Голосеменные растения

Одна из загадок современной медицины – болезнь Альцгеймера. Под   этим заболеванием понимают широкий сектор различных расстройств   (деменций), связанных с ухудшением работы мозга. При деменции у   пациентов нарушается память, речь, теряется способность     координировать тело в пространстве. Такие нарушения работы мозга   обычно связанны с возрастом, но точная причина возникновения   болезни до сих пор неизвестна.Еще в начале 21 века ученые заметили,  что местные жители Марианских островов чаще, чем обычно, страдают от болезни Альцгеймера и других деменций. Выяснилось, что повышенный риск деменций связан с употреблением лепешек, приготовленных из местного голосеменного растения – саговника сycas micronesica. Многие саговники токсичны. Их листья и семена вызывают отравление крупного рогатого скота и других животных тропических-субтропических регионов.

В то же время, птицы и белки едят безвредные и питательные семена мнгогих других голосеменных растений. Даже человек употребляет в пищу «ягоды» можжевельника или семена сибирской кедровой сосны. Почему семена большинства голосеменных растений мы способны употреблять в пищу, а семена саговников - нет? Лишь недавно ботаники обнаружили в семенах саговника вещество BMAA – токсин, который в конечном итоге приводит и к разрушению мозга. Токсин ВМАА производит не само растение, а цианобактерии, живущие в корнях саговника.Обнаруженный в семенах саговника BMAA имеет важное медицинское значение, поскольку найденные в корнях саговников цианобактерии обитают во всех пресных водоёмах. Ученые предполагают, что питьевая вода, загрязненная БМАА, может быть связана с деменцией и развитием болезни Альцгеймера.

Удвоение всего генетического материала (полиплоидизация)

Эволюция голосеменныхПредки семенных растений появились на планете около 350 млн лет назад – в это время первые наземные позвоночные только начинали освоение суши. Одним из ранних предков семенных растений является археоптерис – древний папоротник. По сравнению с более примитивными споровыми растениями, у археоптериса было несколько важных «инноваций»:1.Сложные, разветвленные листья.2.Появление древесины – внутреннего слоя стебля, укрепленного прочным лигнином. Благодаря древесине растения теперь вырастали высотой до нескольких десятков метро, образуя первые настоящие леса на планете.3.Формирование спор двух типов. Напомним, что все известные споровые растения производят споры только одного типа. Напротив, у семенных растений формируются 2 типа спор: микроспоры и макроспоры. Появление разноспоровости – важный этап для дальнейшей эволюции семени.Точно не известно как появились первые семена. В эволюционной истории растений до сих пор остаётся множество белых пятен.

c

Голосеменные растения первыми стали использовать семена для размножения и распространения. Семя – важная адаптация к жизни на суше.Развивается семя внутри женской шишки из семяпочки. Семяпочки голосеменных не спрятаны внутри завязи, а расположены «голо» на поверхности семенных чешуек. Другими словами, голосеменные не производят цветков и плодов.

Секвойя дендрон – крупнейший живой организм. Это голосеменное растение вырастает до 100 метров и весит 5 тысяч тонн! Такой невероятный рост возможен благодаря прочной древесине, которая впервые появилась у предков голосеменных растений. Утолщение ствола деревьев происходит за счёт деления клеток камбия. 

1.Сердцевина. Состоит из живых клеток, запасающих питательные вещества и различные эфирные масла.2.Древесина (второе название – ксилема). Образована многочисленными мёртвыми трубчатыми клетками – трахеидами. В древесине голосеменных отсутствуют механические волокна. Опорную функцию выполняют непосредственно трахиеды, которые также проводят воду и минеральные вещества от корней к листьям. В состав древесины также входит древесная паренхима (основная ткань).3.Камбий. Живые, делящиеся клетки. Образуют слои древесины и слои луба (показано стрелками на рисунке). Неравномерное деление клеток камбия зимой и летом образует годичные кольца (7).4.Луб (второе название – флоэма). В её состав входят живые безъядерные ситовидные трубки, проводящие вниз продукты фотосинтеза. Клеток-спутниц у голосеменных нет. В состав луба также входят лубяная паренхима (основная ткань) и лубяные волокна (механическая ткань).5.Пробка – внешняя покровная ткань.6.Смоляные ходы – специальные трубочки хвойных, по которым текут различные смолы. Смолы обладают антибактериальными свойствами и придают особый аромат в хвойном лесу.

Быть выше, чем твои соседи – ключ к выживанию растений. Первые растения устремились ввысь 400 млн лет назад. Их примитивные сосуды состояли из клеток, содержащих в клеточной стенке только целлюлозу. Сегодня подобное строение сосудов встречается у мхов.Спустя некоторое время растения «разработали» лигнин – невероятно прочный материал, эффективный для преодоления сил гравитации и устойчивый к порывам ветра. Укрепленные лигнином сосуды называют трахеидами. Трахеиды – основной компонент проводящей ткани растений. Они встречаются в древесине стебля, жилках листьев и в корнях. Мёртвые, полые клетки трахеид содержат две клеточных стенки:  внутреннюю целлюлозную и внешнюю, богатую лигнином. Микроструктура этих клеточных стенок напоминает железобетон, широко применяемый в строительстве. Трахеиды передают растворы не только в вертикальном направлении, но и в горизонтальном - в лежащие рядом клетки.

У папоротников и голосеменных трахеиды служат единственным проводящим элементом в ксилеме. Кроме проводящей функции трахеиды несут механическую нагрузку. В древесине хвойных, например, один или два наружных слоя трахеид выполняют функцию транспортировки воды, все внутренние слои, то есть почти вся масса трахеид, воду не проводят и функционируют как механическая ткань.250 млн лет назад у предков покрытосеменных трахеиды эволюционировали в новый тип проводящих пучков – трахеи. У гнетовых и многих покрытосеменных трахеиды вообще отсутствуют, а их наличие считается признаком примитивности и древности вида. Трахеи короче и шире трахеид. Верхний и нижний концы трахей имеют щели, в которых отсутствует как первичная, так и вторичная клеточная стенка. Благодаря этому ток воды осуществляется еще эффективнее.

Разнообразие голосеменныхСаговникиОдни из самых необычных представителей голосеменных, напоминающие внешним видом пальму (которая является покрытосеменным растением). Как и пальмы, саговники растут в тропических и субтропических регионах. Саговники не выживают на открытом воздухе в регионах с суровыми зимами, но их можно выращивать как комнатные растения. Саговники имеют интересную форму, разноцветные шишки и раскидистые пальмовидные листья. Иногда саговники меняют пол, если они пострадали от холода, жары или высыхания.У саговников имеются необычные корны, напоминающие кораллы. Необычны эти корни тем, что растут не вниз, а вверх – по направлению к солнечному свету. В этих коралловидных корнях живут цианобактерии, заметные при разрезе корня в виде зеленого кольца. Цианобактерии улавливают азот из воздуха и создают азотные удобрения для своего хозяина – саговника.  Эти же самые цианобактерии производят токсины, из за которых страдали жители Марианских островов. Сегодня известно 300 видов саговников и все они считаются ядовитыми.

ГнетовыеВыделяют три рода растений, относящихся к гнетовым: вельвичия, гнетум и хвойник (эфедра). Необычны эти голосеменные тем, что помимо трахеид их сосудистая система содержит трахеиды. Также у некоторых гнетовых наблюдается двойное оплодотворение – признак, характерный для покрытосеменных. Этим гнетовые заинтересовали ученых, пытающихся разгадать тайну происхождения покрытосеменных растений.   

Широкие листья гнетума – крайне редкое сегодня явление среди голосеменных.Хвойник произрастает только в засушливых регионах.  Вельвичия растёт только в прибрежных пустынях юго-запада Африки. Растение редко встречается далее, чем в ста километрах от берега. Это примерно соответствует тому пределу, которого достигают туманы, являющиеся для вельвичии основным источником влаги У вельвичии за всю жизнь вырастает всего 2 листа, которые удлиняются и под действием ветра рвутся на множество полос.

ГинкгоВидовое название растения – гинкго двулопастной.Гинкго - последний представитель некогда процветавшей группы голосеменных растений. Большинство гинкго вымерли вместе с динозаврами 80 млн лет назад. Последнее и единственное сохранившееся дерево было обнаружено в конце 17 века в японском саду. Люди сохранили и спасли это необычное растение от полного вымирания. Сегодня гинкго двулопастной выращивается по всему миру и ценится своей устойчивостью к загрязнению воздуха.На японском гинкго означает «серебряный абрикос». Так называли съедобные семена этого дерева, заключённые в белую косточку. Семена гинкго снаружи покрыты янтарно-жёлтой мякотью, правда, с очень неприятным запахом. Из-за этого запаха в ботсадах стараются высаживать черенки деревьев, дающих не семена, а мужские шишки с пыльцой. Осенью листья гинкго желтеют и опадают, что довольно необычно для голосеменных.

ХвойныеОколо 600 видов растений образуют отдел хвойных. Хвойные – исключительно древесные растения, хорошо известные своими иголками и шишками. Хвойные распространены в горных и северных лесах. Из-за уникального строения древесины, хвойные являются основным сырьем в лесной промышленности. Например, только в Америке 80% лесоматериала получают из хвойных.Хвойные успешно адаптировались к выживанию в холодном климате. Их коническая форма и гибкие ветви помогают деревьям сбрасывать снег, не давая толстым скоплениям снега ломать ветви. Листья хвойных чешуйчатой или игольчатой формы. Благодаря этому уменьшается площадь поверхности листа, с которой может испаряться вода. Кроме того, поверхность хвойных листьев покрывает толстая восковая кутикула, замедляющая потерю воды и останавливающая атаку болезнетворных организмов. Многие хвойные вечнозеленые - их листья остаются зеленными несколько лет и сбрасываются постепенно, а не сразу все одновременно. Сохранение листьев в течение всего года увеличивает продолжительность фотосинтеза. Однако некоторые хвойные, например лиственница, осенью листву всё же сбрасывают. 

Кедровая сибирская сосна кедром не является, а своё название получила за свою красоту и долголетие (живёт кедровая сосна до 800 лет). Отличить кедровую сосну от обыкновенной легко: у кедровой хвоинки собраны в пучки по две, а у обыкновенной – по пять.Именно из кедровой сосны получают кедровые орешки (которые, на самом деле, орехом не являются). Вкус и пользу кедровых орешков оценили ещё наши далёкие предки. Например, во времена Ивана Грозного кедровый орех был важнейшим экспортным товаром.Кедровые орешки едят около 200 видов птиц. Среди них выделяется птица кедровка. Эта птичка из семейства врановых делает многочисленные запасы кедровых орешков на зиму. О части из них птица забывает, таким образом помогая размножению кедровой сосне.

К семейству кипарисовых относят секвойи. Растут секвойи только на западном побережье Северной Америки. Это самые высокие растения на планете: их рост достигает 100 метров, а обхват ствола – 25 метров. Своё название дерево получило в честь индейского вождя Секвойи. Древесина секвойи красивого красного цвета. Для размножения, молодым саженцам секвойи необходим огонь. Огонь уничтожает толстый слой листвы и другие деревья, позволяя молодым секвойям быстро прорастать из семян. При этом пожар не наносит большого вреда и уже взрослым секвойям. Интересно, что когда человек стал следить за лесными пожарами и быстро их устранять, популяция секвой стала резко сокращаться. Неспособные конкурировать за свет с другими быстрорастущими растениями, саженцы секвойи быстро погибали.