Тюльпаны и пионы, клубника и бананы, пшеница и рис, хлопок и лен — что между ними общего? Все это цветковые растения, или покрытосеменные, — венец эволюции растительного мира, группа, которая лучше всего приспособлена для жизни на нашей планете. Они дают нам еду, одежду из натуральных тканей, лекарственные препараты, парфюмерные эссенции и многое другое, без чего нам трудно представить жизнь. Они украшают пейзажи и интерьеры, они дарят нам радость созерцания красоты и наслаждение от обоняния тончайших ароматов… Итак, что же это за цветковые растения, чем они отличаются от всех прочих и почему доминируют в современном мире, расскажем в нашем материале.
1. Когда появились цветковые?
В истории происхождения цветковых растений все еще остается много белых пятен: в настоящее время не существует каких-то переходных форм растений от голосеменных к покрытосеменным, да и конкретного предка всех цветковых палеонтологи до сих пор так и не представили общественности. Одни предположения и загадки, которые не давали покоя еще Чарльзу Дарвину. Самым древним палеонтологическим материалом цветковых на данный момент считаются отложения раннего мелового периода возрастом около 140 миллионов лет. Хотя есть и недавние находки предположительно цветковых растений возрастом более 165 миллионов лет. Тогда получается, что эта самая прогрессивная группа растений появилась еще в юрском периоде. Но даже если это и так, то первые цветковые долго были в тени голосеменных, и лишь около 120-80 миллионов лет назад покрытосеменные начинают доминировать в наземных растительных сообществах. В чем же их преимущество?
- Наличие цветка и плода, который развивается после оплодотворения, повышает шансы растения на формирование семян. Если сравнивать с голосеменными, у покрытосеменных лучше налажен механизм образования и дальнейшего развития семян и зародыша: семена в процессе развития внутри плода защищены от внешних факторов среды, а двойное оплодотворение делает зародыш более жизнеспособным. Кроме того, плод обеспечивает лучшую сохранность семян и способствует их распространению: животные, питающиеся плодами цветковых растений, переваривают только мякоть, то есть околоплодник, в то время как семена в целости и сохранности выводятся из организма вместе с продуктами метаболизма и распространяются таким образом на большие расстояния от материнского растения.
- Больше вариантов опыления — это и ветер, и насекомые, и летучие мыши, и птицы. В большинстве своем цветковые растения (лат. Magnoliophyta или Angiospermae) опыляются насекомыми, птицами и другими животными-опылителями. Хотя небольшая часть из них, например, береза, тополь, лещина или злаковые травы — это ветроопыляемые растения, также как и все голосеменные. Но опыление при помощи ветра — способ менее эффективный и требующий дополнительных усилий на образование большого количества пыльцы, так сказать, с запасом, чтобы повысить шансы на оплодотворение. Ведь немалую долю пыльцы ветер попросту уносит в никуда.
- Более развитая и эффективная система проводящих сосудов улучшает доступ питательных веществ и воды. Ксилема — проводящая ткань, которая обеспечивает поступление всех питательных веществ и воды от корней наверх, есть и у голосеменных, и у покрытосеменных. Но у большинства голосеменных эта проводящая ткань представлена только трахеидами — мертвыми клетками ксилемы с порами и с утолщенными одревесневавшими оболочками. А вот у покрытосеменных есть еще и проводящие сосуды, или трахеи. Проводящие сосуды более совершенны, они состоят из ряда клеток, между которыми есть отверстия — то есть они как сквозные трубки, по которым вода и растворенные в ней питательные элементы намного быстрее и в полном объеме доходят до всех листьев и цветов. То есть снабжение покрытосеменных растений устроено лучше, они эффективнее добывают из почвы и атмосферы все необходимые для жизни элементы.
- Невероятное разнообразие внешних форм, листьев, цветков, плодов позволяют цветковым приспосабливаться к самому широкому диапазону условий окружающей среды, чего нельзя сказать о голосеменных.
2. Сколько их?
Если голосеменных растений на планете около 690 видов, то количество покрытосеменных оценивается как минимум в 296 000 видов. И все современные голосеменные — это всего лишь 12 семейств, в то время как среди цветковых их выделяют 560! Помимо генетического разнообразия, покрытосеменные — это еще и множество экологических групп, растения в которых имеют удивительные адаптации к разным условиям среды.
3. Как цветковые приспосабливаются к условиям среды?
Только среди цветковых растений мы наблюдаем такое невероятное многообразие приспособлений к различным условиям окружающей среды — к бедным засоленным почвам, к пустыням, где месяцами и даже годами нет ни капли дождя, к холодным регионам за полярным кругом, где вегетационный сезон длится несколько недель и надо успеть процвести и оставить семена. Виды из разных родов и семейств в процессе эволюции приобрели похожие свойства, потому что произрастают в одинаковых условиях. Среди цветковых выделяют различные экологические группы, и вот лишь некоторые примеры из них.
- Ксерофиты — растения, способные существовать в условиях недостатка влаги и высоких температур. Чаще всего это обитатели пустынь и полупустынь, такие как растения из рода алоэ (лат. Áloe), рода агава (лат. Agave), различные виды из рода кактус (лат. Cactaceae).
- Гидрофиты — растения, жизнь которых неразрывно связана с водой: они плавают на поверхности водоемов или прикреплены к грунту на дне. Это, например, растения из рода ряска (лат. Lémna) или из рода лотос (лат. Nelumbo).
- Галофиты — растения, способные расти на засоленных почвах, например, на солонцах и солончаках, а также на морском побережье. К галофитам относят множество видов, обитающих в мангровых зарослях, а также растения из засушливых регионов. Например, травянистые виды из рода солерос (лат. Salicornia) или красиво цветущий кустарник тамарикс (лат. Támarix).
И конечно, у покрытосеменных наблюдается не только множество адаптаций, но и богатейшее разнообразие цветов, и это тоже не случайно.
4. Как они привлекают опылителей?
Мы привыкли восхищаться великолепием форм, ароматов и расцветок современных покрытосеменных, которые давно стали любимейшими героями живописцев, но природа создала все это волшебство не ради красоты. Все это ради привлечения опылителей и, в конечном счете, для оплодотворения, получения семян и дальнейшего существования вида. Мы уже отмечали, что среди покрытосеменных есть ветроопыляемые растения, но ботаники полагают, что это вторично приобретенный признак. Подавляющее же число цветковых нуждается в опылителях, в роли которых чаще всего выступают всевозможные насекомые: пчелы, шмели, бабочки, мухи, жуки. Реже цветковые связаны в этом процессе с рукокрылыми млекопитающими и небольшими птицами колибри, которые тоже питаются нектаром и параллельно переносят пыльцу.
За многие миллионы лет эволюции цветковые растения научились разными способами привлекать каждый своих опылителей, а те, в свою очередь, специализируются на конкретных видах цветковых. Яркие, со сладким нектаром и вкусно пахнущие цветы привлекают бабочек, пчел и колибри. Очень редко, но в природе встречаются и такие виды покрытосеменных, цветок которых может опылить только какой-то один вид животного мира. Например, красивая лиана пассифлора смешанная (лат. Passiflora mixta) имеет только одного опылителя — колибри-мечеклюва ( лат. Ensifera ensifera), и только от одной этой птички зависит существование вида, поэтому и распространение этой пассифлоры не выходит за границы обитания данного вида колибри. Или другая интересная пара: колокольчик Centropogon nigricans и его пока единственный известный опылитель — нектароядная летучая мышь Anoura Fistulata с очень длинным языком — до 8,5 сантиметра, при этом длина тела самой мыши меньше ее языка.
Более того, было обнаружено, что цветы не просто источают нужный для их опылителей аромат, но и усиливают его интенсивность во время активности своих помощников. Так, цветы, ориентированные на дневных бабочек и пчел, максимально интенсивно пахнут в полдень.
Удивительно, но даже отвратительно пахнущие цветы тоже находят своих «клиентов». Например, раффлезия Арнольда (лат. Rafflesia arnoldii), растущая в джунглях островов Суматра и Калимантан. Этот вид интересен для мух и жуков, которых приманивает возможность отложить яйца в разлагающейся органике, запах которой имитирует хитроумный цветок. На самом же деле никаких мертвых животных там нет, а доверчивые мухи просто ползают по цветку, перенося пыльцу и опыляя раффлезию. Или другой пример растения, которое имитирует и запах органики, и даже цвет плоти: геликодицерос мухоловный (лат. Нelicodiceros muscivorus), произрастающий на Балеарских островах, Корсике и Сардинии в Средиземном море. Отратительный аромат и цвет — это тоже маскарад для приманки мух и жуков ради опыления.
5. Как долго семена цветковых сохраняют всхожесть?
Среди покрытосеменных известны случаи невероятной живучести семян. Например, ученые смогли прорастить семена финиковой пальмы, которые были обнаружены во время археологических раскопок в регионе Мертвого моря. Семена пальмы, которым было 1900-2000 лет, успешно проросли и дали начало новым растениям! А российские криобиологи из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН успешно прорастили семена растения под названием смолевка узколистная, которое было найдено в вечной мерзлоте в долине реки Колымы и возраст которого составлял около 31 тысячи лет! Конечно, вечная мерзлота здесь сыграла не последнюю роль, потому что при пониженных температурах семена дольше сохраняют биологическую всхожесть. Это правило используется в семенных фондах и хранилищах — специальных коллекциях, где сохраняются самые важные для науки и сельского хозяйства виды растений.
Крупнейший в России генетический банк образцов растений, где хранятся черенки и семена, это Федеральный исследовательский центр «Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова» в Санкт-Петербурге. А один из крупнейших в мире банков семян — это Всемирное семенохранилище на Шпицбергене, неподалеку от норвежского поселка Лонгйир, где при температуре минус 18 °С на глубине 120 метров хранятся образцы основных сельскохозяйственных культур со всего мира. И все эти банки служат одной цели: сохранить для людей растения, в основном цветковые, потому что именно без них человеческая цивилизация не сможет существовать.
6. Почему цветковые так важны для людей?
Потому что почти вся растительная пища современного человечества, ну может кроме кедровых орешков и морских водорослей, это как раз плоды или семена цветковых растений. Наша цивилизация полностью от них зависит. Все овощи, ягоды, фрукты, злаковые и масличные культуры — все это представители покрытосеменных растений. Да и не только пища, но и хлопок и лен, выращиваемые для получения тканей и производства одежды, — это тоже цветковые растения. И первые аграрные цивилизации возникли в тех культурах, где люди научились не просто собирать дикоросы и охотиться, а выращивать дикие формы цветковых ради получения плодов и семян, которые можно было бы сохранить до нового сельскохозяйственного сезона. А следующим шагом стала селекция — выведение новых форм растений с лучшими качествами.
7. «Самые-самые», или цветковые-рекордсмены
Самый крупный цветок диаметром 0,6-1 метр имеет растение под названием раффлезия Арнольда (лат. Rafflesia arnoldii ) из тропических лесов островов Суматра и Калимантан. Это растение-паразит, у которого нет листьев, стеблей и корней, но зато есть гигантский цветок, не особо красивый и к тому же источающий аромат тухлого мяса.
Ну а самым маленьким цветковым растением признана вольфия бескорневая (лат. Wolffia arrhiza), поэтому и его цветок можно считать рекордсменом среди крошек. Диаметр самого растения около 1 миллиметра, ну а цветок еще меньше, поэтому без микроскопа его рассмотреть не получится. Это водное растение, обитающее на поверхности водоемов, цветет очень редко, потому что в основном размножается вегетативным способом.
А если рассматривать не только сам цветок, но и растение целиком, то и тут среди покрытосеменных есть невероятные рекордсмены. Например, в штате Юта в США была найдена колония одного дерева под названием тополь осинообразный (лат. Populus tremuloides): она состоит из 47 тысяч деревьев — генетических клонов одного растения, которые занимают площадь около 430 тыс. м2.
А в заливе Шарк-Бей у западных берегов Австралии были найдены морские луга, состоящие из гидрофита под названием посидония австралийская (лат. Posidonia australis). Площадь этих зарослей — около 200 км2, и генетические исследования говорят, что все это одно и то же растение!
8. Как охотятся цветы-хищники?
Некоторые цветковые эволюционировали в сторону хищнического образа жизни — то есть они приспособились заманивать и умерщвлять различных мелких животных, а затем переваривать их при помощи органических кислот и протеолитических ферментов. Чаще всего такие насекомоядные виды произрастают на бедных почвах, и к хищничеству они перешли потому, что им не хватает азота, калия, фосфора и других питательных элементов. Цветов-хищников достаточно много — около 630 видов. Это всем известные венерина мухоловка (лат. Dionaea muscipula) с листьями-ловушками, все виды из рода непентес (лат. Nepēnthes) с заманчивыми кувшинами, в которых тонут насекомые, и многие другие.
9. Существуют ли цветковые-паразиты?
Если среди голосеменных обнаружен только один паразитический вид, то среди цветковых намного больше «хитрецов», живущих за чужой счет, — по разным оценкам от 3000 до 4500 видов. И это тоже вторичное явление, как и паразитизм среди животных. Например, травянистые растения из рода заразиха (лат. Orobanche) лишены хлорофилла и паразитируют на корнях других растений, в том числе и сельскохозяйственных культур, таких как подсолнечник. А вьющиеся растения из рода повилика (лат. Cuscuta) обзавелись специальными присосками — гаусториями, через которые добывают питательные вещества из растения-хозяина. У повилики нет своих собственных корней, а листья или отсутствуют или редуцированы — в любом случае, эти органы им не нужны.
10. Правда ли что цветковые растения реагируют на музыку?
Эксперименты показали, что классическая музыка в теплицах повышает урожайность и улучшает обмен веществ в тканях культурных растений. И это даже используется в некоторых агрокомплексах, например, в Китае. При этом ученые из Армении обнаружили, что различные цветковые растения – картофель, фасоль, чечевица и другие, лучше растут под классическую музыку, чем под рок. Так или иначе, исследования показали, что любая музыка лучше, чем ее отсутствие, потому что контрольные образцы, которым не включали музыку, росли медленнее.
11. Как растения общаются друг с другом?
Это покажется невероятным, но цветковые растения способны общаться друг с другом посредством выделения специфических химических веществ. Например, если на лист напала гусеница, то растение продуцирует летучие вещества, которые тут же улавливают соседние экземпляры. В ответ на это зеленые собратья начинают накапливать в своих листьях защитные вещества, чтобы те были менее вкусными. Такой механизм, например, был обнаружен у некоторых бобовых культур. А растения золотарника при схожей опасности продуцируют ядовитый сок в листьях.
***
Цветковые растения — самая обширная, разнообразная и эволюционно продвинутая группа из всех существующих ныне на Земле. Головного мозга у них, конечно, нет, но глядя на все эти хитрости и уловки, при помощи которых они заманивают опылителей цветами и запахами, сообщают друг другу об опасности, эксплуатируют другие растения и выживают там, где, казалось бы, жизнь невозможна, невольно задумаешься о том, что они не так просты, как кажется на первый взгляд… Как же мало мы еще о них знаем, и наверняка цветковые растения еще не раз удивят нас своими необычными «сверхспособностями».
Автор текста Ольга Фролова
Изображение на обложке: разработано Magnific
