И размеры, и срок жизни спорофита у мохообразных (за очень редкими исключениями) значительно уступают размерам и срокам жизни гаметофита. У очень и очень многих видов мохообразных спорофит возникает даже не каждый год и далеко не на каждом гаметофите. Более или менее регулярно (именно более или менее) спорофиты образуются максимум у 40% видов мохообразных.
Очень любопытно, что, несмотря на кардинальные различия между гаметофитом мохообразных и спорофитом остальных высших растений, между тем и другим поразительно много сходства и, с другой стороны, поразительно мало сходства между гаметофитом мохообразных и гаметофитом остальных высших растений, равным образом как и между спорофитами обеих групп растений. Самое удивительное и неожиданное, что на стебель и листья расчленены спорофиты всех высших растений (кроме мохообразных) и гаметофиты (а не спорофиты!) мохообразных.
Поскольку в одном случае листья образуются на диплоидном растении, а в другом — на гаплоидном, то совершенно очевидно, что сходство этих листьев в большей мере внешнее, чем основанное на общем или одинаковом происхождении. Возникло даже мнение, что лист мохообразных не должен называться листом. Для него были придуманы специальные термины — «филлоид» или «филлид». Точно так же поступили и со стеблем мохообразных — его назвали осью или каулидом.
И это правильно. Разные органы, хотя и похожие, должны называться по-разному. Другое дело, что в повседневной практике термины «лист» и «стебель» в применении к листьям и стеблям мохообразных вполне исправно служат, не создают никакой путаницы. Вот почему термины «филлоид», «филлид», «ось» и «каулид» не получили широкого распространения, оставшись на страницах чисто теоретических исследований. Но помнить о том, что стебель и листья мохообразных принадлежат гаметофиту, в то время как у всех остальных высших растений — спорофиту, надо всегда.
В силу многих причин, касаться которых пока не будем, гаплоидная линия эволюции, избранная и развитая мохообразными, была невыгодной. Остались отрезанными многие возможные пути эволюционного развития. Прежде всего, мохообразные обречены оставаться мелкими растениями. Это лилипуты растительного мира. Самые крупные из них — австралийские мхи из рода Dawsonia (главным образом, Dawsonia superba) и широко распространенный водный мох Fontinalis antipyretica — не достигают одного метра в длину (или в высоту). Их максимальные размеры не более 70 сантиметров. И это — гиганты среди мохообразных.
С малыми размерами связано и то обстоятельство, о котором упоминает советский ботаник Б. М. Козо-Полянский [1965, с. 72]: «В отличие от папоротникообразных и других типов, мохообразные никогда в истории Земли не играли ведущей роли в растительном покрове: эра мохообразных в истории Земли неизвестна». Поэтому другие растения за мохообразными «не пошли». Они избрали иную — спорофитную (диплоидную) — линию эволюции. Последователей у бриофитов не оказалось. Впрочем, почти не было у них и предшественников. Лишь небольшое число водорослей попробовало пойти тем же путем, что впоследствии был пройден мохообразными. Но в воде, как и на суше, этот путь оказался бесперспективным, и основная масса водорослей по нему не пошла.
В итоге мохообразные — единственный отдел растительного царства, в жизненном цикле представителей которого полно и безраздельно господствует гаметофаза.
Чем своеобразнее, необычнее какое-либо явление, тем легче его охарактеризовать. Мохообразные, как мы видели, побили все рекорды по степени своеобразия. И потому они могут быть охарактеризованы предельно кратко: это высшие растения, в жизненном цикле которых преобладает гаметофаза.
* * *
В большинстве современных систем растительного мира мохообразные рассматриваются как особый отдел Bryophyta в составе высших растений. Во всех системах он идет сразу после псилофитов[3] (ныне часто называемых риниофитами), и именно с него и начинаются современные высшие растения, среди которых мохообразные наиболее примитивны.
Систематику мохообразных рассмотрим позже. Пока же ограничимся данными, необходимыми для того, чтобы дальнейшее изложение было понятным. Отдел мохообразных делится на три класса: антоцеротовые, или «рожкоцветы», — Anthocerotopsida, печеночники — Hepaticopsida, и мхи, или листостебельные мхи, — Bryopsida. В свою очередь класс печеночников делится на два подкласса: маршанциевые — Marchantiidae и юнгерманниевые — Jungermanniidae, а класс листостебельных мхов — на три: сфагновые — Sphagnidae, андреевые — Andreaeidae и бриевые, или зеленые, мхи — Bryidae.
Глава II. Как устроены мохообразные
Мохообразные — небольшие многолетние или реже однолетние растения, талломные (слоевищные) или листостебельные, размножающиеся спорами. Многолетние мохообразные — вечнозеленые: таллом на зиму не отмирает, листья не опадают, и то и другое после периода зимнего покоя весной возобновляет жизнедеятельность. Период же зимнего покоя короче, чем можно было бы думать. Установлено, что многие мхи активно фотосинтезируют под снежным покровом.
Зеленое тело мохообразных, как говорилось выше, гаметофит или гаметофаза. Оно может быть талломным или листостебельным. Таллом — это просто лепешка или лента шириной в несколько миллиметров (максимально до 5 см у южноамериканско-новозеландского печеночника Monoclea forsteri) и длиной в несколько сантиметров, чаще не более 4—6. Максимальную для талломных печеночников длину — до 20 см — имеет все та же Monoclea forsteri. Таллом дихотомически ветвится, что особенно хорошо заметно, когда он имеет форму неширокой ленты. Он всегда стелется и более или менее прижат к субстрату.
Рис. 1. Поперечный срез слоевища печеночника, относящегося к подклассу Маршанциевых, — Mannia brachypoda. Видны воздушные камеры, ассимиляционные нити (не достигающие верхнего слоя клеток клеточные ряды) и продушины в верхнем слое клеток слоевища. Пример довольно сложно устроенного слоевища.
Внутренне строение таллома довольно разнообразно. У одних видов он большей частью состоит из вполне однородных клеток. У других же печеночников из подкласса маршанциевых таллом устроен сложно (рис. 1). Верхняя стенка его образована одним слоем прозрачных клеток. В стенке имеются особые отверстия — продушины или норы, называемые иногда устьицами (но ничего общего с настоящими устьицами не имеющие). Эти продушины ведут в разделенные вертикальными перегородками и заполненные воздухом полости (камеры). Со дна их поднимаются нити, состоящие из хлорофиллоносных клеток. Эти нити называются обычно ассимиляционными или ассимиляторами.
Листостебельное растение мохообразного имеет ряд отличий от остальных листостебельных высших растений.
У всех без исключения бриофитов листья всегда сидячие, не имеют черешка. Пластинка листа прикрепляется непосредственно к стеблю. Она может располагаться перпендикулярно стеблю (подавляющее большинство листостебельных мхов), косо (большинство листостебельных печеночников) и продольно (только один вид из класса листостебельных мхов — Schistostega pennata, относящийся к отдельному монотипному порядку Schistostegales).
Лист устроен довольно разнообразно. Чаще всего он представляет собой однослойную (из одного слоя клеток) пластинку с жилкой или без нее. Форма — от линейной до округлой или даже поперечно-широкой (с шириной, превышающей длину). У листостебельных мхов пластинка листа всегда цельная, у печеночников часто в той или иной степени раздельная. Нередко лист продольно складчатый или поперечно-волнистый.
Поверхность листьев не всегда гладкая. Во многих случаях она «всхолмлена» выступающими частями клеток. В особенности разнообразны по форме, размерам, количеству (на одну клетку) выступы клеточной оболочки — папиллы.
Располагаются листья по стеблю большей частью спирально, и стебель чаще всесторонне облиственный.
У листостебельных печеночников (стебель у них обычно не бывает прямостоячим, в большинстве случаев он вытянут вдоль субстрата) листья располагаются двумя четко выраженными рядами, идущими по бокам стебля. У большинства видов есть, кроме того, и третий ряд листьев, расположенный внизу, на брюшной (обращенной к субстрату) стороне стебля. По форме и размерам эти брюшные листья обычно отличаются от спинных и носят особое название — амфигастрии.
У всех без исключения мохообразных отсутствуют корни. Прикрепление к субстрату (отчасти также поглощение влаги из почвенных растворов) осуществляется с помощью ризоидов. Они представляют собою нити из одного ряда клеток, разделенных косыми перегородками. Это у листостебельных мхов. У печеночников и антоцеротовых ризоиды всего лишь очень сильно вытянутые в длину одиночные клетки.
На гаметофите образуются гаметангии — антеридии и архегонии. И те и другие в принципе устроены одинаково у всех архегониатных растений. Антеридий — удлиненное, несколько мешковидное, у печеночников чаще округлое тело. Он имеет стенку из одного слоя стерильных клеток. Все внутреннее пространство его заполнено материнскими клетками антерозоидов — мужских гамет. При созревании антеридия на его удаленном от места прикрепления конце возникает отверстие, и снабженные каждый двумя жгутиками антерозоиды выходят наружу. Они способны самостоятельно двигаться в водной среде.
