Как появились первые растения на Земле?
400 миллионов лет назад большую часть поверхности Земли занимали моря и океаны. Первые живые орга низмы появились в воде. Они были похожи на микроскопические комочки слизи. Через несколько миллионов лет у некоторых живых организмов появилась зелёная окраска. Они стали похожи на водоросли.
Климатические условия способствовали росту и широкому расселению водорослей. Со временем изменялись поверхность земли и дно океанов. Поднимались новые материки, уходили под воду возникшие раньше. Земная кора колебалась. Это приводило к тому, что на месте морей возникала суша.
Отступая, морская вода задерживалась во впадинах. Впадины то пересыхали, то вновь заполнялись водой во время приливов. Водоросли, которые раньше обитали на дне морей, оказались на земной поверхности. Но так, как иссушение происходило медленно и постепенно, то они успели за это время приспособиться к обитанию в назем ных условиях. Ведь этот процесс также занял миллио ны лет.
Климат в это время установился на земном шаре влажный и тёплый. Он благоприятствовал переходу рас тений от водного образа жизни к существованию на суше. Эти условия жизни на Суше вызвали усложнение строения растений. Строение древних водорослей изме ни л ось. От них возникли первые земные растения ПСИЛОФИТЫ. Псилофиты напоминали небольшие травянистые растения, которые росли по берегам рек и озёр. Они имели стебель, который был покрыт щетинками. Подземная часть стебля напоминала корневище. Но самого корня у псилофитов, как и у водорослей, не было.
От псилофитов произошли мхи и папоротники. А сами псилофиты позднее полностью вымерли. Произошло это 300 миллионов лет назад.
Влажный климат и обилие воды способствовали быстрому размножению на Земле папоротникообразных растений - папоротников, хвощей, плаунов. Но в конце каменноугольного периода климат Земли начал повсеместно меняться, становиться суше и холоднее. Гигантские древовидные папоротники начали умирать. Погибшие растения постепенно сгнивали и превращались в каменный уголь. Этим углём позднее люди отапливали свои жилища.
При размножении у папоротников образовывались на листьях и лежали открыто семена. Отсюда позднее возникло научное название ГОЛОСЕМЕННЫЕ РАСТЕНИЯ. От гигантских папоротников произошли современные сосны, ели, пихты, которые считаются голосеменными растениями.
С похолоданием климата древние папоротники окончательно вымерли. При прорастании в холодной почве их нежные ростки замерзали. На смену их пришли семенные папоротники, которые считаются первыми голосеменными растениями. Эти растения оказались более приспособленными к жизни в условиях сухого и прохладного климата, который сменил влажный и тёплый каменноугольный период. Процесс размножения у них перестал зависеть от наличия воды во внешней среде.
130 миллионов лет назад на Земле появились травы и кустарники, у которых семена были хорошо защищены плодами. Поэтому их назвали ПОКРЫТОСЕМЕННЫЕ РАСТЕНИЯ. Вот уже 60 миллионов лет покрытосеменные растения господствуют на Земле.
Органы растений, которые сформировались в эти времена, существенно не изменились и по сегодняшний день.
Нам, современникам, совсем немного известно о первых представителях растительного мира. К сожалению, и их ископаемых остатков найдено мало. Однако ученые, используя окаменелые отпечатки, оставленные древними растениями, все же восстановили их внешний вид, а также рассмотрели особенности строения растений, ставших первыми
Наука, которая изучает особенности строения и жизнедеятельности ископаемых растений, носит название «палеоботаника». Именно палеоботаники занимаются поисками ответов на вопросы происхождения растительного мира.
Классификация споровых растений
Первые растения на Земле размножались с помощью спор. Среди современных представителей флоры также есть споровые растения. Согласно классификации, все они объединены в одну группу - «высшие споровые растения». Они представлены Риниофитами, Зостерофилофитами, Тримсрофитами, Псилотофитами, Бриофитами (Мохообразные), Ликоподиофитами (Плауновидные), Эквизетофитами (Хвощевидные) и Полиподиофитами (Папоротникообразные). Среди этих отделов первые три являются полностью вымершими, а в составе других есть как вымершие, так и ныне существующие группы.
Риниофиты - первые растения суши
Первыми наземными растениями были представители флоры, освоившие Землю примерно 450 млн. лет назад. Произрастали они вблизи различных водоемов или на местах мелководья, для которых было характерно периодическое подтапливание и подсыхание.
У всех растений, освоивших сушу, имеется общий признак. Это разделение тела на две части - надземную и подземную. Такое строение было характерно и для Риниофитов.
Остатки древних растений впервые были обнаружены во второй половине XIX века на территории современной Канады. Но по невыясненным причинам эта находка не заинтересовала специалистов-ботаников. А в 1912 вблизи шотландского села Райни местный сельский доктор нашел еще несколько окаменелых растений. Он не знал, что держит в руках остатки первых наземных обитателей, но, будучи весьма любознательным, решил досконально изучить интересную находку. Сделав срез, он обнаружил хорошо сохранившиеся остатки растений. Стебель был очень тонкий, голый, а к нему прикреплялись продолговатой формы отростки (похожие на вытянутые шарики) с очень толстыми стенками. Информация о находке быстро дошла до палеоботаников, которые и выяснили, что найденные остатки являются первыми наземными растениями. Были сомнения относительно названия этих древних остатков. Но в результате решили пойти по самому простому пойти и нарекли Риниофитами по названию села, около которого их обнаружили.
Особенности строения
Внешнее строение Риниофитов очень примитивно. Тело разветвлялось по дихотомическому типу, то есть на две части. Листьев и настоящих корней они еще не имели. Прикрепление к почве осуществлялось с помощью ризоидов. Что касается внутреннего строения, то оно, напротив, было достаточно сложным, особенно по сравнению с водорослями. Так, имела устьичный аппарат, с помощью которого осуществлялись процессы газообмена и испарения воды. Вследствие отсутствия у них первые растения на Земле были относительно небольшими по высоте (не более 50 см) и диаметру стебля (около 0,5 см).
Палеоботаники полагают, что все современные наземные растения произошли от Риниофитов.
Псилофиты - первые наземные растения. Верно ли это?
Скорее нет, чем да. Название «псилофиты» действительно фигурировало еще в 1859 году. Это американский палеоботаник Даусон назвал так одно из найденных растений. Он выбрал именно этот вариант, так как в переводе данное слово означает "голое растение". Вплоть до начала XX века Псилофитами назывался род древнейших растений. Но по результатам последующих ревизий этот род перестал существовать, и применение этого названия стало неправомочным. На данный момент наиболее полно описанный род Риния дает название всему отделу древнейших представителей наземной флоры. Следовательно, первыми наземными растениями были Риниофиты.
Типичные представители первых наземных растений
Предположительно, первыми наземными растениями были куксония и риния.
Одним из самых древних представителей флоры была куксония, которая имела вид небольшого кустика высотой не более 7 см. Благоприятной средой произрастания для нее были болотные низменности. Окаменелые остатки куксонии и родственных ей видов найдены на территории Чехии, Соединенных Штатов Америки и в некоторых областях Западной Сибири.
Близкая по родству, риния гораздо лучше изучена, чем куксония. Ее тело было более массивным: в высоту растение могло достигать 50 см, а диаметр стебля - 5 мм. На конце стебля ринии находился купол, в котором были споры.
Древние представители рода Риния дали начало многим растениям тропиков и субтропиков. Согласно современной классификации, их объединяют в отдел Псилофиты. Он весьма немногочисленный, ведь включает в себя около 20 видов. По некоторым признакам они очень похожи на своих древних предков. В частности, и те, и другие имеют дихотомическое ветвление. Примерный рост Псилофитов составляет от 25 до 40 см.
Современные находки
До недавних пор палеонтологи находили в отложениях старше 425 миллионов лет лишь остатки примитивных трилетных спор с гладкой оболочкой. Такие находки обнаружены на территории Турции. Их относят к верхнему ордовику. Найденные экземпляры не могли пролить свет на информацию о времени возникновения сосудистых растений, так как были единичны и по ним было совершенно непонятно, каким же конкретно представителям растительного вида принадлежали гладкие споры.
Но не так давно в Саудовской Аравии были обнаружены достоверные остатки трилетных спор с орнаментированной оболочкой. Было определено, что возраст найденных образцов варьируется от 444 до 450 млн. лет.
Расцвет сосудистых растений после оледенения
Во второй половине ордовика нынешняя Саудовская Аравия и Турция составляли северную часть суперконтинента видимо, и было первоначальной территорией обитания сосудистых растений. Длительный исторический период они обитали только в своей «эволюционной колыбели», тогда как планету заселяли представители примитивных моховидных со своими криптоспорами. Скорее всего, массовое расселение сосудистых растений началось после великого оледенения, произошедшего на рубеже ордовика и силура.
Теломная теория
В ходе изучения Риниофитов появилась так называемая теломная теория, которую создал немецкий ботаник Циммерманн. В ней раскрывались особенности строения Риниофитов, которые к тому времени были признаны первыми наземными растениями. Были Циммерманом показаны и предполагаемые пути становления важных вегетативных и репродуктивных органов высших растений.
По мнению немецкого ученого, тело Риниофитов состояло из радиально-симметричных осей, конечные веточки которых Циммерман назвал теломами (от греч. telos - "конец").
Эволюционным путем теломы, претерпев многочисленные изменения, стали основными органами высших растений: стеблями, листьями, корнями, спорофиллами.
Итак, теперь можно однозначно ответить на вопрос «Как назывались первые наземные растения?». Сегодня ответ очевиден. Это были Риниофиты. Они первыми выбрались на поверхность Земли и стали прародителями представителей современной флоры, несмотря на то что их внешнее и внутреннее строение было примитивно.
400 миллионов лет назад огромную часть земной поверхности нашей планеты занимали моря и океаны. Первые живые организмы возникли в водной среде. Они представляли собой частички слизи. Спустя несколько миллионов лет у этих примитивных микроорганизмов появился зеленый окрас. По внешнему виду они стали походить на водоросли.
Растения в каменноугольный период
Климатические условия благоприятно воздействовали на рост и размножение водорослей. С течением времени изменениям подвергались поверхность земли и дно океанов. Возникали новые материки, старые же исчезали под водой. Земная кора активно изменялась. Эти процессы привели к тому, что на месте земной поверхности появлялась вода.
Отступая, морская вода попадала в расщелины, впадины. Они, то пересыхали, то снова наполнялись водой. В результате те водоросли, которые находились на морском дне, постепенно перебрались на земную поверхность. Но так как процесс иссушения происходил очень медленно, то за это время они приспособились к новым условиям обитания на земле. Это процесс происходил на протяжении миллиона лет.
Климат в то время был очень влажный и теплый. Он способствовал переходу растений от морской жизни к наземной. Эволюция приводила к усложнению строения различных растений, менялись также и древние водоросли. Они дали начало развитию новым земным растениям – псилофитам. По внешнему виду они напоминали маленькие растения, которые размещались около берегов озер рек. Они обладали стеблем, который был покрыт мелкими щетинками. Но, как и у водорослей, у псилофитов не было корневой системы.
Растения в условиях нового климата
От псилофитов произошли папоротники. Сами псилофиты 300 миллионов лет назад прекратили свое существование.
Влажный климат и большое количество воды привели к быстрому распространению разных растений – папоротников, хвощей, плаунов. Конец каменноугольного периода ознаменовался сменой климата: он стал более сухим и холодным. Огромные папоротники начали вымирать. Остатки мертвых растений гнили и превращались в каменный уголь, которым затем люди обогревали свои жилища.
У папоротников на листьях лежали семена, которые получили название голосеменных растений. От гигантских папоротников произошли современные сосны, ели, пихты, которые называют голосеменными растениями.
С изменением климата исчезли древние папоротники. Холодный климат губил их нежные ростки. Их заменили семенные папоротники, которые называют первыми голосеменными растениями. Эти растения отлично приспособились к новым условиям сухого и холодного климата. У этого вида растений процесс размножения не зависел от воды, которая находится во внешней среде.
130 миллионов лет назад на Земле возникли различные кустарники и травы, семена которых находились в поверхности плодов. Их назвали покрытосеменными растениями. На протяжении 60 миллионов лет покрытосеменные растения живут на нашей планете. Эти растения практически не изменились с тех пор и до наших дней.
Первые представители флоры появились на планете более 2 млрд лет назад, в эпоху, которую исследователи называют архей. Рассмотрим самые древние растения на Земле - как они выглядели и какую роль сыграли в эволюционном процессе.
Эпоха архея
Этот период отделен от нас миллиардами лет, поэтому данные о том, какие живые организмы существовали в ту пору, очень условны и нередко носят характер гипотез. У ученых мало материала для исследования, поскольку представители этого древнейшего времени не оставили после себя никаких следов. В эту геологическую эпоху в атмосфере кислорода еще не было, поэтому выжить могли лишь те организмы, которые в нем не нуждались. Особенности растительного мира эпохи архея таковы:
- Самыми древними растениями на Земле принято считать сине-зеленые водоросли, о том, что они уже существовали, свидетельствуют органические вещества - мрамор, известняк.
- Позднее появились колониальные водоросли.
- Следующий этап развития флоры - появление фотосинтезирующих организмов. Они поглощали из атмосферы углекислый газ и выделяли кислород.
Можно сделать вывод, что водоросли - самые древние растения Земли, их роль была более чем существенной: именно эти крохотные представители флоры сумели наполнить атмосферу кислородом, необходимым для жизни и дали возможность дальнейшей эволюции. Живые организмы смогли покинуть море и перебраться на сушу.
Протерозой
Следующий этап развития самых древних растений на Земле - эра протерозойская, именно тогда зародились многие разновидности водорослей:
- красные;
- бурые;
- зеленые.
Именно в эту эпоху произошло четкое разделение организмов на растения и животные. Первые могли синтезировать кислород, вторые же этой способностью не обладали.
Палеозой
Самые древние растения на Земле - морские водоросли, именно им мы обязаны появлением атмосферы, насыщенной кислородом. Они сделали наш мир пригодным для жизни. В двух первых периодах палеозоя флора была представлена исключительно водорослями, но постепенно появлялись и иные растения:
- В период силура образовались споровые растения. Появилась почва, поэтому они смогли произрастать на суше.
- В делур возникли риниофиты - простейшие представители фауны.
- Далее появляются плауны и прапапоротники, голосеменные.
- В период карбона зарождаются хвощеподобные, папоротники.
На планете появляются первые леса из огромных хвощей, папоротников и плаунов. В каменноугольный период наивысшего расцвета достигают плауны и каламиты, которые нередко возвышались на 30-40 метров над поверхностью земли. Постепенно отмирая, растения эти образовывали запасы каменного угля, которые человечество использует по сей день. Самые древние растения на Земле сыграли важнейшую роль, подарив нам ценное полезное ископаемое. Без угля развитие промышленности было бы невозможным.
В пермский период образуются некоторые хвойные виды.
Выход растений на сушу: особенности процесса
Самыми древними растениями на Земле, которые покинули водную стихию и перебрались на сушу, как полагают исследователи, были водоросли и лишайники. Они не оставили после себя каких-либо следов и об их существовании выводы делаются лишь по косвенным признакам:
- Образование горных пород. Данный процесс возможен лишь при участии живых организмов.
- Процесс почвообразования в воде идти не мог - это свидетельствует о том, что растения уже выбрались на поверхность земли.
- Сейчас водоросли, похожие на ископаемых, на суше встречаются в виде налета на камнях и древесной коре, в условиях повышенной важности. Поэтому исследователи предполагают, что в древние периоды они также могли приспособиться к жизни вне моря.
В более поздние периоды палеозоя появляются наземные растения, которые до наших дней не дошли. Сохранились лишь их окаменевшие споры. Они очень похожи на споры печеночников, современных растений, родственных мхам. Можно сделать вывод, что самые древние растения на Земле - мхи, хвощи же «вышли» из моря и освоились на суше в период позднего палеозоя.
Первые леса
Первые представители флоры предпочитали селиться во влажных местах, поэтому папоротниковые леса нередко утопали в воде. Древнейшие леса представляли собой мелководные водоемы, похожие на болота, но лишенные торфяного слоя. Именно здесь и произрастали гигантские папоротники. Такая экосистема нередко именуется лесом-водоемом.
Первые голосеменные
Самые древние растения на Земле размножались спорами, которые были очень уязвимы и могли погибнуть в неблагоприятных условиях среды. Поэтому появление голосеменных стало важнейшим шагом на пути эволюции. Семена обладали рядом преимуществ перед спорами:
- они имели запас питательного вещества;
- могли пережить неблагоприятные условия;
- не боялись воздействия УФ-лучей и высыхания;
Мезозой
В это время происходят важнейшие процессы:
- формирование материков;
- зарождение озер и морей;
- изменения климата.
Растительный мир также претерпевает существенные изменения: гигантские папоротники и плауны вымирают, распространение получают голосеменные хвойные деревья. Отпечатки растений с признаками характерными для покрытосеменных были обнаружены в пластах раннего мелового и юрского периода. Это были примитивные и малочисленные формы. Широкое распространение покрытосеменные получили в среднем меле, около ста миллионов лет назад. Однако уже к концу периода они стали доминирующей формой растительной жизни на Земле. Растительный мир становился все более похожим на привычный нам.
Особенности флоры эпохи мезозоя таковы:
- Появление сосудов у растений, функциями которых было проведение воды и питательных веществ.
- Образуется орган размножения - цветок. Благодаря опылению насекомыми цветковые растения быстро распространились по материкам.
- Появляются предшественники современных кипарисов, сосен.
Мы рассмотрели, какие растения самые древние на Земле, проследили основные пути эволюционного развития флоры по геологическим эпохам. Несмотря на то, что первые водоросли не оставили после себя каких-либо следов, их роль огромна: они смогли наполнить атмосферу планеты кислородом и сделали возможным выход живых организмов на сушу.
Растительный мир по мере своего развития полностью изменил облик планеты. Самые древние растения на планете могли на протяжении длительного времени выживать исключительно у кромки воды, а также в болотистой местности, так как в те времена суша была непригодна для жизни.
Древнейшие растения на Земле стали появляться примерно 450 млн. лет назад. До этого времени растительный мир был представлен исключительно водорослями разных видов. В настоящее время не существует данных, как именно выглядели первые водные растения, так как их окаменелости не дошли до наших дней. Многие ученые предполагают, что некоторые современные водные растения, отличающиеся примитивным строением, могли походить на своих древних предков. В силурийском периоде помимо обширных океанов также имелась и суша, которая не была приспособлена к жизни. Все дело в том, что почвы в то время еще не было, ведь вся суша была покрыта камнями, раскаленными на солнце.
Не предрасполагала к появлению жизни и атмосфера, которая существенно отличалась от современной, так как озоновый слой в то время был незначительным и пропускал большую часть ультрафиолетовых лучей. Однако именно растения древнего мира смогли первыми выбраться на сушу, но лишь у кромки воды. Существуют причины, почему древние растения смогли выбираться на сушу: на протяжении многих миллионов лет, когда в океане уже существовала жизнь, в прибрежную зону выбрасывались водоросли и тела примитивных животных, которые удобряли ее.
Первичные сухопутные формы растений появились в силурийском периоде, они были крайне примитивными. Первыми древними растениями, выбравшимися на поверхность земли, считаются риниоофиты. К этому виду древних растений относились куксонии, псилофит, ринни, хлорнео-фита, строение которых уже хорошо изучено в настоящее время. Риниоофиты были крайне распространенным организмами, так как их окаменевшие остатки были обнаружены в западной Сибири, Чехии, США, Шотландии и некоторых других частях света. Считается, что на протяжении длительного времени эти растения начинали произрастать среди камней, которые им были опорой. Они тянулись стеблями вверх и имели луковичные формы на концах веточек, которые продуцировали споры.
Первые растения, которые смогли выбраться на сушу, были всего 15 см в высоту. Они не имели ни корней, ни листьев, но при этом тянулись в вверх, что позволяло получить им необходимое количество солнечного света. Риниоофиты были покрыты восковой пленкой, которая защищала растения от потери влаги. У этих растений не было многих органов и тканей, присущих современным растениям. Эти растения размножались спорами, что позволяло им расселиться по всей прибрежной зоне.
Со временем растительные формы становились более разнообразными. Вслед за луковичными формами растений появились лишайники и мхи. Данные формы растений были более приспособлены к жизни на суше. Эти живые существа были способны выделять специальные вещества, которые разрушали даже прочные породы, что способствовало формированию грунта. Именно лишайники и мхи подготовили близлежащие территории у береговой линии для того, чтобы новые более развитые формы растений могли появиться на земле. У этих растений еще не было настоящих корней, но были элементы, напоминающие листья, а также сформированная сосудистая система. Некоторые современные примитивные мхи и лишайники имеют значительное сходство со своими далекими предками. Эти растения имели многие черты, присущие высшим растениям. В позднем силурийском периоде эволюция наземных растений значительно ускорила шаг, так как начали появляться плауновидные и папоротниковые.
Оба эти вида растений уже приобрели все органы, присущие современным растениям. Плауновидные растения обладали корнями и быстро разрастались в леса, так как в то время на планете установился тропический климат и обширные территории были заняты болотами. Существовало множество видом плауновидных растений, причем некоторые из них имели жесткие стволы, которые делали эти растения похожими на современные деревья, в то время как другие виды относились к вьющимся. Эти растения длительное время господствовали на земле и в каменноугольном периоде некоторые разновидности плауновидных достигали 46 м в высоту, а ствол их примерно 1,8 м в диаметре.
Папоротниковые растения делили жизненное пространство с плауновидными. Древние папоротники, начиная с девонской и палеозойской эры, достигали огромных размеров. Они достигали более 30 м в длину и имели на верхушке ствола огромный зонтик из листьев. Эти растения могли процветать только в болотистой местности и теплом климате, ведь они размножались жгутиковыми спермиями, для которых необходима вода.
Вплоть до конца каменноугольного периода разные виды плауновых и папоротниковых растений властвовали на планете, производя невероятное количество кислорода. Эти растения длительное время были преуспевающими, пока не началось стремительно снижение влажности, из-за чего у этих видов возникли проблемы с размножением. На смену этим растениям пришли голосеменные и цветковые виды.
На протяжении многих миллионов лет растения развивались, постоянно претерпевая изменения, и приспосабливались. В настоящее время не существует точных данных касательно внешнего вида древнейших форм растений, ведь в руках ученых есть не так много свидетельств их присутствия на планете.