Т. А. Козлова, В. И. Сивоглазов
Споровые растения
Мхи. Плауны. Хвощи. Папоротники
Предисловие
Растения, о которых рассказывается в этой небольшой книжке, — мхи, плауны, хвощи и папоротники — знакомы многим из вас. Вы можете видеть их в лесу и в парках, а также в классных комнатах или дома, в разных общественных помещениях.
И вероятно, каждый раз, сравнивая эти красивые, живописные растения с другими, рядом растущими и цветущими, многие из вас испытывали удивление и любопытство. Возникало желание узнать, почему же среди легких, ажурных или среди крупных, раскидистых резных листьев нет ни одного, хотя бы совсем маленького, цветка. Но сколько бы мы ни разглядывали и ни изучали эти несколько таинственные привлекательные растения, цветков не обнаружим.
Мхи, плауны, хвощи и папоротники — представители большой и особой группы очень древних растений — споровых. У этих растений, в отличие от покрытосеменных (цветковых), никогда не формируются цветочные почки, не раскрываются цветки и не созревают плоды и семена.
Однако если бы в очень далеком прошлом Земли не возникли и не распространились споровые растения, то сейчас не украшали бы нашу планету их потомки — замечательные цветковые растения, которые произрастают в самых разных природных условиях всех климатических зон.
Споровые растения, представляя собой один из этапов эволюции растительного мира Земли, помогают нам понять, какой была наша планета на протяжении палеозойской и практически всей мезозойской эры. Это было время господства споровых растений. И только в конце мезозоя возникли эволюционные потомки споровых — первые, еще плохо развитые цветковые растения, которые потом на протяжении кайнозойской эры завоевали всю нашу планету.
Споровые, заселив не только увлажненные участки суши, но и некоторые водоемы, благополучно продолжают существовать практически во всех природных системах.
Отдел Моховидные, или Мхи
(Bryophyta)
Общая характеристика мхов
Вероятно, вы согласитесь с тем, что когда мы говорим о мхах, то чаще всего представляем невысокие зеленые кустики, растущие на болотах рядом с краснеющими ягодами клюквы или в сумрачном, тенистом лесу с сырой почвой.
Мхи распространены повсюду, кроме морей и очень засоленных почв. Сплошными коврами они покрывают почву в тундрах, хвойных лесах и на болотах. Некоторые виды мхов в процессе эволюции успешно приспособились к существованию на дне водоемов. Мелкие мхи могут поселяться на коре деревьев, на камнях, даже на песчаной почве, образуя плотные дернинки, похожие на живописный зеленый бархат, который в любое время года не теряет своей свежей привлекательной окраски.
Мхи могут выживать после сильных морозов и засухи, но растут и размножаются только при наличии тепла и влаги.
Доказано происхождение мхов от потомков прибрежных водорослей. Давным-давно самые древние мхи «перебрались» на сушу из водной среды, которая была колыбелью жизни на Земле. Но не они стали прямыми предками сухопутных растений. Некоторые ботаники иронично называют мхи черновым наброском природы, считая эту ветвь эволюционной схемы развития мира растений тупиковой.
Не являясь основной, магистральной линией развития растительного мира на Земле, современные мхи, численность которых составляет примерно 25 тыс. видов, занимают и прочно сохраняют особое место в природе, оказывают заметное воздействие на среду обитания многих других растений и животных.
Почти все моховидные являются многолетними травянистыми растениями, только несколько их видов относятся к однолетним.
Строение мхов довольно простое. Листостебельные мхи состоят из стебельков, покрытых мелкими листочками. Стебельки отсутствуют у мхов, которые относятся к классу печеночников, большинство их видов имеют таллом, или слоевище.
Моховидные, как самостоятельный отдел высших растений, резко отличаются от представителей других отделов высших растений (споровых, цветковых и голосеменных) тем, что тело и листостебельных мхов, и слоевищных представляет собой половое поколение, называемое гаметофитом.
О том, что такое гаметофит и какова его роль в жизненном цикле растений, вы уже узнали из учебника «Биология. 7 класс. Многообразие живых организмов».
Еще одной интересной особенностью отличаются моховидные от своих растительных собратьев, проявляющейся в том, что гаметофит как половое поколение и спорофит как бесполое составляют единое целое растение. Спорофит тесно связан с гаметофитом, развивается на нем, получая от него питательные вещества.
Где же располагается спорофит? Рассматривая хорошо развитый экземпляр мха любого вида, мы можем заметить небольшие коробочки, которые на тонких ножках возвышаются над растением.
Коробочка и ножка, нижняя, обычно расширенная часть которой внедряется в ткань гаметофита, — это и есть спорофит, который у моховидных называется спорогоном. У разных видов мхов коробочки отличаются формой и размером.
При созревании спор коробочка вскрывается, и споры высыпаются наружу и рассеиваются ветром. Причем способы раскрытия спороносных коробочек у каждого вида мха свои.
Большинство моховидных имеют размеры от 1 мм до нескольких сантиметров. Обычно высота наземных мхов не превышает 15–20 см; есть виды, побеги которых вырастают до 60 см и более. И только побеги водяных мхов из рода Фонтиналис (Fontinalis), которые растут в проточной воде, иногда могут иметь стебли длиной до 90 см.
Фонтиналис
Низкорослость большинства видов моховидных не случайна — воду из почвы мхи добывают с определенными трудностями, потому что у них отсутствуют настоящие корни.
Всасывание воды и прикрепление к почве (или к какому-либо субстрату: камням, коре и др.) у мхов осуществляется с помощью корнеобразных выростов — ризоидов.
Стебельки и листочки тоже могут поглощать влагу из окружающей среды.
Прорастая на влажной почве, споры сначала дают первичную нить мха, которая имеет название протонема. У некоторых видов мхов споры начинают прорастать уже в коробочке. Разрастаясь, протонема образует уже взрослое растение — гаметофит. Ученые-ботаники называют протонему «юношеской фазой развития гаметофита».
Основная функция протонемы — массовое образование гаметофитов, которые создают густые моховые дернинки; с помощью протонемы может осуществляться вегетативное размножение мхов.
Очень интересное явление наблюдается у некоторых видов мхов, протонемы которых остаются на протяжении всей жизни гаметофитов. Например, постоянная протонема мха схистостега перистая обладает удивительным таинственным свойством — ночным свечением. Мхи этого вида обильно произрастают в горах Средней Европы, где в расщелинах скал и в пещерах с наступлением темноты наблюдается завораживающее волшебное свечение.
И до тех пор, пока ученые не разгадали причину такого любопытного и завораживающего явления, оно порождало массу легенд, сказок и предрассудков о волшебниках и гномах, которые охраняют удивительные, зачарованные сокровища, недоступные людям.
Ученые сначала предположили, что свечение протонемы этого вида мха обусловлено фосфоресценцией, но нет, молекул фосфора не обнаружили, тщательные исследования выявили, что свечение обусловлено особым строением пластинчатых структур протонемы, состоящих из линзовидных клеток с выпуклой передней и воронковидной задней стенкой.
В задних углах таких клеток размещено 4–6 хлоропластов. Пластинчатые структуры с такими интересными клетками направлены против падающего света, лучи которого, преломляясь сферической передней стенкой клеток, направляются на хлоропласты. Проходя сквозь хлоропласт и отражаясь задней стенкой, солнечные лучи приобретают зеленоватое свечение, которое в темноте воспринимается как таинственные переливающиеся огоньки.
