Эволюция растений

4

Эволюция растений

В биологии эволюция -- это изменение наследственных признаков популяции организмов в течение нескольких поколений. Изменения вызываются взаимодействием трёх основных процессов: вариабельности, воспроизведения и селекции. Гены, которые передаются потомству, в результате выражения образуют сумму признаков организма (фенотип). При воспроизведении организмов у их потомков появляются новые или изменённые признаки, которые возникают либо в результате мутации или при переносе генов между популяциями или даже видами. У видов, которые размножаются половым путем, новые комбинации генов возникают при генетической рекомбинации. Эволюция происходит, когда наследственные различия становятся более частыми или редкими в популяции.

Подобно всем другим организмам, растения имеют долгую эволюционную историю. Возраст Земли, считая от газопылевого скопления, вращающегося по орбите вокруг Солнца, около 4,5 млрд. лет. Самым ранним из известных ископаемых, представленным несколькими типами мелких, сравнительно простых клеток, примерно 3,5 млрд. лет. Они найдены в некоторых древнейших горных породах.

Считается, что первые клетки образовались в ходе последовательных случайных событий. Вероятно, сначала в атмосфере Земли преобладали газы, выделяемые многочисленными в то время вулканами, в основном азот с довольно большим количеством углекислоты и водяного пара. Молекулы этих трех веществ содержат элементы углерод, кислород, водород и азот, из которых на 98% состоят ныне живущие организмы. Здесь же, по-видимому, присутствовали сероводород, аммиак и метан. Однако газообразного кислорода, который сейчас составляет 21% нашей атмосферы, не было до тех пор, пока не появились и не начали фотосинтезировать живые организмы. Таким образом, первые этапы эволюции живого связаны с анаэробной (бескислородной) средой.

Сквозь тонкий слой атмосферы Солнце обрушивало на жесткую голую поверхность юной Земли свет, тепло и ультрафиолетовую радиацию. Пока кора планеты остывала и стабилизировалась, над ней бушевали мощные ураганы, сопровождаемые вспышками молний и выделением электрической энергии. Энергию испускали и радиоактивные вещества, а расплавленные породы и кипящая вода извергались из глубин Земли на ее поверхность. В этом гигантском тигле простые молекулы атмосферных газов разрывались и превращались в более крупные и сложные молекулы. Ультрафиолет, заливающий поверхность планеты, разрушал и те и другие, вызывая образование новых соединений.

Согласно современным гипотезам, вещества, возникавшие в первичной атмосфере, в основном вымывались из нее ливнями и накапливались в океанах, размеры которых увеличивались по мере остывания Земли. Были проведены эксперименты с газами, предположительно входившими в состав этой атмосферы, в условиях, считающихся близкими к господствовавшим в то время. В этих экспериментах получены сложные органические молекулы, сходные с основными компонентами биологических структур. Земные океаны превращались во все более концентрированный раствор таких веществ.

Некоторые органические молекулы имеют тенденцию собираться вместе. В первичном океане эти скопления, вероятно, приобретали форму капель, похожих на образуемые маслом в воде. Такие капли, по-видимому, и были предшественниками примитивных клеток -- первых форм живого.

Согласно современным теориям, эти органические молекулы служили также источником энергии для первых организмов. Примитивные клетки или клеткоподобные структуры могли получать ее, используя имеющиеся в изобилии химические соединения. По мере развития и усложнения организмы становились все более самостоятельными, приобретая способность расти, размножаться и передавать свои признаки следующим поколениям.

Клетки, которые удовлетворяют свои энергетические нужды, потребляя органические соединения из окружающей среды, называются гетеротрофами (от греческих слов hete-ros = другой и trophos = питающийся). Соответственно гетеротрофным является организм, зависящий от внешнего источника органических молекул. К этой группе сейчас относятся все животные и грибы, а также многие одноклеточные, например большинство бактерий и некоторые протисты.

По мере увеличения численности примитивных гетеротрофов запас сложных молекул, от которых зависело их существование, накапливавшийся в течение миллионов лет, начал истощаться. Органики за пределами клеток становилось все меньше, и между ними началась конкуренция. Под ее давлением клетки, которые могли эффективно использовать ставшие ограниченными источники энергии, получили по сравнению с другими больше шансов выжить. С течением времени в результате длительного медленного процесса вымирания (элиминации) наименее приспособленных возникли организмы, способные создавать собственные богатые энергией молекулы из простых неорганических веществ.

Они называются автотрофами, что означает по-гречески «самостоятельно питающиеся». Без появления этих первых автотрофов жизнь на Земле прекратилась бы.

Наиболее преуспевающими оказались автотрофы, у которых появилась система для непосредственного использования солнечной энергии, т. е. фотосинтеза. Первые фотосинтезирующие организмы были намного проще современных растений, но уже значительно сложнее, чем примитивные гетеротрофы. Для поглощения и использования солнечной энергии потребовалась особая, улавливающая световую энергию пигментная система и сопряженная с ней система запасания этой энергии в связях органических молекул.

Доказательства существования фотосинтезирующих организмов были найдены в породах возрастом 3,4 млрд. лет, т. е. на 100 млн. лет более молодых, чем те, в которых обнаружены первые ископаемые свидетельства жизни на Земле. Однако можно быть почти уверенным в том, что и жизнь, и фотосинтез появились значительно раньше. По-видимому, не приходится сомневаться и в более раннем возникновении гетеротрофов. С появлением автотрофов поток энергии в биосфере приобрел современные черты: лучистая энергия улавливается фотосинтезирующими организмами, а от них передается всем остальным живым существам