Текст книги "Я познаю мир. Ботаника"

Автор книги: Юлия Касаткина

сообщить о нарушении

Текущая страница: 15 (всего у книги 15 страниц)

Профессор Зеленовский: Не задирайся, Сфагнум. Порфира абсолютно права. Лучше скажи, придумал ли ты какой–нибудь способ защиты гаметофита?

Сфагнум: Да, я уже давно придумал. Нужно создать плотные оболочки, которые бы предохраняли гаметофит от потери влаги. Заростки, упакованные в оболочки, как луковицы в шелуху, будут гораздо более устойчивы к высыханию.

Профессор Зеленовский: Да, это, похоже самый простой способ. И, конечно, растения использовали и его тоже.

Порфира: Ну, уж если Сфагнум догадался...

Профессор Зеленовский: Перестаньте ссориться. Сейчас не время – мы уже на пороге отгадки происхождения семени. Но прежде, прежде я хочу познакомить вас с одной очень для нас интересной особой. Ага, вот и она!

Плаун: Селягинелла, сестричка, привет! Какими судьбами?

Селягинелла. Да так, зашла по просьбе Профессора. Привет, всей компании. Чем могу вам помочь, Профессор?

. Профессор Зеленовский: Ты сделаешь нам большое одолжение, если поможешь мне рассказать аудитории о том, что такое разноспоровость.

Селягинелла. Относится к отделу плауновидных. Род селягинелла насчитывает до 700 разных видов, большинство из которых растет в тропиках, но некоторые виды встречаются на севере европейской части России и на Дальнем Востоке, Селягинеллы часто выращиваются как комнатные растения, 1 – побег; 2 – придаточные корни

Селягинелла: А–аа, с удовольствием!

Порфира: Кажется, мы попали. Ей только волю дай – мертвого заговорит.

Селягинелла: Итак, разноспоровость. В отличие от большинства моих современных родственников: папоротников, хвощей и других плаунов я обладаю одной очень важной особенностью, которую профессор Зеленовский и другие ботаники называют разноспоровостыо. Это значит, что в моих спорангиях развиваются споры двух сортов: микроспоры, или мужские споры, и мегаспоры, или женские споры. Микроспоры дают начало мужским гаметофитам, которые образуют сперматозоиды, а мегаспоры прорастают в женские гаметофиты с яйцеклетками.

Плаун, Многоножка, Сфагнум: А наши споры как называются?

Селягинелла: Ваши споры все одинаковые. Специального названия для них нет. А растения, которые образуют одинаковые споры, то есть вы, называются равноспоровыми. И заросток–гаметофит у вас обоеполый – на нем развиваются и сперматозоиды, и яйцеклетки.

Плаун, Сфагнум: Значит, мы все равноспоровые, а ты одна такая особенная?

Селягинелла: Ну, не одна, у меня есть еще родственники – полушники, они тоже разноспоровые.

Многоножка: Неправда, неправда! У меня тоже есть разноспоровые родственники: водные папоротники марсилия и сальвиния.

Селягинелла: Ну да, есть, но все равно – не мешай мне. Итак, разноспоровость. Да, обладать спорами двух видов – очень удобно. Мегаспоре предстоит дать начало новому спорофиту, который разовьется из яйцеклетки. Чтобы ускорить развитие спорофита и не подвергать его лишним опасностям, разноспоровые растения подумали о том, чтобы снабдить зародыш запасом питательных веществ. Этот запас питательных веществ накапливается в крупной и тяжелой мегаспоре. Задача микроспор совершенно иная. Им нужно доставить сперматозоиды к яйцеклеткам. Для этого никакого запаса пищи не требуется – микроспоры должны быть маленькими и легкими, чтобы они могли переноситься с токами воздуха.

Профессор Зеленовский: А теперь, дорогая Селягинелла, будь добра, познакомь нас со своим жизненным циклом. Для наших друзей это будет довольно поучительно. Начать, пожалуй, следует с момента, когда мегаспоры и микроспоры покидают спорангии на твоем спороносном колоске.

Селягинелла: Если я не ошибаюсь, у присутствующих здесь равноспоровых спора прорастает в заросток, впрочем, достаточно крупный – речь идет о миллиметрах и даже, смешно подумать, о сантиметрах.

Многоножка (Сфагнуму, шепотом): Мне даже слушать противно эту зазнайку!

Селягинелла. У заростока равноспоровыу нет защитных оболочек, поэтому он очень чу в ствителен к недостатку влаги, я не говорю ужо о том, что его легко может уничтожить какой–нибудь любитель нежной зелени. У нас, селягинелл, все обстоит совершенно иначе, речи не идет о том, чтобы так рисковать жизнью заростков. Наши заростки развиваются внутри споры!

Многоножка: Ерунда, не может такого быть! В споре одна клетка помещается с трудом, а ты говоришь – гаметофит.

Профессор Зеленовский. И тем не менее это так: у селягинеллы внутри мелкой микроспоры развивается крошечный мужской гаметофит, а под оболочкой мегаспоры – женский гаметофит. Посмотрите на рисунок.

Плаун: Все совершенно так, как я и предполагал: гаметофиты селягинеллы настолько малы, что умещаются под оболочкой споры!

Сфагнум: Оболочка споры служит им для защиты – а я так и предлагал!

Многоножка: Смотрите, на самом деле женский гаметофит селягинеллы очень похож на обычный заросток. Хотя он очень мелкий и скрывается под оболочкой споры, у него есть настоящие ризоиды и женские половые органы – архегонии, в которых образуются яйцеклетки.

Селягинелла: Похож, да не во всем. Мой заросток почти не тратит драгоценного времени на самостоятельное питание – зеленеют только поверхностные клетки в разрывах оболочки споры. А вообще–то в споре накоплено достаточно пищи, чтобы заросток ни в чем не нуждался.

Развитие гаметофитов селягинеллы. 1 – микроспора; 2 – мегаспора; 3 – мужской гаметофит; 4 – женский гаметофит; 5 – ризоиды; 6 – сперматозоиды; 7 – развивающийся зародыш спорофита; 8 – оболочка споры; 9 – прорастание молодого спорофита

Многоножка: Получается, что у селягинелл взрослый спорофит заботится о питании своего будущего второго поколения, о маленьком гаметофите. Это очень похоже на то, что я имела в виду.

Профессор Зеленовский: Конечно, все вы: и Многоножка, и Плаун, и Сфагнум были совершенно правы, когда предложили возможные способы защиты гаметофита. На примере селягинеллы мы увидели, как ваши идеи воплотились в жизнь.

Порфира: Значит, у Селягинеллы уже есть семя?

Сосна: Что–то непохоже это на настоящее семя. Во всяком случае, на мое.

Профессор Зеленовский. Действительно, мегаспора разноспоровых плаунов или папоротников – это еще не семя. Для того чтобы возникло семя, потребовалось еще несколько очень важных изменений. Представьте себе, что крупная, богатая питательными веществами мегаспора престала покидать материнское растение спорофита и развивается теперь прямо внутри спорангия. Таким образом, женский гаметофит оказывается защищенным не только оболочкой споры, как у селягинеллы, но еще и мясистыми стенками спорангия. Неплохая защита, верно?! Кроме того, внутри спорангия женский гаметофит с яйцеклеткой, а затем и с зародышем обеспечен пищей.

Многоножка. Взрослый спорофит вынашивает зародыш и выкармливает его. Вот видите, я же говорила вам, говорила!

Осина: А что происходит с микроспорой?

Профессор Зеленовский: Практически ничего. Микроспора семенных растений, как и у разноспоровых, содержит мужской гаметофит, который дает начало сперматозоидам или спермиям. Разница заключается только в том, что у семенных растений мужской гаметофит состоит всего из 3 клеток. Только вдумайтесь! У знакомых нам папоротников, хвощей и плаунов (кроме уважаемой Селягинеллы) заросток–гаметофит измеряется миллиметрами и даже сантиметрами, а у какой–нибудь сосны или ели состоит всего из 3 клеток! А знаете, как называются эти 3 клетки, спрятанные под оболочкой микроспоры? Ни за что не догадаетесь... – пыльца! Точнее, пыльцевое зерно.

Сосна и Осина (в один голос): Невероятно!

Пыльцевое зерно сосны:1 – генеративная клетка;2 – клетка трубки; 3 – оболочка споры; 4 – воздушныемешки

Сосна. Кто бы мог подумать, что моя обыкновенная пыльца... Удивительно! Это значит, что, мои микроспоры, то есть мои мужские гаметофиты, то есть моя пыльца, доставляются к семязачаткам ветром?

Осина: У тебя и у меня – ветром, а у других цветковых растений пыльцу переносят разные животные–опылители и даже вода.

Сосна: Подождите, я что–то запуталась.

Профессор Зеленовский: Тебе всё станет понятно, если я расскажу об образовании семени еще раз на примере сосны. Итак, весной под чешуйками мужских шишек развиваются микроспоры. Внутри них развивается крошечный мужской гаметофит, который состоит всего из 3 клеток. Позже одна из этих клеток делится с образованием двух спермиев. Микроспора, внутри которой находится мужской гаметофит, называется уже не микроспорой и не микрогаметофитом, а пыльцевым зерном.

А что происходит под покровом чешуй женских шишек? Там в семязачатках происходит образование мегаспор. Семязачатки можно увидеть, если весной, где–нибудь в конце апреля, отогнуть чешуйку молодой женской шишки. Семязачатки выглядят как два маленьких бугорка на ее поверхности (см. рис. на с. 291). На самом деле семязачаток – это не что иное, как мегаспорангий, дополнительно покрытый защитной оболочкой.

В мегаспорангии–семязачатке образуется 4 мегаспоры, из которых только одна дает начало женскому гаметофиту, а остальные погибают. Женский гаметофит, как и мужской, развивается внутри оболочки споры. В результате он защищен тремя оболочками: оболочкой споры, оболочкой мегаспорангия и дополнительной оболочкой, покрывающей сам мегаспорангий. Правда, последняя оболочка не сплошная. В ней существует отверстие, которое называется пыльцевход, или микропиле.

Мы с вами уже видели, до какой степени упрощается мужской гаметофит – от него остается всего 3 клетки. Женский гаметофит остается довольно крупным. Он состоит из множества клеток и даже формирует многоклеточные половые органы – архегонии, в которых созревают яйцеклетки. Архегонии голосеменных удивительно напоминают архегонии папоротников: в расширенном брюшке хранится яйцеклетка, а над ним возвышается длинная шейка, через которую подвижные сперматозоиды или неподвижные спермии попадают к яйцеклетке.

Семязачаток хвойного растения. 1 – покров семязачатка; 2 – мегагаметофит; 3 – архегонии; 4 – яйцеклетка; 5 – пыльцевая трубка; 6 – спермий;7 – пыльцевход (микропиле)

Теперь вернемся к пылинке, которая, как мы уже знаем, не просто пылинка, а отдельный организм, целая стадия жизни сосны – мужской гаметофит. Если пылинке посчастливилось попасть под чешуйку женской шишки, происходит оплодотворение. К моменту созревания яйцеклеток из отверстия пыльцевхода выделяется капелька жидкости, в которую попадает пылинка. Капелька жидкости с пылинкой всасывается через пыльцевход внутрь и оказывается возле стенки мегаспорангия.

Сосна: А как же спермии добираются до яйцеклеток? Они же неподвижны!

Профессор Зеленовский: Как вы помните, одна из трех клеток пылинки делится с образованием двух спермиев. Так вот, другая становится клеткой пыльцевой трубки, по которой спермии попадают к женскому гаметофиту. Пыльцевая трубка удлиняется, прорастает через стенку мегаспорангия, через шейку архегония и около яйцеклетки разрывается. Один из освободившихся спермиев сливается с яйцеклеткой. Образовавшаяся зигота – это уже молодой спорофит. Из зиготы развивается зародыш семени с зачаточным корешком, зачаточным побегом и первыми листьями – семядолями. Запасные вещества, необходимые зародышу в первые дни самостоятельной жизни, когда семя покинет шишку, откладываются в клетках женского гаметофита, окружающего зародыш. Эта запасающая ткань называется эндоспермом. Оболочка мегаспорангия превращается в семенную кожуру.

Сосна: Огромное спасибо, Профессор. Теперь я могу сказать, что знаю о своем организме почти все и что жизненный цикл голосеменного растения гораздо более совершенен, чем даже у селягинеллы. По сравнению с новорожденным спорофитом селягинеллы, который защищен только оболочкой споры, зародыш голосеменного растения не только покрыт тремя оболочками, но и получает питание от взрослого растения все время, пока находится внутри шишки. Но самое главное достоинство нашего жизненного цикла заключается в том, что оплодотворение происходит без участия воды! Мхам, плаунам, хвощам, папоротникам вода была необходима, чтобы сперматозоиды доплыли до яйцеклеток, а мы, голосеменные, научились обходиться без нее. Даже мужские гаметы почти всех голосеменных – спермии – стали неподвижны – плыть стало некуда.

Образование пыльцевой трубки у сосны. 1 – стерильная клетка; 2 – сперматогенная клетка;3 – ядро клетки трубки

Профессор Зеленовский". Кстати, у наиболее примитивных представителей голосеменных – гингко и саговников – мужские гаметы подвижны и потому называются не спермиями, а сперматозоидами. Это древний признак сближает их с предками семенных растений.

Сосна. Ну, всё равно, эти сперматозоиды плывут не во внешней среде, а только в капельке жидкости, выделяемой семезачатком.

Профессор Зеленовский: Да, конечно, даже у саговников оплодотворение практически не зависит от воды. Итак, я поздравляю вас, друзья! Мы успешно добрались до разгадки тайны образования семени.

Порфира: У меня даже голова кругом пошла, до того это было увлекательно. Получилось как настоящее расследование.

Сфагнум: Все это, конечно, очень интересно, но не пора ли нам по домам? У меня уже, образно выражаясь, в горле пересохло.

Осина: Нет уж, постойте! Если уж разбираться, то до конца. А то получается, про всех поговорили, а про цветковые растения забыли? Неужели вам самим не интересно, чем отличаются цветковые от голосеменных?

Порфира: Мне интересно!

Сосна: Мне тоже интересно. Все твердят про покрытосеменные: «Вершина эволюции, вершина эволюции!» А объяснить толком, в чем там дело, не могут.

Многоножка: Нехорошо получилось, что мы забыли об Осине.

Профессор Зеленовский: Ну, что ж, разбираться – так до конца. Не волнуйтесь, это не займет очень много времени, хотя в вопросах размножения цветковые отличаются от голосеменных довольно сильно. Начнем с того, что семязачатки цветковых находятся не на внутренней стороне чешуек женских шишек, а внутри завязи пестика. Микроспорангии с микроспорами у них находятся не в мужских шишках, а внутри пыльников тычинок.

Как и у голосеменных, мужской гаметофит цветковых развивается внутри микроспоры и называется пыльцевым зерном, или пылинкой. Он состоит из двух клеток, одна из которых дает начало двум спермиям, а другая прорастает в пыльцевую трубку, как только пылинка попадет на рыльце пестика.

А вот женский гаметофит цветковых растений отличается от мегагаметофита голосеменных довольно сильно. У цветковых он совсем крошечный и состоит всего из 7 клеток. Понятное дело, что никаких половых органов, как у женских гаметофитов голосеменных, из такого количества клеток возникнуть не может.

Порфира: А откуда взялось такое странное число клеток – 7? Ведь мы знаем, что в результате деления всегда получается четное число клеток.

Профессор Зеленовский: Всё так и есть, изначально зародышевый мешок (так называется у цветковых женский гаметофит) состоит из 8 клеток, но две из них потом сливаются в одну двухъядерную клетку, которая носит название центральной. При этом из 7 клеток только две принимают участие в образовании семени: центральная и яйцеклетка – остальные погибают.

Пестик цветкового растения

Попав на рыльце пестика, пылинка прорастает. Клетка трубки образует проход для спермиев. По этой трубке два спермия проходят через рыльце и столбик пестика, попадают в завязь и проникают через пыльцевход и стенку мегаспорангия к семиклеточному женскому гаметофиту. Здесь один из спермиев сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, а второй спермий сливается с двухъядерной центральной клеткой.

Сосна: А это еще зачем?

Профессор Зеленовский: В результате этого слияния получается трехъядерная клетка, из которой образуется эндосперм. Помните, у голосеменных тоже есть такая запасающая ткань, питающая зародыш? Так вот – у голосеменных эндосперм образуется из тканей женского гаметофита, а у гаметофитов, как известно, набор хромосом одинарный.

Осина: А у нас, у цветковых, клетки эндосперма несут даже не двойной набор хромосом, как все обычные клетки, а тройной: два набора – от слившихся ядер зародышевого мешка, и еще один – от слившегося с центральным ядром спермия!

Сосна: А какая разница?

Профессор Зеленовский: Разница довольно существенная. За счет утроенного количества хромосом клетки эндосперма цветковых растений быстрее растут, быстрее накапливают запасы и поэтому сем<т у них развивается гораздо быстрее.

Осина: Вот у тебя, Сосна, семена созревают два года. За это время сколько опасностей их поджидает. А у меня – месяц–полтора – и готово! Скорость, бабушка, скорость!

Профессор Зеленовский: Действительно, чем быстрее развивается семя, тем лучше. Но у покрытосеменных растений есть и другие преимущества. Сверху семя покрывается дополнительными оболочками, в которые превращаются разные части цветка: завязь, чашечка, цветоложе – формируется плод. А плод имеет огромное значение для защиты и распространения семян. Но, я вижу, вы все уже устали, поэтому давайте подведем итоги и перечислим основные этапы возникновения семени.

Плаун: Уменьшение гаметофита и сокращение его жизни!

Селягинелла’. Появление разноспоровости!

Порфира. Гаметофит стал зависим от спорофита. Маленький гаметофит стал развиваться прямо на спорофите и питаться за его счет.

Сфагнум: Гаметофит стал развиваться под покровом защитных оболочек. Сначала это была только оболочка споры, а затем в защите семени стали принимать участие стенки спорангия.

Сосна. А потом, у семенных растений, образовались дополнительные защитные оболочки.

Осина: Теперь мы знаем, что семя – это оплодотворенный семязачаток, а семязачаток – это не что иное, как крошечный женский гаметофит, который развивается внутри спорангия под защитой его стенок.

Многоножка: И двух защитных оболочек!

Профессор Зеленовский: Браво! Мне здорово повезло с учениками.

Сфагнум: Уфф, долго же мы с этим семенем разбирались, я даже успел подсохнуть.

Профессор Зеленовский: Не так уж и долго, уважаемый Мох. Наземным растениям для этого потребовалось 500 миллионов лет, а мы с вами за три часа управились.