Голосеменные - это самые древние семенные растения нашей планеты. Они сыграли важную роль в развитии живой природы и продолжают занимать значимую позицию в жизни Земли. Хорошо известные нам ель, сосна, пихта, туя, тис или лиственница и малоизвестные вельвичия, сага или гинкго - все это представители группы, именуемой "Голосеменные растения". Строение и размножение их мы и рассмотрим далее в статье.
Происхождение и возраст
Возраст голосеменных - 350 млн лет. Они появились в верхнем девоне (Палеозой) и к началу мезозойской эры уже достигли расцвета. Предположительно их происхождение связывают с постепенной эволюцией споровых - папоротников. По сравнению с ними, новый вид растений уже имел семяпочки и пыльцевые зерна, непосредственно участвовавшие в формировании семени. Налицо был ряд преимуществ, которыми обладали голосеменные:
- размножение происходило без участия воды;
- семенная кожура и запас питательных веществ обеспечивали сохранность проростка.
По этим причинам спустя короткое время зеленый покров планеты уже составляли большей частью голосеменные, строение и размножение которых способствовало успешному освоению новых территорий и экологических ниш.
Особенности строения
В основном названные растения произрастают в форме деревьев и кустарников, чаще - вечнозеленых, и редко - листопадных. Иногда они могут достигать огромных размеров (секвойя, кедр). Листья в подавляющем большинстве у них игловидные либо имеют вид чешуек. Они называются хвоей и содержат смоляные ходы.
Древесина составляет большую часть ствола. В ней содержатся полые омертвевшие клетки с перфорированными стенками - трахеиды. Их наличие - признак, специфичный для этой группы растений. Именно по ним осуществляется восходящий ток воды от корня к листьям.
Помимо трахеид, древесина голосеменных содержит также смоляные ходы. Поэтому представителей растений этой группы легко узнать по душистому хвойному запаху. Смола пропитывает древесину, что препятствует ее загниванию. Благодаря этому, среди хвойных деревьев очень много долгожителей. Например, возраст некоторых секвой насчитывает около 3 тыс. лет.
Наиболее важное эволюционное преимущество, которым обладают голосеменные, - размножение без участия капельной влаги и наличие образований, выполняющих роль органов размножения.
Органы размножения голосеменных растений
Отсутствие цветов - ключевая особенность, которой обладают голосеменные. Размножение этих растений происходит при участии шишек, или стробил. Эти образования легко распознать на сосне, ели, пихте, лиственнице и других представителях хвойных. Их можно назвать органами полового размножения.
Обычно шишки разнополые - они могут быть мужскими и женскими и располагаться либо на одном растении (однодомные), либо на разных (двудомные), отличаясь размерами и окраской.
Мужские шишки называют микростробилами, а женские - мегастробилами. Стробила представляет собой укороченный и видоизмененный побег, на котором располагаются спорофиллы - видоизмененные листья. В микростробилах созревает пыльца. В мегастробилах - семязачатки.
Особенности размножения голосеменных
Обычно процесс размножения голосеменных растений рассматривают на примере сосны обыкновенной. Это однодомное растение, т. е. мужские и женские шишки у него развиваются на одном дереве. Первые из них более крупные, красноватой окраски. Вторые - мелкие, зеленоватые или сизые.
Схема размножения голосеменных растений достаточно проста. Когда в микростробилах созревает пыльца, она высыпается, распространяется ветром и может преодолевать большие расстояния. Для этого каждое пыльцевое зерно снабжено специальными приспособлениями - пыльцевыми мешками. Пылинки попадают на семязачатки, развивающиеся на мегастробилах. Так происходит опыление.
Обычно оно приходится на конец весны или начало лета. Опылившиеся женские шишки смыкаются, их чешуйки склеиваются смолой. Оплодотворение происходит в семязачатках внутри сомкнувшихся шишек.
Как происходит процесс оплодотворения
Внутри семязачатка находится женский гаметофит, или зародышевый мешок, который предварительно проходит несколько стадий созревания. Пыльца попадает на пыльцевход семязачатка, она начинает прорастать в пыльцевую трубку по направлению к архегонию (от греческого arche — "начало", gone — "материнская утроба"). Данное образование содержит в себе яйцеклетку. Всего в семязачатке их развивается два, но оплодотворению подвергается только один.
К тому моменту в пыльцевом зерне уже созрели два спермия и начали продвижение по растущей трубке. Когда один из спермиев достигает яйцеклетки, происходит оплодотворение. Второй спермий при этом отмирает. После слияния двух половых клеток образуется зародыш семени - зигота. Сам же семязачаток преобразуется в семя. Прорастая, оно будет пользоваться запасом питательных веществ.
Именно так происходит размножение голосеменных растений. Схема этого процесса приведена на фотографии.
Созревание и распространение семян
После того как произошло оплодотворение, начинается созревание семени. У сосны обыкновенной оба эти процесса длятся в течение 2 лет. Созревая, шишки одревесневают и меняют окраску. Постепенно их чешуйки размыкаются, и из них высыпаются семена.
Голосеменные растения не образуют плодов. Но для того чтобы распространятся на большие расстояния, семена имеют специальные приспособления - крыловидные пленчатые выросты, легко переносимые ветром.
Численность видов и представители
Описываемая группа насчитывает около 600-700 видов. Не все из них сохранились до наших дней, некоторые представители существуют только в ископаемом виде. Например:
- кордаитовые;
- беннетитовые;
- семенные папоротники.
Остальные представители распространены по всему земному шару и произрастают во всех климатических зонах: от южных тропических (саговые пальмы) до холодных северных широт (кедр, лиственница, ель, сосна).
Самый древний представитель голосеменных, существующий по сей день, - Гинкго Билоба (двулопастное). Это растение названо живым ископаемым, так как оно произрастает на планете с мезозойской эры, о чем свидетельствуют многочисленные отпечатки в отложениях древних горных пород.
Эволюционное развитие
Первые голосеменные, возникшие в Палеозойской эре, обладали целым рядом преимуществ, позволявших им в то время занять доминирующую позицию на планете. Эти эволюционно новые признаки носят название ароморфозов и позволяют выйти на новый уровень в освоении новых территорий и экологических ниш. Выделяют несколько таких особенностей, которыми обладают голосеменные:
- Размножение осуществляется без участия водной среды. Это позволило заселить большие территории на суше.
- Оплодотворение происходит внутри семязачатка и защищено от внешних воздействий - такие особенности размножения голосеменных растений обеспечивают большую сохранность будущего растения.
- Появление семени позволило обеспечить будущий зародыш защитными покровами (семенная кожура) и запасом питания (эндосперм), что, в свою очередь, увеличило численность растений этой группы.
Именно эти черты отличали их от предков - папоротникообразных. Следующим, и на сегодняшний день последним, этапом эволюционного развития растительного мира является появление покрытосеменных растений.
Значение голосеменных
Роль голосеменных растений трудно переоценить. Именно они наполняют около трети лесов земного шара, участвующих в очистке воздуха и постоянном обновлении кислорода. Кроме того, появление и широкое распространение на планете растений, продуцирующих большое количество кислорода, привело к появлению других организмов, способных использовать этот газ в процессе своего дыхания.
Хвойные - основные поставщики древесины для различных сфер жизни человека. Это сырье активно используют в изготовлении мебели, строительстве, производстве судов и в других стратегически важных областях хозяйственной деятельности. Волокна древесины ели особенно ценны при изготовлении высококачественных сортов бумаги.
Голосеменные нашли широкое применение в медицине. Особые вещества - фитонциды, выделяемые практически всеми хвойными деревьями, способны очищать воздух от болезнетворных микробов. По этой причине большинство санаториев и здравниц строят на территории хвойных лесов. Такая терапия способна значительно облегчить или устранить многие легочные заболевания.
