Текст книги "Я познаю мир. Ботаника"

Автор книги: Юлия Касаткина

сообщить о нарушении

Текущая страница: 13 (всего у книги 15 страниц)

Покрытосеменные, или цветковые, растения

Секрет успеха

Покрытосеменные растения появились на Земле около 100–125 млн. лет назад в самом начале мелового периода или даже несколько раньше, во время расцвета динозавров. К середине мела эти «новички» растительного царства уже начали теснить папоротникообразные и голосеменные растения, а сейчас цветковые занимают первое место среди всех прочих растений и по количеству видов, и по биомассе в наземных сообществах. Отдел цветковых включает в себя 235–250 тысяч видов. Для сравнения: папоротников насчитывается всего 12.000 видов, мхов – 9500, плаунов – 1000, голосеменных – 550 видов.

Простое сравнение этих цифр наталкивает на мысль, что цветковые обладают какими–то особенными приспособлениями, которые дают им преимущество перед всеми другими растениями.

Так же как голосеменные, цветковые растения относятся к семенным. Появление семени дало им ощутимое преимущество перед споровыми растениями. Об этих преимуществах мы уже говорили в предыдущей главе. Но помимо семени покрытосеменные приобрели и некоторые другие прогрессивные черты. Часть из них относится к усовершенствованию процесса размножения.

Одна из наиболее уязвимых фаз в жизни растения – период образования семян. Нежные семязачатки при соприкосновении с сухим и теплым воздухом могут легко высохнуть. Именно такой опасности подвергаются семязачатки голосеменных растений, когда чешуи их шишек приоткрываются для того, чтобы произошло опыление. Покрытосеменные растения защищают свое будущее потомство от иссушения и перепадов температур гораздо лучше. Семязачатки у них помещаются не открыто, а под надежной защитой стенок завязи. Дополнительную защиту создают части околоцветника – чашелистики и лепестки.

Схема строения шишки и цветкаСемязачатки (1) голосеменных открыто лежат на чешуях (2) шишки. Семязачатки (1) покрытосеменных находятся внутри завязи (3) пестика (4). Другие части цветка: чашечка (5), цветоложе (6), венчик (7) дополнительно защищают семязачаток, участвуют в привлечении опылителей и образовании плода. При опылении цветковых пыльца (8) попадает на рыльце (9) пестика, поэтому семязачатки не вступают в контакт с окружающей средой

Для многих растений известно, что их цветки закрываются к вечеру, когда становится прохладно, и во время дневного зноя. А лотосу околоцветник позволяет поддерживать повышенную температуру внутри цветка, которая достигает +30–35°С даже при температуре окружающего воздуха равной 10°С. Предполагается, что постоянно высокая температура привлекает к цветам лотоса насекомых–опылителей, ускоряет созревание пыльцы и рыльца пестика и способствует быстрому развитию семязачатков.

Из семязачатка после оплодотворения развивается семя. Покрытосеменные и здесь превзошли голосеменные. У последних семя защищено только семенной кожурой, а у цветковых помимо этого семена дополнительно защищены стенками плода.

В образовании плода всегда принимает участие завязь, часто цветоложе, цветоножка, чашечка и даже столбик пестика. Из завязи цветка вишни формируется всем известный плод, который носит научное название – костянка. И внутренний каменистый слой косточки, и сочная мякоть, и плотная наружная кожица представляют собой разросшуюся стенку завязи. Совсем по–другому устроен плод земляники. Основную его часть составляет сочное разросшееся цветоложе, на поверхности которого видны плодики–орешки. Множество несросшихся плодиков вместе с сочным цветоложем образуют плод – сочный многоорешек, или земляничину. Но как бы разнообразно ни были устроены плоды, все они нужны растению для решения одних и тех же задач: защита семян от высыхания и механических повреждений и их распространение. О том, какие замечательные способы распространения «изобрели» цветковые растения, мы поговорим чуть ниже.

Схема образования плода из цветка земляники (вверху) и вишни (внизу). 1 – семезачатки; 2 – семена; 3 – завязь; 4 – цветоложе; 5 – околоплодник; 6 – чашелистики

Господство покрытосеменных растений нельзя объяснить исключительно совершенством органов размножения. Цветковые отличаются, кроме того, более совершенной проводящей системой, а следовательно, могут быстрее и эффективнее снабжать листья водой и питательными веществами из почвы. Проводящая система покрытосеменных и прочих сосудистых растений отличается примерно так же, как современная водопроводная система и глиняные водопроводы Древнего Рима.

Быстрая подача воды ведет к увеличению скорости дыхания и фотосинтеза, а значит, темпов роста и развития цветковых растений. Действительно, среди всех рассмотренных нами групп растений цветковые – самые скоростные. Вспомните, как быстро появляются из–под снега, зацветают и завязывают плоды растения–первоцветы средней полосы Европейской России: мать–и–мачеха, ветреницы, медуница неясная, гусиный лук – как правило, в начале июня они уже разбрасывают плоды. А растения пустынь Средней Азии, большинство из которых за месяц успевают отцвести и дать семена, чтобы исчезнуть до следующей весны?!

Раз растение получает достаточно воды, оно может «позволить себе» дольше держать устьица открытыми, не боясь погибнуть от жажды. Через открытые устьица в ткани листа поступает кислород и углекислый газ. Растение, которое держит устьица открытыми дольше, получает больше кислорода для дыхания и углекислого газа для фотосинтеза. Значит, увеличивается скорость обмена веществ. А высокий уровень обмена веществ – это быстрые темпы производства органических веществ, высокая скорость роста и развития.

Медуница неясная. Зацветает в начале мая. Сначала появляется цветонос (1) с синими цветами, розовеющими после опыления. После отцветания растение выбрасывает розетку сердцевидных листьев (2)

Вспомните, как медленно растут саговники. Небольшая скорость движения воды в стволе заставляет их постоянно экономить воду и дольше держать устьица закрытыми. Получается, что ради экономии воды растение постоянно сидит на голодном пайке и растет медленно. И рады бы медлительные саговники больше проветривать устьица, да не могут – высохнут. Цветковые растения (пока в почве достаточно воды) могут позволить себе большие расходы воды на испарение и чаще держат устьица открытыми.

Совершенство органов размножения, проводящей системы, высокий уровень обмена веществ дали покрытосеменным возможность расселиться по всей планете и отвоевать у голосеменных и папоротников обширные пространства экваториальных и тропических районов земного шара. Здесь некогда разнообразные и обширные леса из голосеменных и папоротникообразных безоговорочно капитулировали перед натиском цветковых растений. Удерживать свои позиции голосеменные продолжают только в умеренных поясах Евразии и Северной Америки (см. карты на сс. 299, 302). Но кто знает, надолго ли это?..

Жизненные формы

Захватывая всё новые и новые пространства, покрытосеменные сталкивались с большим разнообразием условий существования, и их внешний облик тоже становился все более и более разнообразным. Внешний вид растения отражает условия жизни – это утверждение особенно очевидно, если сравнить водное растение с наземным.

Но и среди наземных форм можно выделить достаточно характерные типы. Деревья, кустарники, кустарнички, травы – все это примеры жизненных форм растений. Жизненная форма закреплена наследственно, другими словами, дерево или кустарник не могут стать травянистыми растениями, так же как трава не может одревеснеть. С другой стороны, жизненная форма древесных растений в зависимости от условий может существенно изменяться. Вспомните наш рассказ о стланике, который в благоприятных условиях растет в виде дерева, а в суровых условиях высокогорья выглядит как кустарник или даже стелется по поверхности почвы. То же самое можно сказать и про лиственные деревья рябину и липу. На улицах города и на лесных опушках рябина приобретает форму невысокого деревца, но под пологом леса ее чаще можно встретить в виде кустарника. Липа может встречаться в форме одноствольного, многоствольного дерева, а в густой тени ельника – даже в виде настоящего кустарника.

Теперь, когда мы разобрались с понятием «жизненная форма», самое время сравнить их разнообразие у разных групп растений. Вы сами без труда можете привести примеры деревьев, кустарников, водных растений и трав у цветковых растений (к кустарничкам относятся невысокие одревесневающие растения, такие как брусника, черника, багульник и т. д.).

А теперь попробуйте привести такие же примеры для голосеменных растений. С деревьями и кустарниками у вас вряд ли будут проблемы, но вспомнить «хвойные травы» или «водные голосеменные» вам вряд ли удастся.

Травы появились на Земле относительно недавно в середине мелового периода и «изобрели» эту жизненную форму именно покрытосеменные растения. Сейчас трудно представить себе лес, в котором под ногами нет травы, но еще 100 млн. лет назад такая картина была обычной. А степи, саванны и альпийские луга тогда вовсе не существовали, они могли появиться только с возникновением травянистых растений.

Но те жизненные формы, которые мы перечислили, еще не дают полной картины разнообразия внешнего строения цветковых растений. Только у покрытосеменных мы встречаем луковичные, суккуленты, растения–подушки и перекати–поле. Среди голосеменных лианы встречаются в виде исключения (гнетум), а у цветковых они принимают самые разнообразные формы – есть древесные, кустарниковые и травянистые лианы.

Лианы

По внешнему виду лианы можно догадаться, что такому растению для нормального развития требуется большое количество света.

Нижняя часть стебля покрыта лишь недоразвитыми листьями – лиана словно отдает все силы росту. Зато, достигнув света, лианы образуют пышную шапку листьев, начинают цвести и плодоносить и разрастаются до того сильно, что могут перебрасываться на другие деревья, достигая длины 200–300 метров (напомним, что самые высокие прямостоячие деревья едва достигают высоты больше 100 м). Если поблизости не оказывается достаточно высоких деревьев, лианы «спускаются» и «ползут» по земле до тех пор, пока не наткнутся на подходящую опору.

Чтобы прочнее закрепиться на опоре, лианы используют различные лазательные приспособления. Шипами и колючками цепляются ротанговые пальмы, ежевика и плетистые розы. Придаточные корни–присоски развиваются у плющей, такие же приспособления можно увидеть на примере некоторых комнатных растений: сциндапсуса и фикуса ползучего. Усики используют виноград, тыква, бобы, фасоль, горох и их многочисленные родственники. Забавные, похожие на пружинки усики лиан на самом деле – видоизмененные листья (бобовые и тыквенные), побеги (пассифлора), а усы винограда – вообще видоизмененные соцветия!

Большая группа вьющихся лиан поднимается по опоре, обвиваясь вокруг нее всем побегом. Оказывается, в мире растений тоже есть правши и левши. Хмель направляет свои побеги преимущественно по часовой стрелке, а некоторые растения–левши закручиваются влево.

Приспособления лиан к удержанию па опоре. 1 – шипы ротанговой пальмы; 2 – корни–прицепки плюща; 3 – лист горошка с черешком, превращенным в усик; 4 – переход от нормального листа к усику у тыквы; 5 – превращение соцветия в усик у винограда; 6 – усик пассифлоры

Девичий виноград

Наиболее обычны и разнообразны лианы в дождевых экваториальных и тропических лесах, где их насчитывается до 2000 видов. В умеренном климате лиан намного меньше, около двухсот видов. Это и понятно: растительность здесь не такая пышная, и конкуренция за свет слабее.

Во влажных тенистых ольшаниках и зарослях ивняка можно встретить уже знакомый нам хмель и бешеный огурец (он действительно родственник «небешеного»), на лугах и пустырях растут вьюнок и повои. Все это – травянистые лианы. Древесные лианы в средней полосе можно встретить только в садах, это: девичий виноград, краснеющий осенью, и некоторые сорта клематиса, лимонник китайский и актинидия, родина которых Дальний Восток. В лесах Кавказа растут дикие древесные лианы: плющи, сассапариль, обвойник.

Повой (слева) и вьюнок (справа)

Суккуленты

Суккуленты (от латинского «succus» – сок) – это растения засушливых районов, способные накапливать в своих тканях много воды и медленно ее расходовать. Это обитатели пустынь Африки, Америки и Австралии – сочные мясистые многолетние растения.

Со многими суккулентами вы хорошо знакомы – это всем известные кактусы и столетники (алое), которые часто разводят на подоконниках. Те из вас, кто бывал на юге, могли видеть агаву. Это мексиканское растение у нас высаживают в ботанических садах или используют как декоративное, но у себя на родине агава – важная сельскохозяйственная культура. Сбраживание сока агавы дают традиционный мексиканский алкогольный напиток пульке, спирт из агавы составляет основу знаменитой текилы. Из волокна агавы делают прочнейшие веревки, канаты, сумки, гамаки, обувь и многое другое. Лучшие ковбойские лассо делались из волокна агав. Индейцы–ацтеки добывали из сока агавы сахар, а из ее волокна бумагу. Само название страны – «Мексика» – в переводе с ацтекского означает «место агавы».

Сейчас трудно найти человека, который бы не знал, как выглядят кактусы, но еще 500 лет назад эти растения не были известны европейцам. Кактусы по происхождению американцы, они стали известны науке спустя несколько лет после плавания Христофора Колумба. Правда, впервые увидев кактусы, ботаники, наверное, не очень удивились, поскольку были знакомы с африканскими молочаями.

Агава

Американский кактус (слева) и кактусовидный молочай из Африки (справа) (Род молочай насчитывает 2000 видов, распространенных на всех материках, кроме Антарктиды.)

На первый взгляд африканские молочаи и американские кактусы похожи друг на друга как братья–близнецы. Да и почему бы им не быть похожими друг на друга, ведь условия африканских саванн, пустынь и нагорий мало чем отличаются от американских: то же палящее солнце, холодные ночи и редкие дожди. И кактусы, и молочаи имеют сходные приспособления к перенесению недостатка влаги, поэтому очень похожи друг на друга. Но, несмотря на внешнее сходство, это совершенно разные растения. Строение цветка, плода, детали внутреннего строения позволяют отнести молочаи и кактусы к двум разным семействам (они так и называются: кактусовые и молочайные). Растения из разных семейств родственны друг другу примерно настолько, насколько человек родственен собаке. Самый простой способ отличить молочаи – убедиться в том, что у поврежденного растения из ранки вытекает густой ядовитый млечный сок, кактусовые таким свойством не обладают.

Суккуленты могут запасать воду в корнях, корневищах (напомним, что это не корни, а видоизмененные подземные стебли!), стеблях и листьях. Количество запасенной воды бывает очень велико: в пустынях Северной Америки крупные кактусы накапливают от 1000 до 3000 л воды. Неудивительно, что такие живые цистерны животные часто используют в качестве источника пресной воды. Часто даже колючки не спасают суккуленты от жаждущих воды животных. Чтобы хоть как–то оградить себя от их посягательств, многие суккуленты (некоторые кактусы и все до единого молочаи) применяют химическую защиту, накапливая в тканях ядовитые вещества. Млечным соком одного из видов африканских молочаев аборигены до сих пор смазывают стрелы.

Корневая система суккулентов должна отвечать одному требованию: как можно эффективнее снабжать растение дефицитной влагой. Казалось бы, для этой цели лучше всего подходит корневая система типа «верблюжья колючка», когда корни уходят в почву на 15–20 метров, достигая водоносных горизонтов. Но многие кактусы придерживаются совсем иной стратегии. Их корневая система расположена у самой поверхности почвы. Это выглядит довольно странно: ведь верхний слой почвы и иссушается сильнее всего. Однако это очень хороший способ перехватить скудную влагу редких дождей, пока она в прямом смысле слова не утекла в песок. Поверхностные корни, густо ветвясь, охватывают значительную площадь – до нескольких десятков квадратных метров. Теперь вы понимаете, почему специалисты–кактусоводы рекомендуют выращивать большинство кактусов в неглубоких широких горшках? У корней суккулентов есть еще одна замечательная особенность: они буквально усеяны зачаточными корешочками, которые дружно пускаются в рост, как только почва смачивается дождем.

Но накопить воду – это полдела, главное, ее сохранить. Для этого все средства хороши. Даже форма стебля имеет значение. У многих кактусов стебель шарообразный – такая форма имеет идеальное отношение объема к площади поверхности: наибольшему объему соответствует наименьшая площадь испарения.

Вот здесь кактусы и сталкиваются с противоречием. С одной стороны, чтобы сократить потери воды, выгодно уменьшить площадь поверхности, но, с другой стороны, при этом сокращается фотосинтезирующая поверхность, а значит, ухудшается питание растения. И так плохо, и этак нехорошо. Кактусы решили эту сложность довольно оригинально: площадь поверхности, необходимую для протекания фотосинтеза, они увеличили за счет появления на стебле ребер и выростов–сосочков; у большинства кактусов стебель не гладкий, а ребристый.

Не надо думать, что все суккуленты – это непременно экзотические растения, пришельцы с далеких континентов. Среди растений наших широт тоже встречаются представители этой экологической группы. В сухих сосновых лесах, у обочин дорог и по обрывам на песчаных почвах часто можно встретить сочные шаровидные розетки молодила и разные виды очитков. Молодило и очитки относятся к группе листовых суккулентов, т. е. запасают воду в листьях.

Молодило – листовой суккулент сухихсосновых лесов

Подушки и побрякушки

Очень необычно выглядят растения–подушки. Со стороны они больше напоминают округлые или плоские камни, заросшие мхом.

Основу такой подушки составляют многочисленные густо ветвящиеся веточки, отходящие от короткого незаметного снаружи ствола. Живые листья располагаются только на поверхности подушки, а весь внутренний каркас может быть заполнен торфяной массой из перегнивших листьев, пронизанной придаточными корнями. Такая плотная подушка может выдержать вес взрослого человека, не изменив формы. Внутри растения–подушки создается особый микроклимат: в пустынях температура внутри подушек ниже, а влажность выше, чем в окружающем воздухе, в холодных местообитаниях, наоборот, внутри подушки теплее и суше, чем снаружи.

Подушковидная форма характерна для многих видов растений высокогорья, пустынь, тундр, арктических и субантарктических островов. Среди растений–подушек есть представители различных семейств цветковых растений: крестоцветные, зонтичные, камнеломковые, гвоздичные, мальвовые, подорожниковые, сложноцветные. Низкая или, наоборот высокая температура и влажность воздуха и почвы, сильные холодные ветры придают им одинаковую форму, наиболее соответствующую суровым климатическим условиям, в которых они растут.

Растение–подушка:1 – общий вид; 2 – схема ветвления

Ветви растений–подушек растут медленно, всего на несколько миллиметров в год. Поэтому карликовые растения могут быть древнее толстых раскидистых деревьев. Какой–нибудь могучий дуб может оказаться гораздо моложе компактной подушки, обитающей в высокогорьях или на арктических островах.

Знаете ли вы, что такое перекати–поле? Нет, это не одно растение. Это – целая группа степных растений: солянки, кермеки, качимы, кураи, рогачки и некоторые другие. Хотя эти растения не родственники, они очень похожи друг на друга.

По форме растение перекати–поля напоминает шар из веточек, покрытых мелкими листочками. Ветер (а в степи сильные ветра не редкость) обламывает высохшее растение перекати–поля у самого корня и гонит по степи. Маленькие и большие (до 1,5 м в диаметре) сухие шары, подпрыгивая, ударяются об землю, от таких толчков из них постепенно высыпаются семена, и вряд ли найдется два семечка, которые попали бы в одно место. Перекати–поле можно встретить не только в степи. В городах по газонам встречается сорное растение клоповник мусорный (родственник редиса и горчицы из семейства крестоцветных). Оно распространяет семена точно так же, как степные растения, даром что прыгает по асфальтовым мостовым города.

Перекати–поле

Кажущиеся однодневки

Ранней весной в смешанных и, особенно, широколиственных лесах Европейской России местами земля покрывается сплошным ковром белых и желтых цветов. Это цветут ветреницы. Ветреницы – настоящие растения–невидимки. Уже в июне от пышного цветного ковра не остается и следа, не видно и листьев ветрениц – словно они провалились под землю. Куда исчезли растения–невидимки? Образное выражение «провалились под землю» полностью соответствует тому, что в действительности произошло с растениями. Ветреницы относятся к группе растений–эфемероидов.

Ветреница дубравная

Слово «эфемероиды» означает «похожие на эфемеров». Эфемеры – это самые быстрые из цветковых растений, успевающие за полтора–два месяца скоротечной пустынной весны прорасти из семян, стать взрослыми, зацвести, образовать плоды и умереть, оставив семена до следующего сезона. Жизнь эфемероидов выглядит похожей, но в отличие от настоящих эфемеров они не погибают, а просто уходят под землю, дожидаясь следующей весны в виде луковиц, корневищ, клубней и других подземных органов.

Эфемероиды широколиственных лесов, как и лианы, нуждаются в большом количестве света. Но в широколиственных лесах светло только весной, до распускания листьев деревьев. Значит, единственный способ получить необходимое количество солнечных лучей – это завершить цикл размножения, пока деревья спят. Ветреницам приходится поторапливаться – за месяц они должны успеть зацвести, дать семена и накопить запас питательных веществ в корневищах, чтобы до следующей весны уйти под землю.

Гусиный лук

Кроме ветрениц к группе эфемероидов относятся хохлатки, гусиный лук, чистяк весенний. Все эти растения имеют особый «график развития», по которому весь период активной жизни укладывается примерно в один месяц. Остальные 10–11 месяцев эфемероиды проводят под землей.

Растения–невидимки встречаются не только в широколиственных лесах, много эфемероидов в пустынях, где осадки выпадают только в определенный сезон. В пустынях умеренного пояса влажный сезон приходится на весну, и в это время они превращаются в цветущие сады. Тюльпаны, маки, астрагалы, живокость и множество других растений покрывают землю цветным ковром. Как и в широколиственных лесах, эфемероиды пустыни за месяц успевают отцвести и оставить семена, но причиной такого короткого цикла размножения является уже не высокая требовательность к условиям освещенности (на недостаток света в пустынях жаловаться не приходится), а отсутствие осадков после окончания влажного сезона. В отличие от суккулентов эфемероиды пустынь не запасают и не удерживают влагу. Вместо этого они «убегают» от засухи, перенося неблагоприятные условия «в спячке».

Широкая пластичность в выборе жизненной формы стала одной из причин феноменального успеха цветковых растений, помимо укрытых семязачатков, цветка и совершенной проводящей системы. Ни споровым, ни голосеменным растениям не удалось «изобрести» такого разнообразия жизненных форм. Каждая отдельная «конструкция» позволяет растению осваивать свое, особое местообитание, каким бы экстремальным оно ни было, а вся совокупность жизненных форм позволило покрытосеменным освоить практически всю поверхность Земли.

Мак–самосейка (слева) и мак восточный (справа)