VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Благодаря исследованиям в Королевских Ботанических садах Кью, который был построен в Великобритании на берегах Темзы, можно изучить, как растения впервые обосновались на суше, заложив тем самым основу для всех растений. Годом основания можно считать 1759 год, но Сады Кью появились еще задолго, в 1670 году лордом Генри Кейпелом. Затем, в течение веков Сад расширялся, перестраивался. И теперь составляет около 130 Га. В Кью происходили огромные работы и исследования по изучению различных растений в разных климатических условиях. Всё это позволяет нам узнать и даже увидеть развитие и многообразие голосеменных и покрытосеменных растений в эволюции[1].       

Не смотря на то, что тропический лес составляет всего 2% всей нашей планеты, в тропическом лесу можно найти различные виды растений всех периодов истории эволюции. В течение всей истории тропические леса давали защиту многим растениям своим многообразием от суровых условий среды. Многие виды сохранились еще до наших времен, и в Кью стараются размножать и поддерживать их, - например, саговник[3] (пальма), представителями данного растения питались динозавры.

Первыми растениями были водоросли. Позже они стали выходить из рек и болот, чтобы расти на влажных берегах. В процессе эволюции, благодаря адаптации к наземному существованию, примерно 480 - 360 млн. лет назад появились мхи, коих насчитывают сегодня около 30 тысяч видов. Еще позже, растения стали более стойкими, утвердились на более сухой почве, стали видоизменяться и стремиться расти вверх к Солнцу - это были хвощи и папоротники. Благодаря этому, животные тоже вышли на сушу и стали эволюционировать вслед за растениями. Растения, вышедшие на сушу, обогащали Землю кислородом, а животных пищей. Не смотря на то, что у растений в тот период покров стал более жестким, стала образовывать кровеносная система, всё же им необходимо было огромное количество воды для размножения. Только семенные папоротники или птеридоспермы, стали размножаться посредством семян, и они стали прародителями покрытосеменных растений. Но эти растений вымерли, и появились голосеменные растения[2].

Растениям нужно было размножаться и распространять семена, пыльцу с одного растения на другое для оплодотворения. Представители хвойных деревьев, или голосеменные растения, используют ветер для распространения своей пыльцы. Но для его осуществления необходимо большое количество пыльцы, что оказывает расточительством, и потому эволюция придумала более совершенный способ размножения.  

Знаменитый в истории Чарльз Дарвин задавался вопросом - почему так резко, буквально за короткое время, появилось огромное количество покрытосеменных (цветковых) растений и что на это повлияло. Он посвящал много работ исследованиям биологии; одно время отдавал достаточное пристрастие к растениям вместе с коллегами-ботаниками для разрешения загадки цветов в эволюции, или, как он называл «страшной тайны», ведь это противоречило взгляду с точки зрения эволюции и естественного отбора[4]. 

Различные находки окаменелостей, фитолеймы, и современный анализ ДНК, изменили взгляды и понимание ученых-ботаников. Используя эту информацию, ученым в Кью удалось завершить работу.

 Количество видов растений, примерно 140 миллионов лет назад, резко увеличилось, их эволюция была более постепенной, чем думал Ч.Дарвин. Но цветковые растения стали преобладающей группой значительно быстро. Сегодня они заполняют почти каждый уголок Земли, породили огромное количество видов и семейств. Что же послужило толчком для этого? Во-первых, это приспособления и раздвоение генетического материала, а во-вторых - это взаимодействие и взаимосвязь насекомых и растений. 

Результаты данных обстоятельств можно увидеть в самых первых цветах в истории, а именно - семейство кувшинковых. Разнообразие ярких и разноцветных цветов, которые видоизменились из листьев, привлекали насекомых. Яркие цвета говорили о том, что в них есть очень питательная пыльца. Благодаря тому, что форма цветка образует своего рода простейшую ловушку, насекомые спотыкались и натыкались на органы полового размножения, тем самым, случайно разнося пыльцу с одного цветка на другой. Таким образом, растения заставляли обманом переносить пыльцу на другие цветы.

Затем различные виды растений последовали примеру и порождались разнообразные цветы, каждая из которых имела свой уникальный и яркий цвет, уникальную форму, самый ароматный запах и самый сладкий нектар.

У каждого вида покрытосеменных растений существует своя уникальная история эволюции. Это зависит от того, какие насекомые опыляют растение. Но существует одно семейство цветковых растений, которое довело до совершенства взаимоотношения между  насекомыми и цветами - это орхидеи. Благодаря уникальным взаимоотношениям, орхидеи стало огромное разнообразие, их насчитывают в мире всего 25 000 видов. Орхидеи особенно восхищали и занимали Ч.Дарвина: «Меня особенно сильно заинтересовал катасетум (вид орхидей), как впрочем, и другие экзотические орхидеи. Орхидеи интересуют меня больше всего остального в жизни» 1862г[4].      

Уникальность и оригинальность орхидей состоит в том, что нижняя губа обладает своим, отдельным от листьев, набором ген и может изменяться, когда как все остальные листья могут оставаться прежними. Эта губа похожа на пчелу, что является имитацией пчелой-самкой, и даже вырабатывает запах похожий на феромоны, тем самым привлекая самца. Пчела-самец пытается спариться и таким образом опыляет орхидею. 

Ч.Дарвин особенно любил вид орхидей - катасетум. Он интересен особенностью, тонкостью и сложностью размножения. Этот вид орхидей имеет мужские и женские цветки. Представители мужского пола привлекают только одну пчелу-самку. Она засовывает внутрь цветка свою голову и, выполняя механические движения, невзначай прикрепляет к спине - поллиний - это склеенная пыльца, у которой есть чехол, и через время он отваливается, обнажая комок пыльцы. Затем пчела летит к женскому цветку, также засовывает голову в цветок, оставляя в отверстии комок пыльцы. И таким удивительным образом происходит опыление[5].

Пассифлора (страстоцвет) - очень яркие цветы, что и привлекает опылителей. Но между видом одной бабочки (геликонид) и этим растением существует долгая и непрекращающаяся борьба за существование. Бабочка питается нектаром, тем самым помогая размножаться цветку. Но также бабочка на этом растении откладывает яйца. Вылупившиеся гусеницы питаются листьями данного растения. Молодняк геликонида съедает слишком много листьев, что не понравилось пассифлоре. И поэтому он изобрел способ защиты - яд в листьях. Но гусеницы оказались стойкими к яду, они стали новый способ защиты - ее формы листьев имели вид множества бабочек. Они шевелились на ветру, словно крылья. Это был сигнал для бабочек, что места на растении нет, и поэтому они улетали. Некоторые виды пассифлоры имитируют яйца бабочек на своих листьях, чтобы бабочки думали, что листья уже заняты. А другие виды имитируют яйца маленькими выростами у основании листа[5].

 Эволюционировали растения не только благодаря способам размножения. Из-за более сухой и бедной почвы растениям приходится находить питательные вещества благодаря ловушкам. Они сами питаются насекомыми. Но существует один вид растений, под названием Непентес Лоу, который питается самым необычным способом - экскрементами одного вида животного - тупай. Данное растение имеет крышку и кувшин. На крышке этого растения есть нектар, который работает как слабительное для животного, ускоряя его опорожнение. Тупайя слизывает этот нектар с крышки, стоя прямо над кувшином растения и обогащает его экскрементами[6].

Заключение.

Таким образом, мы видим, что растения эволюционировали не сами по себе, а благодаря взаимодействию с насекомыми и животными. Конкуренция между насекомыми привела не только к размножению и разнообразию многочисленных видов цветов, но также и самих насекомых. Они тоже стали видоизменяться. Благодаря большим глазам, насекомые могли увидеть большие и яркие цветы, мощным крыльям долетать и перелетать с одного растения на другой, и благодаря усовершенствованным ротовым органам доставать труднодоступные репродуктивные органы растений. Таким образом, растения и насекомые совместно развивались, взаимно влияя друг на друга. 

Сегодня покрытосеменные растения насчитывают около 80% видов. Это говорит о том, что они продолжают эволюционировать, приспосабливаться к различным условиям среды. Если раньше растения давали и очищали воздух для нас, то сегодня они научились приносить плоды для людей, а люди научились использовать растения в медицинских целях. Также, мы научились ухаживать за растениями и поддерживать их жизнь. Сколько растений и цветов состоят на грани вымирания, а некоторые даже уже вымерли. А сколько растений осталось еще с древних времен, со времен эры динозавров.

Что может дать нам эта статья? Может быть, благодаря данной статье, мы будем бережней относиться к окружающей среде, понимая всю сложность и гениальность создание природы. Понимая, как трудоемко и тонко работали цветы и животные, они дают нам пример непрестанной и незамедлительной адаптации к окружающей среде и поведению животных. Например, пассифлора - можно увидеть, насколько природа умна, делая всевозможные методы борьбы с вредителями.

Зная, как эволюционировал цветок, мы сможем вырастить новые виды растения и даже семейства. Без растений не было бы эволюции животных и людей, без растений не было бы жизни на Земле.

Библиографический список

1.                        «Королевский ботанический сад в Кью»: в издании Джеффри Ч. Биологическая номенклатура - М.: Мир, 1980. (С. 7)

2.                        Пасечник В.В.»Учебник Биология 6 класс» (c.54-87)

3.                        Русское название таксона - согласно следующему изданию: Шрётер А. И., Панасюк В. А. Словарь названий растений = Dictionary of Plant Names / Межд. союз биол. наук, Нац. к-т биологов России, Всерос. ин-т лек. и ароматич. растений Рос. сельскохоз. академии; Под ред. проф. В. А. Быкова. - Koenigstein: Koeltz Scientific Books, 1999. (С. 229)

4.                        Самин Д. К. 100 великих ученых. - М.: Вече, 2000 (с 50-51)

5.                        Дарвин Чарлз. Сочинения. Том 6. «Опыление орхидей насекомыми. Перекрестное опыление и самоопыление» 1862г. (с.40-48., с.531-533)

6.                        Жизнь растений. В 6 т. - Т. 5. Ч. 2. Цветковые растения / Под ред. А. Л. Тахтаджяна. - М.: Просвещение, 1981.