Книга: Я познаю мир. Ботаника

Глава о том, как возникло семя

Глава о том, как возникло семя

Перед вами последняя глава этой книги. Приготовьтесь к тому, что читать ее вам будет не очень легко, потому что речь в ней пойдет о вещах запутанных и сложных, но от этого не менее интересных. Мы с вами планировали разобраться, как наземные растения «научились» размножаться, обходясь без воды, и из чего возникло семя.

Знакомьтесь – профессор Зеленовский. Всю свою жизнь посвятил изучению растений, но, дожив до седых волос, утверждает, что и теперь знает о них не больше, чем в самом начале своей научной карьеры, когда еще мальчиком уронил на себя дедушкин кактус

Эта глава для тех, кто действительно хочет получить ответы на эти вопросы. А разобраться в них нам поможет профессор ботаники Зеленовский и растения, с которыми вы уже познакомились на страницах этой книги.

Все началось с того, что однажды в компании водоросли Порфиры, мха Сфагнума,

Плауна булавовидного и папоротника Многоножки разгорелся спор о том, какие растения самые лучшие, самые важные, самые красивые и вообще самые–самые. Профессор попытался было объяснить спорщикам, что это бессмысленная трата времени – все ныне живущие растения приспособлены к современным условиям и все занимают свое место в «хозяйстве» природы, – но не тут–то было.

Больше всех выступал Сфагнум. Он упрямо бубнил что–то об образовании болот, о древности всего их мшиного рода и о том, что трудно найти место на Земле, где бы не рос мох. Низенький Плаун бахвалился высотой, красотой и мощью своих вымерших родственников – лепидодендронов.

Папоротник Многоножка припомнила, что ни у плаунов, ни у хвощей нет такого количества родственников, как у нее. Шутка ли – 12.000 видов папоротников! В одном только

Мох, Плаун и Папоротник сошлись между собой: водоросли им и в подметки не годятся – нет у них ни кутикулы, ни устьиц, ни механических и проводящих тканей. Потом Плаун и Папоротник припомнили водорослям и отсутствие настоящих органов – корней, побегов, листьев (Сфагнум, правда, в это время скромно помалкивал). И тут Порфира не выдержала.

Порфира: Не очень–то задавайтесь! Мы, мол, продвинутые, мы, де, высокоорганизованные... Да если бы не мы, водоросли, не было бы и вас, многоуважаемые мхи, и уж тем более вас, дорогие папоротникообразные! Раньше вас всех в древних морях и океанах Земли возникли зеленые водоросли. Они–то и стали вашими предками. А я, между прочим, хоть и к красным водорослям отношусь, состою с ними в близком родстве. – И Порфира еще больше покраснела от гордости за свое высокое происхождение. – Так вот, о чем это я. Мы – зеленые водоросли...

Сфагнум: Ну–у–у–у, завела свою шарманку. Сейчас вспомнит о всех своих желто–буро–зеленых и серо–малиновых в крапинку родственничках и покойных риниофитов приплетет.

Порфира: А что? Риниофиты – это прямые потомки зеленых водорослей. Это они первыми выбрались на сушу. Они же были предками хвощей и папоротников, а к мхам, между прочим, риниофиты не имеют никакого отношения, скажите, профессор.

Профессор Зеленовский: Действительно, ученые до сих пор не располагают сведениями о том, какие именно древние водорослеподобные растения были предками мохообразных. Известно только, что и у мхов, и у остальных сосудистых растений был общий предок – сложно устроенная зеленая водоросль. Зато мы знаем, что предки плаунов – зостерофиллофиты – возникли почти одновременно с риниофитами около полумиллиарда лет назад.

Плаун: Значит, мы, плауны, произошли, не от риниофитов, как все остальные наземные растения, а от особого ствола... Интересно! То–то я всегда чувствовал, что чем–то отличаюсь. Скажите, профессор, а как выглядели мои предки?

Профессор Зеленоеский: И риниофиты, и зостерофиллофиты известны нам только по сохранившимся отпечаткам в древних породах. Судя по всему, они были довольно похожи друг на друга: одни безлистные «стебли» росли горизонтально в иле, другие устремлялись вверх. На этих зеленых веточках формировались спорангии, собранные в спороносные колоски, наподобие тех, что мы видим у плаунов.

Тут на пороге профессорского кабинета возникли Сосна и Осина.

Порфира’. О–о–о–о, а вот и голосеменные с цветковыми пожаловали!

Зостерофиллофит. 1 – «корневище»; 2 – надземные «побеги»; 3 – спорангии

Сфагнум: Сейчас начнут выступать: «у нас семена, у нас плоды, у нас цветы...»

Профессор Зеленовский: Здравствуйте, дорогие мои. А у нас здесь настоящий научный диспут по вопросам происхождения разных групп растений.

Сосна: По вопросам происхождения? Это интересно. Ну, про цветковых мне все известно – это потомки моих голосеменных предков. Цветковые просто ловко использовали наше главное изобретение – семя. Но чего не отнимешь, того не отнимешь – впервые семя появилось именно у нас, у голосеменных.

Многоножка: Неправда! Семя впервые изобрели семенные папоротники!

Профессор Зеленовский: Действительно, семенные растения произошли от каких–то древних папоротников, но, как только растения приобрели семя, они сразу же перешли из отдела папоротниковидных в отдел голосеменных. Поэтому семенные папоротники папоротниками только называются, но составляют особый класс отдела голосеменных растений.

Осина: А по–моему, гораздо интереснее выяснить, не у кого, а из чего возникло семя. Не на пустом же месте оно появилось? Расскажите об этом,

– Да, расскажите! – подхватили Порфира, Сфагнум и Плаун. Им показалось, что выступление Многоножки затмило их скромные достижения.

Профессор (задумчиво теребя бороду): Я расскажу, но при одном условии – вы все будете мне помогать.

– Да, но мы же ничего про это не знаем, – в замешательстве протянул Плаун.

Профессор улыбнулся: Каждый из вас, уважаемый Плаун, знает о себе гораздо больше, чем все ученые мира... Но начать нам придется издалека. Помните ли вы, что такое половое размножение?

Порфира’. Я знаю! В главе про водоросли, то есть про меня, говорилось, что половое размножение – это такое размножение, когда новый организм, то есть новая порфира, получается в результате слияния двух половых клеток: мужской и женской.

Профессор Зеленовский: Молодец, Порфира! Половые клетки по–другому называются гаметами: женская гамета – яйцеклетка, а мужская – сперматозоид.

Сфагнум: Не понимаю, какое это имеет отношение к семени.

Профессор Зеленовский: Не торопись – сейчас поймешь. Итак, суть полового размножения заключается в слиянии двух разнополых клеток (женской и мужской гаметы). После их слияния (оплодотворения) из образовавшейся зиготы развивается новое растение, или животное, или человек.

Порфира: И даже человек!

Профессор Зеленовский: И даже человек. Все живые существа в принципе очень похожи друг на друга. Новый организм, получившийся от слияния двух родительских клеток, будет одновременно и похож на родителей, и непохож на них. Догадались почему?

Сосна: А чего тут догадываться, если яйцеклетка от мамы, а сперматозоид от папы, то ребенок будет похож и на маму, и на папу, точная копия мамы или папы уже не получится!

Осина: Ага, значит, в результате полового размножения появляется новый организм, обладающий новым набором признаков и свойств.

Плаун: Да, и эти новые признаки и свойства могут оказаться полезными...

Профессор Зеленовский: Совершенно верно! Но для объединения генетической информации родителей необходимо оплодотворение, то есть слияние половых клеток обоих родителей или хотя бы одного родителя.

Порфира: А, все понятно. При слиянии гамет растений–родителей их генетическая информация объединяется. В результате образуется новое растение. Пока оно маленькое, его называют семенем.

Профессор Зеленовский: Нет, Порфира, до семени еще далеко. Вспомни, что происходит после слияния гамет у водорослей.

Порфира: После того как яйцеклетка сливается со сперматозоидом или спермием (это неподвижный сперматозоид без жгутика – такие бывают у некоторых водорослей), образуется зигота, которая может долго находиться в состоянии покоя, но как только наступят подходящие условия, она прорастает в новое растение водоросли. Ой, действительно, никакого семени не образуется!

Профессор Зеленовский: Конечно, нет. Семена нужны в том числе чтобы защитить зародыш нового растения от высыхания, но такая предосторожность для водного растения излишняя. В водной среде не существует еще одной сложности, с которой сталкиваются растения на суше. У водорослей мужские гаметы добирались до женских вплавь. А по суше как прикажете добираться? Вся эволюция наземных растений представляла собой попытку выйти из этого тупика, что окончательно удалось сделать только семенным растениям. Но до этого момента растениям предстояло пройти немалый путь.

Многоножка: Не понимаю, почему нельзя было в таком случае ограничиться бесполым размножением. Для прорастания споры не нужно оплодотворение, значит, можно было бы обойтись без воды вовсе. И всех этих ужасных сложностей для наземных растений не существовало бы.

Сосна: Да ты все прослушала, что ли?! Только что обсуждали, что половое размножение нужно для того, чтобы у новых растений могли проявиться новые свойства. А вдруг окажутся полезными?

Порфира: Но, насколько я знаю, от бесполого размножения спорами наземные растения тоже не отказались?

Многоножка, Плаун и Сфагнум (в один голос): Конечно, мы не отказались, и хвощи тоже.

Сосна. Вот именно. И как же это можно объяснить?

Профессор Зеленовский: Наземные растения не могли отказаться от бесполого размножения хотя бы потому, что так размножались их предки. Ну–ка, Порфира, напомни нам, как протекает жизнь обычной водоросли и для каких целей обычной водоросли нужны споры.

Порфира: Это я могу. Это, пожалуйста. Мы, водоросли, как вы уже знаете, существа двуличные. А двуличные мы потому, что проживаем жизнь в двух разных обличиях: спорофита и гаметбфита (кто не помнит, что это такое, советую вернуться на с. 170). Само название «спорофит» подразумевает то, что такая водоросль образует споры. Не знаю, как там у наземных родственников, а у нас, водорослей, все продумано до мелочей: гаметофиты образуют гаметы, которые сливаются и образуют зиготу. Обычно это происходит, когда условия жизни изменяются не в лучшую сторону. Теперь, после рассказа Профессора, я поняла, почему так происходит. Чем сложнее условия существования, тем полезнее получить новые свойства и признаки, а они быстрее всего появляются в результате полового размножения. Дальше, если помните, идет стадия зиготы. Она прорастает не сразу и, благодаря этому, очень устойчива ко всяким превратностям судьбы. Но когда условия улучшаются, зигота прорастает в спорофит. Спорофит образует миллионы и миллионы спор...

Профессор Зеленовский: Стоп. А в чем заключается функция спор?

Плаун: Это каждому ясно: множество спор позволяют быстро увеличить число водорослей, или плаунов, или мхов, или хвощей...

Многоножка: или папоротников! Но кое–что ты, Плаун, забыл. Мельчайшие, легкие споры могут разноситься ветром на большие расстояния. Споры нужны еще и для расселения. Это подвижные животные могут позволить себе только половое размножение – у них расселяются взрослые формы. А нам, неподвижным растениям, нужны особые расселительные клетки.

Профессор Зеленовский: Молодцы! Итак, половое и бесполое размножение – это наследство, которое досталось наземным растениям от их предков – водорослей. Но, как мы выяснили, наземным растениям нельзя было обойтись ни без полового размножения, ни без спорового. Без слияния гамет не получатся растения с новыми свойствами, а без летучих спор невозможно освоение новых местообитаний.

Порфира: Я хочу обратить внимание уважаемой аудитории на один важный факт. Мы, водоросли, – совершенно уникальные растения. Мало того, что мы проживаем жизнь в двух разных обличиях – спорофита и гаметофита, у разных видов жизненный цикл сильно отличается друг от друга. Одни водоросли

Соотношение стадий гаметофита и спорофита в жизненном цикле различных водорослей: 1 – гаметофит;2 – спорофит

проживают большую часть жизни в виде спорофита (большинство красных и бурых водорослей, в том числе ламинария), другие – в виде гаметофита, наконец, третьи делят свою жизнь между спорофитом и гаметофитом поровну (например, у льва).

Профессор Зеленовский: Спасибо, Порфира. Обратите внимание, в воде разные водоросли могли позволить себе «выбирать» разные варианты жизненных циклов, но большинство наземных растений избрали вариант господства спорофита над гаметофитом.

Сфагнум: Все, кроме нас – мхов. Я и все мои мохобородые родственники, начиная с примитивного печёночника и заканчивая совершенными листостебельными мхами, к коим относится ваш покорный слуга, большую часть своей долгой жизни проводят в стадии гаметофита. Спорофиту же мхов положено расти на мхе–гаметофите, во всем от него зависеть и питаться за его счет. Так у нас, мхов, заведено иостари, на том и стоим.

Профессор Зеленовский: Действительно, у мхов все наоборот, но такой перевернутый жизненный цикл в мире наземных растений – исключение. Кроме мхов, у всех остальных растений суши преобладает спорофит – растение, которое образует споры.

Осина: А почему главным на суше стал именно спорофит?

Профессор Зеленовский: Причина этого становится ясной, если вспомнить, что основной функцией гаметофита является образование половых клеток. В воде гаметам не угрожает высыхание, но на суше они особенно уязвимы. До яйцеклетки сперматозоид может добраться только по тонкой пленке воды у поверхности, почвы. Гаметофит «привязан» к земле потребностью гамет во влаге. Спорофит, напротив, устремлен вверх. Ведь его задача – распространить споры – на суше сильно усложняется. В воде все просто: зооспоры сами расплываются в разные стороны, а если споры неподвижны, они разносятся течениями. На суше надежда только на ветер, но, чтобы его использовать, нужно вынести спорангии как можно выше. Так, само собой получилось, что спорофит стал мощным и заметным, а гаметофит все больше и больше вжимался в почву.

Соотношение стадий гаметофита и спорофита в жизненном цикле мхов, плаунов, папоротников,голосеменных и цветковых

Многоножка: Ой, верно. Даже смешно сравнивать огромные древовидные папоротники – спорофиты и их крошечные заростки–гаметофиты. С одной стороны, высокие деревья, или,. по крайней мере, крупные вайи, с другой – тоненькие зеленые пластиночки, которые стараются вжаться поглубже во влажную почву.

Гаметофит (заросток) папоротника: 1 – ризоиды; 2 – половые органы (архегонии и антеридии)

Плаун: А наши плауновые заростки и вовсе сидят в земле. Там влажность выше, а значит, и опасность засохнуть меньше.

Сфагнум: Интересно, уважаемый Плаун, чем же питаются под землей ваши зеленые заростки?

Плаун: Это у папоротников да у хвощей они зеленые, а наши бесцветные. А кормят нас грибы. У нас с ними взаимовыгодная сделка. Симбиоз, значит.

Гаметофит (заросток) плауна: 1 – ризоиды;2 – половые органы (архегонии и антеридии)

Порфира (в замешательстве): Это что же получается? Вы все – тоже двуликие?

Мох, Плаун, Папоротник (наперебой):

Конечно, у нас тоже есть и спорофит, и гаметофит, совсем как у водорослей.

Профессор Зеленовский. Естественно, в природе ничто не проходит бесследно.

Все наземные растения унаследовали от своих водных предков сложный жизненный цикл, состоящий из двух стадий: спорофита и гаметофита. Вот тут–то и зарыта собака...

Сфагнум. Не понимаю, причем здесь собака?

Плаун. Успокойся, мохобородый, это такое образное выражение. Профессор хочет сказать, что любезные водоросли оставили нам с тобой тяжелое наследство в виде стадии гаметофита. Избавиться от нее было нельзя – надо же откуда–то брать половые клетки! Но и оставлять гаметофит таким, каким он есть, тоже не очень–то умно. Посмотри на гаметофит Многоножки – тонкий, слабый, любой жук или слизняк его сжует, а солнце высушит.

Многоножка: Подумаешь, у тебя такой же!

Профессор Зеленовский: Не ссорьтесь – это правда – ваши гаметофиты плохо защищены, особенно от высыхания. Пока климат на Земле был теплый и влажный, в этом не было ничего страшного и споровые растения процветали. Древовидные хвощи, папоротники и плауны образовывали леса. Но как только климат стал чуть суше... Попробуйте представить себя на месте ваших предков. Как бы вы защитили свой гаметофит?

Плаун: Нужно сократить продолжительность жизни гаметофита – пусть он станет совсем маленьким, тогда ему потребуется меньше времени, чтобы вырасти, а значит, и опасностей ему будет грозить меньше. Можно даже рассчитать так, чтобы споры высыпались в самое влажное время года и успевали прорастать, пока не наступил более сухой сезон. Представьте себе, спора попадает во влажную почву и начинает быстро прорастать. Теперь в кратчайшие сроки гаметофит должен успеть вырасти и сформировать половые органы: в женских (их называют архегониями) – разовьются яйцеклетки, а в мужских (антеридиях) – сперматозоиды. После того как гаметы созреют, происходит оплодотворение, и зигота сразу же начинает делиться. После первого деления это уже не зигота, а молодой спорофит.

Половые органы споровых растений. 1 – незрелый архегоний; 2 – зрелый архегоний; 3 – незрелый антеридий; 4 – зрелый антеридий; 5 – яйцеклетка; 6 – сперматозоиды; 7 – оплодотворенная яйцеклетка (зигота)

Порфира. Какой ты шустрый! А где у твоей зиготы период покоя?

Плаун: У зиготы наземных растений нет никакого периода покоя – они прорастают сразу. Спроси у Папоротника, он подтвердит. И не мешай мне – я еще не закончил. Так вот, молодой спорофит быстро растет, стремясь покинуть опасный возраст заростка. Развив мощную корневую систему, он обеспечит себя водой, кутикула на листьях защитит его от высыхания, а кора на стебле, корневище и корнях поможет уберечься и от высыхания, и от многочисленных пожирателей растений, против которых был беззащитен нежный заросток–гаметофит. Ну, как вам мой проект защиты гаметофита?

Профессор Зеленовский: Неплохо, неплохо, Плаун. В целом, ты, конечно, прав. Хотя у меня есть одно возражение. Ты прав в том, что гаметофит на суше настолько уязвим и слаб, что растению становится выгодно, как можно сильнее сократить эту стадию жизненного цикла. Этот процесс можно проследить и на примере современных растений. У плаунов заростки живут от 6 до 15 лет и дольше. У наи? более примитивных папоротников – до 5 лет. А сердцевидный гаметофит щитовника мужского – одного из самых обычных папоротников наших лесов – живет всего один–два месяца.

Плаун: А возражение, позвольте узнать, какое?

Профессор Зеленовский: Ну, во–первых, предложенный способ не дает радикального решения проблемы – гаметофит, пусть и один–два месяца, должен выжить в изменчивых условиях. Кстати, что любопытно, подземные гаметофиты, которые вы, уважаемый Плаун, считаете самыми защищенными, характерны для наиболее примитивных споровых растений. Развиваются они долго и поэтому невыгодны. А у наиболее совершенных папоротников гаметофиты развиваются быстро, но расположены на поверхности почвы, они тонкие и легко высыхают. И тут – тупик, и там – тупик, Многоножка, Порфира, Сфагнум, а вы придумали какой–нибудь способ для защиты гаметофита от высыхания?

Порфира: А что если гаметофит будет развиваться под защитой спорофита? Ну, как будто спорофит его вынашивает, как кенгуру своего детеныша. Только представьте себе: спора никуда не улетает, а прорастает в гаметофит, не выходя из спорангия, здесь же происходит оплодотворение и начинается развитие молодого спорофита – зародыша нового растения. Конечно, гаметофит при этом лишится самостоятельности, но зато ему больше не угрожали бы гибель от высыхания и прожорливых букашек.

Профессор Зеленовский: Умница, Порфира!

Сфагнум: Да, а может, эта растительная кенгура еще и выкармливать будет своего гаметофитика?

Порфира: И будет, и будет. Скажите ему, Профессор. Большой спорофит будет выкармливать свой маленький гаметофит до тех пор, пока он не станет самостоятельным.

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.