מהאורגניזמים החד-תאיים הפשוטים ביותר המסוגלים לבצע פוטוסינתזה, מקורם של אצות חד-תאיות. אצות חד-תאיות הן אבותיה של ממלכת הצמחים הירוקים. לצד צורות צפות בין האצות, הופיעו גם אלו המחוברות לקרקעית. אורח חיים זה הוביל לפירוק הגוף לחלקים: חלקם משמשים להצמדה למצע, אחרים מבצעים פוטוסינתזה. בחלק מהאצות הירוקות, זה הושג הודות לתא ענק מרובה גרעינים, המחולק לחלקים דמויי עלה ושורשים. עם זאת, התברר כמבטיח יותר לחלק את הגוף הרב-תאי לחלקים המבצעים פונקציות שונות.

להופעת הרבייה המינית באצות הייתה חשיבות רבה להמשך התפתחותם של צמחים. רבייה מינית תרמה לשונות של אורגניזמים ולרכישת תכונות חדשות על ידם, מה שסייע להם להסתגל לתנאי חיים חדשים.

יציאה של צמחים לקרקע

פני היבשות וקרקעית האוקיינוס ​​השתנו עם הזמן. יבשות חדשות קמו, הישנות נכנסו מתחת למים. עקב תנודות קרום כדור הארץ הופיעה אדמה יבשה במקום הימים. המחקר של שרידי מאובנים מראה שגם הצומח של כדור הארץ השתנה.

המעבר של צמחים לאורח חיים יבשתי, ככל הנראה, היה קשור לקיומם של שטחי אדמה שהוצפו מעת לעת ומשוחררים ממים. הייבוש של אזורים אלה התרחש בהדרגה. כמה אצות החלו לפתח התאמות לחיים מחוץ למים.

באותה תקופה היה בעולם אקלים לח וחם. החל המעבר של כמה צמחים מאורח חיים מימי לקרקע. באצות רב-תאיות עתיקות, המבנה הסתבך בהדרגה, והן הולידו את צמחי האדמה הראשונים.

אחד מצמחי האדמה הראשונים היו קרנפים שגדלו לאורך גדות מאגרי מים, למשל ריניה. הם היו קיימים לפני 420-400 מיליון שנים, ואז גוועו.

מבנה הקרנפים עדיין דמה למבנה של אצות רב-תאיות: לא היו גבעולים, עלים, שורשים אמיתיים, הם הגיעו לגובה של כ-25 ס"מ. לריניופיטים הייתה צורה דמוית עץ. ריזואידים, בעזרתם הוצמדו לאדמה, ספגו ממנה מים ומלחי מינרלים. יחד עם הדמיון של שורשים, גזע ומערכת הולכה פרימיטיבית, לקרנפיטים הייתה רקמה של מרכיבים שהגנה עליהם מפני התייבשות. הם התרבו על ידי נבגים.

מקורם של צמחי נבגים גבוהים יותר

טחבי מועדונים עתיקים, זנב סוסים ושרכים, וככל הנראה, טחבים, שכבר היו להם גבעולים, עלים, שורשים, מקורם בצמחים דמויי רינופיט. אלה היו צמחי נבגים אופייניים, הם הגיעו לשיא פריחתם לפני כ-300 מיליון שנה, כשהאקלים היה חם ולח, מה שהעדיף את הצמיחה והרבייה של שרכים, זנב סוס וטחבי מועדון. עם זאת, יציאתם ליבשה והפרידה מהסביבה המימית עדיין לא היו סופיות. במהלך רבייה מינית, צמחי נבגים דורשים סביבה מימית להפריה.

פיתוח צמחי זרעים

בסוף הפחמן, האקלים של כדור הארץ נעשה יבש וקר יותר כמעט בכל מקום. שרכי עצים, זנב סוסים וטחבי מועדים גוועו בהדרגה. הופיעו ג'מנוספרמים פרימיטיביים - צאצאים של כמה שרכים עתיקים.

תנאי החיים המשיכו להשתנות. היכן שהאקלים נעשה חמור יותר, הג'מנוספרמים העתיקים גוועו בהדרגה. הם הוחלפו בצמחים מתקדמים יותר - אורן, אשוח, אשוח.

צמחים המופצים על ידי זרעים מותאמים טוב יותר לחיים ביבשה מאשר צמחים המופצים על ידי נבגים. זאת בשל העובדה כי אפשרות ההפריה בהם אינה תלויה בנוכחות מים בסביבה החיצונית. העליונות של צמחי זרעים על פני צמחי נבגים התבררה במיוחד כאשר האקלים נעשה פחות לח.

אנגיוספרמים הופיעו על פני כדור הארץ לפני כ-130 מיליון שנה.

האנגיוספרמים הוכיחו שהם המותאמים ביותר לחיים בצמחי יבשה. רק לאנגיוספרמים יש פרחים; הזרעים שלהם מתפתחים בתוך הפרי ומוגנים על ידי הפריקארפ. אנגיוספרמים התפשטו במהירות ברחבי כדור הארץ וכבשו את כל בתי הגידול האפשריים. במשך יותר מ-60 מיליון שנה אנגיוספריםלשלוט בכדור הארץ.

לאחר שהסתגלו לתנאי קיום שונים, האנגיוספרמים יצרו כיסוי צמחי מגוון של כדור הארץ מעצים, שיחים ועשבים.

מושגים חדשים

פָּלֵאוֹנטוֹלוֹגִיָה. PALEOBOTANY. rhiniophytes

ענה על השאלות

1. על סמך אילו נתונים ניתן לטעון שעולם הצמחים התפתח והפך מורכב יותר בהדרגה? 2. היכן הופיעו האורגניזמים החיים הראשונים? 3. מה הייתה המשמעות של הופעת הפוטוסינתזה? 4. בהשפעת אילו תנאים עברו צמחים עתיקים מאורח חיים מימי לאורח חיים יבשתי? 5. אילו צמחים עתיקים הולידו שרכים, ואילו - גימנוספרמים? 6. מה היתרון של צמחי זרע על פני נבגים? 7. השוו גימנוספרמים ואנגיוספרמים. אילו תכונות מבניות סיפקו יתרון לאנגיוספרמים?

משימות לעבודה עצמאית

בקיץ, חקור גדות נהר תלולות, מדרונות של נקיקים עמוקים, מחצבות, פיסות פחם, אבן גיר. מצא אורגניזמים עתיקים מאובנים או את עקבותיהם. שרטט אותם. נסו לקבוע לאילו אורגניזמים עתיקים הם שייכים.

חומר נוסף

הטבעה העתיקה ביותר של פרחי הצמח נמצאה במדינת קולורדו (ארה"ב) בשנת 1953. הצמח נראה כמו עץ ​​דקל. גיל ההטבעה הוא 65 מיליון שנים.

כמה צורות של אנגיוספרים עתיקים: צפצפה, אלונים, ערבות, אקליפטוסים, עצי דקל - שרדו עד היום.

פליאונטולוגיה היא המדע של שרידי מאובנים של צמחים ובעלי חיים.

פליאובוטניקה היא ענף בפלאונטולוגיה החוקר את שרידי המאובנים של צמחים שנמצאו בשכבות גיאולוגיות.

צמחים מתים נפלו לעתים לסביבה אנוקסית (ביצות, שכבות אדמה ממוטטות), שם הם לא נרקבו, אלא היו רוויים במינרלים ויצרו מאובנים (ראה איור 1).

אורז. 1. צמחים מאובנים

סלעים מוקשים עשויים להשאיר טביעות שמעבירות היטב מראה חיצוניאורגניזמים שנכחדו (ראה איור 2).

אורז. 2 טביעות צמחים

שימוש בשיטות מיוחדות לקביעת גילם של צמחי מאובנים.

בימי קדם, הצומח של כדור הארץ היה שונה מההווה. במרבצים העתיקים ביותר אין סימני חיים, במאוחרים נמצאים שרידים של אורגניזמים פרימיטיביים (ראה איור 3).

עידן מוצא החיים נחשב לעידן הארכאאי, בו נוצרו התנאים למקור החיים (טמפרטורה רגילה, מים).

אורז. 3. סטרומטוליט (קהילת חיידקים מאובנת)

ככל שהשכבה צעירה יותר, כך מוצאים בה אורגניזמים מורכבים יותר. בתהליך ההתפתחות ההיסטורית, צמחים רבים מתו, אחרים השתנו מאוד.

הסלעים הגיאולוגיים העתיקים ביותר של כדור הארץ נוצרו לפני כ-4 מיליארד שנים. אבל לא ברור כמה שנים ארכה היווצרותם.

האורגניזמים החיים הראשונים הופיעו במים לפני כ-3.5 - 4 מיליארד שנים. האורגניזמים הפשוטים ביותר היו חיידקים (ראה איור 4), לא היה להם גרעין משלהם, אבל הייתה להם יכולת חילוף חומרים והתרבות.

אורז. 4. תא חיידקי

למזון הם השתמשו בחומרים אורגניים ומינרלים המומסים באוקיינוס. בהדרגה ירדה כמות החומר האורגני באוקיינוס, והופיעה פוטוסינתזה.

תקופה זו נקראת משבר החיים הראשון, שנוצר עקב מחסור בחומר אורגני. משבר החיים השני קשור לרוויה של האטמוספירה בחמצן, וכתוצאה מכך מתו רוב החיידקים האנוקסיים, והתאים ששרדו החלו להשתמש בחמצן לתהליכים המטבוליים שלהם.

פוטוסינתזה היא תהליך של יצירת חומרים אורגניים מפחמן דו חמצני ומים באמצעות אנרגיית אור. עם הופעתו החל להצטבר חמצן באטמוספירה. בהדרגה, הרכב האוויר החל להתקרב לזה המודרני. אווירה כזו תרמה לפיתוח צורות חיים מתקדמות יותר.

הופיעו האיקריוטים הראשונים (ראה איור 5). לתאים שלהם היה גרעין אמיתי ומיטוכונדריה, פלסטידים.

אורז. 5. תא איקריוטי

הופיעו אצות חד-תאיות. אחד העתיקים ביותר - ציאנובקטריה (אצה כחולה-ירוקה) - אורגניזמים פרוקריוטיים.

ישנן קבוצות רבות של אצות אוקריוטיות. אצות חד-תאיות הן אבותיה של ממלכת הצמחים הירוקים. בין אצות רב-תאיות, לצד אלו הצפות, הופיעו גם צורות תחתית (פוקוס, אצות). אורח חיים זה הוביל לחלוקת הצמח לחלקים: חלקם משמשים להצמדה למצע, אחרים - לפוטוסינתזה.

באצות התעוררה רבייה מינית שהובילה לעלייה בשונות ולהופעתם של תכונות חדשות שלעיתים סייעו להסתגל לתנאי הסביבה המשתנים.

עם הזמן, פני היבשות וקרקעית האוקיינוס ​​השתנו. בשל התנודות של קרום כדור הארץ, אדמה יבשה עלולה להופיע במקום הים.

המעבר של צמחים לאורח חיים יבשתי היה קשור בקיומם של שטחי אדמה שהוצפו מעת לעת במים ומשוחררים מהם. ניקוז אתרים התרחש בהדרגה, וחלק מהאצות החלו לפתח הסתגלות לאורח חיים יבשתי. והאצות הרב-תאיות הקדומות הולידו צמחים גבוהים יותר.

התאמות צמחים לחיים ביבשה:

• הופעת רקמה מכנית
• הופעת רקמה מוליכה
• הופעת סטומטה על העלים
• יכולת לאגור מים
• רבייה מפסיקה בהדרגה להיות קשורה למים (בגימנוספרמים ובאנגיוספרמים)

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

1. ביולוגיה. חיידקים, פטריות, צמחים. כיתה ו': ספר לימוד. לחינוך כללי מוסדות / V.V. כוורן. - מהדורה 14, סטריאוטיפ. - M.: Bustard, 2011. - 304 p.: ill.
2. Tikhonova E.T., Romanova N.I. ביולוגיה, 6. - מ.: מילה רוסית.
3. Isaeva T.A., Romanova N.I. ביולוגיה, 6. - מ.: מילה רוסית.

1. O-planete.ru ().
2. Beaplanet.ru ().
3. Bio.fizteh.ru ().

שיעורי בית

1. ביולוגיה. חיידקים, פטריות, צמחים. כיתה ו': ספר לימוד. לחינוך כללי מוסדות / V.V. כוורן. - מהדורה 14, סטריאוטיפ. - M.: Bustard, 2011. - 304 p.: ill. - עם. 288, מטלות ושאלות 1, 2 ().
2. כיצד השפיעה הפוטוסינתזה על התפתחות הצמח?
3. תאר את התהליך שבו צמחים מגיחים אל היבשה.
4. * מה אתה חושב, האם החיים לא יכולים להגיע לנחיתה, אלא להישאר בפנים סביבה מימית? איך היא תיראה אז? נמק את התשובה.

כדור הארץ נוצר - לפני יותר מ-5 מיליארד שנים. ישנם חמישה שלבים באבולוציה של עולם הצומח. היצורים החיים הראשונים הופיעו - לפני 3.5 - 4 מיליארד שנים במים. במבנה, הם היו דומים לחיידקים. למזון נעשה שימוש בחומרים אורגניים ומינרלים המומסים במים, שהמלאי שלהם התרוקן בהדרגה וכלורופיל הופיע בחלק מהתאים, מה שהוביל להופעתו של תהליך הפוטוסינתזה. אצות חד-תאיות התפתחו מפרוטוזואה עתיקה. בין האצות מופיעות מחוברות לקרקעית, מה שהוביל לפירוק הגוף לחלקים: חלקן משמשות להתקשרות, אחרות מבצעות תהליך של פוטוסינתזה.

מערכת דבונית: צמחים הצליחו להתרחק משפת המים ועד מהרה צמחו שטחי אדמה נרחבים ביערות קדומים צפופים. מספר צמחי כלי הדם המגוונים גדל. הופיעו גליקופיטים נבגים (אזובי טחב) וזנב סוס, חלקם התפתחו לעצים אמיתיים בגובה 38 מ'.

מערכת פרמית: יערות של שרכים זרעים גדולים, glossopteris, התפשטו על פני שטחי האדמה הדרומיים. עצי המחט הראשונים הופיעו, אכלסו במהירות את אזורי היבשה והגבעות. התבטאות שררה בקרב צמחים יבשתיים - שרכים כדוריים, ג'מנוספרמים.