ЗЕЛЕНІ РОСЛИНИ - ОСОБЛИВА ФОРМА ЖИТТЯ, Особливості життєдіяльності зелених рослин -
Особливості життєдіяльності зелених рослин
Живі організми на земній кулі представлені кількома основними групами. Це рослини, тварини, гриби та мікроорганізми. Головна відмінність рослин від тварин та більшості мікроорганізмів, безумовно, пов'язана з характером харчування. Для зелених рослин характерний автотрофний тип харчування, заснований на процесі фотосинтезу, при якому нова органічна речовина створюється з простих неорганічних сполук, тоді як тварини живляться гетеротрофно, тобто використовують готову органічну речовину.
Фотосинтез, властивий зеленим рослинам, - це унікальний фізіолого-біохімічний процес, при якому з вуглекислого газу повітря та води за рахунок сонячної енергії, що поглинається зеленим пігментом хлорофілом, утворюються органічні речовини.
Не тільки спосіб харчування сам собою відрізняє рослини від тварин. З автотрофність рослин пов'язана ціла низка інших їх особливостей, що випливають з автотрофності і визначають своєрідність життєдіяльності рослин.
Для всіх живих організмів важливу роль відіграє розподіл харчових ресурсів у просторі. їжа тварин сконцентрована у певних місцях. У фітофагів – там, де ростуть їстівні рослини, у м'ясоїдних хижаків – там, де знаходиться їхня жертва. Виникає необхідність знайти цю їжу і переміститися в місце знаходження. Тому тварини – істоти рухливі.
"Їжа" рослин, а головні її компоненти - це вуглекислий газ та сонячне випромінювання, навпаки, порівняно рівномірно розподілена у просторі. Це стосується як водяних, так і наземних рослин. У групі зелених водоростей рухливими є лише примітивні одноклітинні форми або види з міксотрофним типом харчування, тоє здатні як здійснювати фотосинтез, і поглинати готові органічні речовини.
Переважна більшість фотосинтезуючих водоростей як продукт фотосинтезу утворює кисень, його бульбашки залишаються в клітинах і сприяють випливу таких водоростей у верхні шари води, де вища освітленість. У якихось спеціальних органах руху в цьому випадку немає необхідності, тому в міру еволюції всі одноклітинні зелені водорості втрачали органи руху - джгутики.
У наземних фотосинтезуючих рослин витрата значної кількості матеріальних ресурсів та енергії на формування органів руху виявилася невигідною. Переміщення туди, де в повітрі тимчасово може бути дещо більша концентрація вуглекислого газу або яскравіше світить сонце, не закрита хмарою, а ґрунт дещо вологий, особливих вигод не дає. Витрати матеріально-енергетичних ресурсів у рослин на побудову органів руху та переміщення у просторі для отримання таких мізерних та ненадійних переваг у харчуванні явно себе не виправдовують. Тому рослини – це організми нерухомі.
Отже, нерухомість рослин повністю зумовлена особливостями їх харчування.
У процесі тривалої еволюції у зелених сухопутних рослин відповідно до їх автотрофності та нерухомості сформувалася досить типова морфологія на структуру. Вони розвиваються генеративні (спорангії, суперечки, квітка, плід, насіння) і вегетативні структури (рис. 1.1). Вегетативних органів лише три. Основний їх - це листок, у клітинах якого здійснюється фотосинтез. Формування листової поверхні у кожного з видів зелених рослин визначає-
Мал. 1.1. Схема будови тіла вищої рослини на прикладі дводольної рослини:
1 – головний корінь; 2 - бічнікоріння; С - сім'ядолі; 4 – гіпокотип; 5 – епікотиль; 6 – вузол; 7 – пазуха листа; 8 - пазушна нирка; 9 міжвузля; 10-аркуш; 11 -квітка; 12 – верхівкова нирка; 13 – стебло
ся генетичними та екологічними факторами. Це створює величезну різноманітність форм і структур листового апарату, який навіть у одного виду рослини у різних екологічних умовах суттєво змінюється. Однак функції зеленого листя взагалі завжди залишаються однаковими: поглинання вуглекислого газу та сонячної енергії.
Кореневі системи зелених рослин структурно менш різноманітні, їх основні функції полягають у закріпленні, фіксації рослини на певному місці та в поглинанні з ґрунту води та мінеральних речовин, необхідних для процесу фотосинтезу.
Стебло виконує роль повідомлення листя та коріння. Ксилемого стебла вгору рослиною піднімаються вода і іони мінеральних речовин, необхідні фотосинтезу і метаболізму загалом, а флоемою вниз рослиною переміщаються готові органічні речовини, службовці на формування та зростання кореня.
Нерухомість дозволила зеленим рослинам економно витрачати матеріально-енергетичні ресурси і тим самим стала певною перевагою, але ж вона суттєво обмежила можливість рослин пристосовуватися до мозаїчного та виключно змінного екологічного середовища шляхом зміни місця "проживання". Як компенсацію нерухомості у зелених рослин у процесі еволюції сформувався цілий комплекс структур та властивостей, що забезпечують їхнє виживання саме як нерухомих організмів. Цей комплекс називають механізмом тонкої настройки (fine-tuning) рослини на місце її існування. Його складовими виступають біохімічні, фізіологічні та морфологічні адаптації. Для рослин такий механізм особливо важливий,оскільки в рівній мірі при поширенні насіння вітром, тваринами або іншими агентами насіння проростає там, куди воно випадково потрапило, і нової молодої рослини необхідно пристосуватися до екологічних умов саме цього місця. Переміститися вона може.
Нерухомість рослин у першу чергу компенсується філотаксисом - здатністю змінювати положення листя в просторі з формуванням листової мозаїки та цілою системою тропізмів, які визначають напрямки росту пагонів та кореня. Вони допомагають рослинам повніше використовувати ресурси вуглекислого газу, світла, мінеральних речовин та води у тих місцях, де вони знаходяться.
Завдяки позитивному геотропізму корінь завжди росте вниз по градієнту сили тяжіння, а через негативний геотропізм пагони завжди ростуть вгору. Гідротропізм забезпечує зростання коренів рослин у ґрунті у напрямку підвищення його вологості, а Хемотропізм визначає їх зростання у бік тих ділянок ґрунту, де вища концентрація необхідних мінеральних речовин. Загалом система орієнтованих ростових процесів певною мірою компенсує загальну нерухомість рослини: вона дозволяє рослині в тому місці, де проросло її насіння, зайняти позицію, яка є найбільш екологічно сприятливою. Отже, формотворний процес це важлива особливість рослин, що забезпечує максимальну пристосованість до умов проростання.
Адаптованість рослин до екологічного середовища забезпечується і властивістю їх клітин, яка називається тотипотентністю.Тотипотептність -це здатність молодих клітин диференціюватися в будь-яку з клітин дорослої рослини. У нормі у тварин тотипотентність властива лише заплідненій яйцеклітині (зіготі), проте у рослин тотипотентність може бути реалізованакожної неспеціалізованої соматичної клітини. Тотипотентність клітин виявляється у поширеній здатності рослинного організму до відновлення втрачених частин - регенерації. Добре відомим прикладом регенерації є утворення при живцювання рослин додаткових коренів на зрізаних пагонах.
Необхідність захищати себе від фітофагів зумовила появу рослин цілого ряду морфологічних захисних пристосувань. Це різні шипи та колючки. Сформувалася також лінія біохімічного захисту, що охоплює утворення у рослинах широкого асортименту різних токсинів, глікозидів та алкалоїдів, біосинтез яких практично повністю відсутній у тварин.
Відрізняються рослини від тварин та за тривалістю росту. Зростання рослин у період вегетації практично постійним процесом (особливо зростання та розгалуження кореневих систем), тоді яку тварин він пов'язаний лише з першими етапами онтогенезу.
Рослини ростуть, тварини рухаються. Рослини реагують на довкілля формоутворення, а тварини - зміною поведінки.
Зіставляючи особливості рослин і тварин, слід зазначити, що їжа рослин, що отримується ними з навколишнього середовища поверхнею листя і коріння. Чим більша ця поверхня, тим ефективніше відбувається поглинання вуглекислого газу, світла, іонів мінеральних речовин та води. Тому відношення поверхні(s)до об'єму (v) у рослин має тенденцію до максимізації, тобтоs / v→ ∞. На відміну від цього принцип побудови тіла тварин на основі особливостей їхньої фізіології інший - він спрямований на мінімізацію зовнішньої поверхні: s/v → 0.
Загалом рослини за багатьма параметрами форми та властивостями суттєво відрізняються від тварин, але при цьому мають дужетонко і точно функціонуючі механізми виживання та розмноження. Просто механізми не такі, як у тварин.
Відмінності у способі харчування в рослин і тварин проявляється у окремих особин, вони охоплюють та його популяції, тобто сукупності особин, у вигляді яких є всі види живих організмів.
Положення окремої особи тварин у межах території, яку займає їхня популяція, не фіксовано, тоді як рослини завжди знаходяться у певних локусах популяційного поля та прикріплені до нього кореневою системою. І тут популяційне полі - це територія, де більш-менш компактно проживають особини одного таксономічного виду.
В основі всіх особливостей рослин лежать фізіологічні процеси, кожен з них має певну спрямованість і реалізується в залежності від екологічних особливостей довкілля. Більшість рослин - багатоклітинні організми, і всі їх фізіологічні процеси прив'язані до певних клітин та внутрішньоклітинних структур, а також груп клітин, що утворюють рослинну тканину, спеціалізовану для реалізації певної фізіологічної функції. Наприклад, хлоренхіма – процесу фотосинтезу, ксилема – проведення води та мінеральних речовин.