Растения. Введение. Дополнение к природоведению

Растения. Введение.

К написанию этого текста меня подвиг курс природоведения, который изучает мой сын в школе. Мне не то чтобы он совсем не понравился, курс, в общем-то, нормальный такой, усреднённый, чтобы все хоть что-то поняли.  Но я решил написать свой, «заточенный» под моего ребёнка, но если кому-то он тоже понравится, то пользуйтесь. Жаль, местный формат не позволяет вставить сопроводительные картинки. Но и без них информация не потеряется.


Общая часть.

Растения не имеют общего предка. Вначале было несколько независимо возникших предков, от которых пошли разные ветви эволюции растений.
То есть растения - это объединение организмов, питающихся сходным образом (всегда есть исключения, но их мало).


Растения – что это? В чём отличие от животных?  Характерные особенности.

Возникновение растений произошло ещё тогда, когда жизнь была только в океанах. Некоторые из подвижных бактерий приобрели способность усваивать энергию солнечного света, в составе клетки появились дополнительные органы, содержащие хлорофилл.

Хлорофилл – это зелёный пигмент, который, находясь в составе клетки и соответствующем химическом окружении, под действием солнечного света даёт возможность растению производить органические вещества из неорганических. Из этих веществ они строят своё тело, и эти вещества служат питанием для травоядных животных. То есть именно растения закладывают основу питания всех остальных организмов на земле. Животные способны на основе простой органики, производимой растениями (сахара, крахмалы, растительные белки),  производить сложную (животные белки),  а также разлагать их с выделением энергии, которую используют для поддержания собственной жизни.

Насчёт энергии. Как вы знаете, при горении выделяется энергия. Растительные ткани -  древесина, листья - горючи. А отсюда, согласно закону сохранения энергии, следует, что для создания этой древесины и листьев энергия была затрачена, запасена в энергии химических связей. Процесс разложения с выделением энергии не обязательно должен идти в виде горения. Это может быть медленное разложение опавших листьев бактериями, или более сложная цепочка реакций в организме травоядного животного.  Но результат один:  превращённые растением в сложную органику углекислый газ и вода, вновь разлагаются на углекислый газ и воду.

Растения в процессе фотосинтеза кислород выделяют,  животные и растения в процессе дыхания -  поглощают.  Запишем два химических уравнения. (Формулы выглядят неприглядно, так как в естественном виде местный формат ввести их в привычном виде не позволяет)

1. Дыхание                C6H10O5 (крахмал) +6O 2 (кислород) = 6CO 2 (углекислота) + 5H 2 O (вода) + Энергия.                Именно эта энергия и является движущей силой всех наших мышц, нервных процессов, мышления. Причём растения тоже дышат кислородом и выделяют при этом углекислый газ. Но этот процесс дыхания в светлое время полностью маскируется фотосинтезом, при котором кислорода выделяется больше, чем поглощается при дыхании. А вот ночью, когда фотосинтез отсутствует, дыхание становится основным процессом. Поэтому ставить в спальне крупные растения, чтобы они ночью, в темноте вырабатывали  кислород - идея в корне неправильная. Растения в темноте дышат, как и мы, выделяя углекислый газ и поглощая кислород. Чтобы они и ночью давали кислород, им нужно обеспечить соответствующее освещение и тщательно выбирать виды растений.                 
2.       Фотосинтез.                6CO 2 (углекислота) + 5H 2 O (вода) + энергия солнца =C6H10O5 (крахмал) +6O 2 (кислород) + энергия (меньшая, чем полученная от Солнца)                Видно, что это -  процесс дыхания, у которого правую и левую части переставили местами. Растение перерабатывает в энергию не весь свет, а только 1-2 процента, но и этого достаточно для поддержания жизни на Земле. Когда растения жили только в воде, то, испытывая дефицит солнечного света, они могли поглощать и больший процент солнечного света. Но с выходом растений на сушу, ситуация изменилась: растениям приходилось бороться с избытком солнечных лучей, чтобы не перегреться и не засохнуть. Для этого нужно было реализовать два условия: максимально отражать прямые солнечные лучи и хорошо воспринимать рассеянный свет, чтобы была возможность вести процессы фотосинтеза на закате и рассвете, когда прямые солнечные лучи не такие обжигающие.  Есть предположение, что растения при выходе на сушу решили это таким образом: путём естественного отбора из всех мутаций выжили те, которые хорошо поглощают синий и красный цвет. Синий - это цвет неба, так как синий свет рассеивается сильнее всего в атмосфере.  (Ещё сильнее рассеивается фиолетовый и ультрафиолетовый.  Вообще, чем короче длина волны, тем сильнее рассеяние.  Так называемое, Рэлеевское рассеяние света, в честь физика Рэлея, который его описал.)  Красный - это цвет Солнца, прошедший через большую толщу атмосферы во время заката и восхода. Остальные цвета отражаются. А поскольку оставшиеся  - это желтая и зелёная части спектра, поэтому растения зелёные.


То есть наличие хлорофилла и способность к фотосинтезу - это первое основное отличие растений от животных.  Второе отличие - это наличие у растительных клеток твёрдой оболочки из целлюлозы. Это возникло на ранних стадиях развития растений, скорее всего как защитная функция. Целлюлоза – материал стенок растительных клеток, это полимер сахара. То есть берём несколько молекул сахара и соединяем между собой и получаем сначала крахмал, а когда соединяем очень много, то целлюлозу, из которой мы изготавливаем бумагу. Волокна натуральной ваты почти на 100 процентов состоят из целлюлозы. Переварить целлюлозу могут некоторые бактерии.  Именно они в специальном отделе травоядных животных разлагают целлюлозу съеденных ими растений до состояния, когда пищеварение животного может справиться уже само.
Появление таких прочных оболочек привело к тому, что все питательные вещества растительная клетка может воспринимать только в растворённом состоянии. Отсюда способность усваивать полезные вещества растение может только через поверхность и как следствие - необходимость увеличивать эту поверхность.
Растения вынуждены иметь очень разветвлённую поверхность, огромная площадь листьев и корней - следствие этого. Растение не может, как животное, поглотить и переварить кусок высококонцентрированной пищи. Оно воспринимает полезные вещества из низко концентрированных водных растворов. Исключения - это растения – хищники.  Но их мало и они редки, так как из-за малоподвижности не являются конкурентами животным хищникам.

Малоподвижность - тоже следствие питания «всасыванием».  Для питания необходимы углекислый газ, солнечный свет, вода и минеральные вещества.  Для движения нужна энергия. Много энергии. Для того чтобы извлекать необходимое количество минеральных веществ из почвы, площадь поверхности корня должна быть большой.  Для того чтобы использовать почвенные воды, корень должен уходить глубоко в почву. Вещества, извлекаемые корнями растения из области вокруг корня, с достаточной скоростью восполняются движением подземной влаги. Быстрая перемена места, что было бы, будь растения подвижными, ничего не изменила бы в питании растения. Действительно, находится это дерево здесь или километром дальше - в среднем неважно. Почвы достаточно однородны. Водные растения омываются водой, которая доставляет всё необходимое прямо к поверхности растения, поэтому подвижность им также не нужна.

Ещё один фактор, который делает подвижность ещё менее необходимой - это способ размножения. Животные расселяются в активном состоянии, для них прекращение подачи питательных веществ и воздуха - это смерть.  Исключение - состояние спячки, но в этом состоянии они не способны расселяться. Растения размножаются зачатками или диаспорами.  Они могут быть различного вида.  Это семена, споры, побеги, клубни. Диаспоры могут находиться в неактивном состоянии длительное время. В этом состоянии им не нужны вода, свет, питательные вещества. Когда они попадают в условия благоприятные, то прорастают и дают жизнь новому растению. Как видно, при таком способе расселения нет необходимости в подвижности как самого растения, так и семян. Имеется ввиду,  самостоятельное движение, требующее затрат энергии от растительного организма.  Но растения широко используют для расселения семян внешние факторы: воздушные потоки разносят специально приспособленные  семена на сотни километров, тоже делают потоки водные, шерсть и кишечник растений, а зачастую и человек.


Растения делятся на низшие, у которых тело не расчленено на листья, корни и стебли, и высшие.

К низшим относят:
1. Бактерии и актиномицеты.
2. Водоросли.
3. Грибы. Хотя грибы по многим признакам выносят в самостоятельное царство, так как они отличны и от растений, и от животных.
4. Лишайники – симбиоз гриба и водоросли.

Высшие растения:
1. Псилофиты (первые сухопутные растения, ныне вымершие, произошли от зелёных или бурых водорослей).
2. Мхи
3. Папоротники.
4. Голосеменные.
5. Покрытосеменные (Цветковые).