Ботаника как наука, разделы ботаники. Отличительные особенности и функционирования растительного организма. Жизненные формы растений.

Ботаника — сложная система научных дисцип­лин, изучающих растительный мир во всем его богатстве форм и жизненных —проявлений. Вместе с зоологией, изучающей животный мир, она входит в состав биологии — науки о живых существах, о жизни во всех ее проявле­ниях.

Разделы ботаники.Изучение растений продолжалось в течение тысячелетий, однако, подобно всем отраслям науки, оно разделилось на специализированные направления только за последние 300 лет. Немногим более 100 лет назад ботаника еще относилась к медицине, и ею занимались главным образом врачи, для которых она была увлечением или основным делом. Однако сейчас это — важная научная дисциплина с многими раздела­ми. Растения изучают с различных сторон. Исторически возник ряд разделов, каждый из которых решает свои задачи и исполь­зует собственные методы исследования.

Морфология (греч. морфа — форма; логос — слово, учение) изу­чает внешние формы и внутренние структуры, воспринимаемые непосред­ственно человеческим глазом или с помощью инструментов (лупы, светового или электронного микроскопов). Этот раздел можно также назвать с т р у ктурной ботаникой. Морфология составляет первоначальную и совер­шенно необходимую основу для всех других ботанических дисциплин. Поэтому изучение ботаники начинается с морфологии.

Морфология, в свою очередь, включает ряд разделов, морфологических по своему существу. Цитология (греч. китос, цитос — сосуд, клетка) изучает строение и жизнедеятельность клеток. Гистология (греч. гистос — ткань) растений исследует растительные ткани и их распределение в органах растений. Обычно в качестве особого раздела выделяют анато­мию (греч. анатомео — разрезаю) растений, которая с помощью микроско­па изучает строение растений и, следовательно, включает цитологию и гис­тологию. Разделом анатомии является также гистохимия, которая с помощью микроскопа и химических реакций устанавливает распределение веществ в клетках и тканях.

В качестве одного из разделов структурной ботаники исторически обо­собилась эмбриология (греч. эмбрион — зародыш) растений, изу­чающая зарождение и ранние этапы развития растений.

Физиология исследует жизненные процессы, присущие растениям (обмен веществ, рост, развитие и пр.). Она широко использует методы физики и химии, являясь наукой по преимуществу экспериментальной. От физиологии обособились биохимия и биофизика растений.

Систематика растений ставит перед собой несколько целей. Прежде всего необходимо описать все существующие виды. Эти виды должны быть классифицированы, т. е. распределены по более крупным таксономи­ческим (греч. таксис — расположение по порядку; номос — закон) груп­пам (таксонам) — родам, семействам, порядкам, классам и отделам. Такая инвентаризация видов и расположение их в легко обозримой и удобной системе совершенно необходимы, в каком бы направлении ни изуча­лись растения дальше. Однако главная задача систематики — восстановле­ние путей эволюционного развития растительного мира. Для решения этой задачи систематика использует не только морфологический анализ; она привлекает и оценивает данные всех ботанических дисциплин. По выраже­нию академика А. Л. Тахтаджяна, ее можно назвать «фундаментом и венцом биологии».

Восстановлению хода эволюционного развития растений помогает палеоботаника (греч. палайос — древний), которая изучает виды растений, существовавшие в далекие геологические времена и вымершие, но дошедшие до нас в виде окаменелостей и отпечатков в горных породах.

Фитоценология изучает растительные сообщества — фитоценозы (греч. фитон — растение; койнос — общий). Под фитоценозом понимают со­вокупность растений, исторически приспособившихся к совместному сущест­вованию на определенной территории. Фитоценозы обладают своей устой­чивой структурой. Они повторяются, образуя леса, луга, болота, пустыни. Особенности фитоценозов нельзя объяснить только особенностями отдель­ных видов растений, входящих в их состав, поскольку по сравнению с отдельными растениями фитоценозы представляют собой качественно но­вый уровень организации живого мира, со своими более сложными законами строения и развития.

С фитоценологией тесно связана флористика, главная задача которой заключается в составлении флор. Под флорой понимают список всех видов, обитающих на определенной территории.

География растений изучает распределение видов растений и фитоценозов на поверхности Земли в зависимости от климата, почв и геоло­гической истории.

Экология (греч. ойкос — дом) растений исследует взаимосвязи рас­тений с окружающей средой, влияние последней на их строение и жизне­деятельность. Любой организм представляет собой результат длительной приспособительной эволюции в определенных условиях обитания. Поэтому его строение и жизнедеятельность можно понять только при сопоставлении с особенностями природного окружения. Следовательно, все разделы бота­ники должны носить экологический характер. В соответствии с этим выде­ляют экологическую морфологию, экологическую анатомию, экологическую физиологию и т. д. Экология использует методы наблюдения, описания и эксперимента.

Перечисленные основные разделы ботаники нерезко обособлены друг от друга, и их выделение в качестве самостоятельных научных дисциплин в значительной степени условно. Это легко понять, вспомнив, что изучается целостный организм: его форму нельзя понять, не зная, какие функции эта форма выполняет и как она приспособлена к условиям обитания. Надо также проследить возрастное развитие растения. Многие вопросы ре­шаются только при сравнении исследуемого растения с другими видами. Не зная закономерностей развития организмов, нельзя понять структуру и динамику сообществ.

Таким образом, взаимосвязь и взаимообусловленность явлений природы неизбежно определяют методы их научного познания. Обособление разделов ботаники полезно с точки зрения систематизации и упорядочения наших знаний, а также объясняется узкой специализацией отдельных ученых в связи с колоссальным ростом общего объема наших знаний и разработкой новых, более трудоемких методов исследования.

Однако в ботанике, как и в любой другой науке, наряду со специализа­цией происходит и обратный процесс — интеграция: возникают направления, идеи, которые обобщают, объединяют данные разных разделов.

Стремление к объединению выразилось в появлении ряда новых разде­лов на стыках, т. е. на ранее возникших границах (например, экологическая анатомия, биохимическая систематика).

Процесс объединения выразился также в разработке идей, осуществляе­мых усилиями многих наук. Например, сложилась идея изучения явлений жизни на качественно различных уровнях ее организации. Каждый из этих уровней (молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой и биосферно-биоценотический) имеет свои закономерности, которые при переходе к следующему уровню не исчезают, а включаются в новые, более сложные закономерности. Поэтому полное представление о биологических структурах или процессах требует изучения на разных уровнях.

В прошлом все организмы разделяли на растения и животных; с открытием микроскопических форм этот подход распространился и на них. Грибы считались растени­ями, вероятно, потому, что большинство их неспособно передвигаться и по форме роста они ближе к обычным зеле­ным растениям, чем к животным. Граница между миром растений и миром животных, а также число царств живого мира далеко не бесспорны. Бактерии и сине-зеленые водоросли (цианеи) настолько резко отличаются от остальных живых су­ществ по своей организации, что их выделяют в особое надцарство прокариот (доядерных организмов). Они лишены оформленного ядра, у них нет типич­ного митоза, мейоза, полового процесса. Эти, а также целый ряд других особенностей в строении и жизнедеятельности прокариот (греч. протос — первый; карион — ядро) говорят об их большей примитивности по сравнению с другими организмами, объединяемыми в надцарство эукариот (греч. эу — хороший). Установлено, что прокариоты — самые древние организмы на Земле (не менее 2—3 млрд. лет).

Как особое царство живых существ, входящее в надцарство эукариот наряду с царствами растений и животных, в настоящее время рассматри­вают грибы, так как они отличаются от типичных зеленых (точнее, окра­шенных и способных к фотосинтезу) растений рядом признаков. Важней­ший из них — отсутствие у грибов хлорофилла и других пигментов, опре­деляющих способность к фотосинтезу. Полагают, что грибы как самостоя­тельная ветвь эволюции возникли в то время, когда царства растений и животных еще не обособились друг от друга.

Подробнее этот вопрос можно обсуждать только после изучения систе­матики, микробиологии, биохимии, цитологии и ряда других дисциплин.

Вирусы фактически не явля­ются живыми организмами, представляя собой лишь фраг­менты генетического аппарата других существ, размножа­ющиеся за счет изменения метаболизма клеток. Некоторые из них произошли от бактерий, другие, по-видимому, от эукариот.

К эукариотам относится много весьма различных групп одноклеточных организмов. Гетеротрофных эукариот, по традиции называемых простейшими, относят к животным, а автотрофных к растениям (водорослям). Однако для тех, кто детально изучает этих автотрофов и гетеротрофов, очевид­но, что между ними существуют тесные взаимосвязи, и гово­рить о двух различных эволюционных линиях неправомерно. Поэтому теперь всех одноклеточных эукариот объединяют в царство протистов (Protista). Несколько эволюционных линий водорослей (зе­леные, бурые и красные) приобрели многоклеточность. Многоклеточными являются и все растения, связанные непо­средственно только с зелеными водорослями, от которых, как считается, они и произошли в ходе заселения суши. Уни­кальное сочетание признаков — многоклеточное, назем­ного образа жизни, неподвижности, способности к фотосин­тезу — оправдывает выделение растений в отдельное цар­ство, понимаемое сейчас более узко, чем в прошлом.

В то время как растения питаются в результате фотосин­теза (за исключением немногих видов, которые утратили эту способность, но явно произошли от обычных), животные пищу заглатывают, а грибы впиты­вают (абсорбируют), предварительно переварив выделен­ными наружу ферментами. Каждая из этих трех эволюцион­ных линий многоклеточных считается отдельным царством эукариот; остальных эукариот (весьма неоднородную груп­пу) относят к царству протистов.

Типы обмена веществ.Все живые существа обнаруживают между собой фундаментальное сходство. В них найдены только те хими­ческие элементы и только те формы энергии, которые имеются в окружаю­щей их неживой среде, и это может служить одним из доводов к тому, что все живые существа возникли естественным *путем из неживой природы.

 

Фундаментальное сходство всех живых организмов проявляется и в том, что основу живого тела, составляют белки и нуклеиновые кислоты, определя­ющие важнейшие свойства жизни — обмен веществ и самовоспроизве­дение.

Общая характерная особенность всех живых существ — постоянный об­мен веществ с внешней средой. Он складывается из двух противоположных, но неразрывных процессов: 1) организм поглощает вещества извне и строит (синтезирует) из них вещества, подобные тем, которые входят в состав его тела (процесс ассимиляции, уподобления); 2) в организме постоянно идет распад и отчуждение веществ (процесс диссимиляции). Благодаря согласованности этих процессов организм поддерживает свою форму и индивидуальность, подобно тому, как сохраняет свою форму струя воды или пламя свечи.

Наряду с потоком веществ через организм проходит поток энергии. Для синтеза различных органических соединений организм затрачивает энергию. Источник этой энергии может быть двояким: или энергия осво­бождается в процессе распада других органических веществ при диссимиля­ции (например, при дыхании), или энергия добывается извне (например, лучистая энергия солнца при фотосинтезе).

Большинство растений содержит пигменты зеленого цвета — хлорофил-лы(греч. хлорос — зеленый; филлон — лист) —и способны к фотосинтезу.

В процессе фотосинтеза, во-первых, лучистая энергия солнца погло­щается и преобразуется в скрытую энергию химических связей. Во-вторых, за счет этой энергии зеленые растения, воспринимая из окружающей среды воду с растворенными в ней неорганическими соединениями и угле­кислый газ, производят первичный синтез органических веществ. Эта осо­бенность позволяет назвать зеленые растения автотрофными (греч. автос — сам; трофе — пища) организмами. Их также можно назвать фото-трофными организмами, поскольку они используют энергию солнечных лучей.

Органические вещества, возникшие в процессе фотосинтеза, используют­ся растением в двух направлениях: как исходный материал для построе­ния более сложных веществ, входящих в состав живого тела, и как источ­ник энергии, которая освобождается в процессе дыхания.

В противоположность автотрофным растениям животные не способны к синтезу органических веществ непосредственно из неорганических. Они питаются уже готовыми органическими веществами, перерабатывая их в ве­щества своего тела (т. е. ассимилируя их) и используя связанную в них энергию. Поэтому их называют гетеротрофными (греч. гетерос — другой) организмами. Кроме животных, к гетеротрофным организмам отно­сятся также грибы, бактерии и некоторые другие бесхлорофилльные ор­ганизмы. Некоторые бактерии способны к автотрофному питанию, но при этом они чаще всего используют энергию химических процессов (хемосин­тез) и лишь очень немногие способны к фотосинтезу.

Таким образом, только зеленые (фототрофные) растения накапливают на нашей планете запасы связанной («консервированной») энергии и орга­нических веществ и обеспечивают существование остальных живых су­ществ. Годовая продукция фотосинтеза на Земле достигает 10¹⁰ т.

Взаимодействие живых организмов на Земле выражается не только в том, что растения связывают солнечную энергию и создают органические ве­щества, а животные их потребляют. Между растениями, животными и микро­организмами существуют глубокие, взаимные связи, выражающиеся в круго­вороте веществ на Земле. В процессе фотосинтеза растения выделяют свободный кислород, используемый при дыхании животными и самими расте­ниями. С другой стороны, углекислый газ, выделяемый в процессе дыхания, делает возможным фотосинтез. Постоянство содержания в атмосфере Ог и СО2 объясняется непрерывностью и взаимосвязанностью процессов созида­ния органических веществ и их разрушения (при процессах дыхания, брожения и гниения). Сбалансированность этих процессов установилась в результате длительной сопряженной эволюции всех живых существ. В глу­бокой геологической древности газовая оболочка Земли имела очень мало свободного кислорода, и только с появлением хлорофиллоносных растений в ней стал накапливаться свободный кислород.

Накопление свободного кислорода привело к появлению кислородного дыхания, свойственного огромному большинству ныне живущих растений и животных. Благодаря кислородному дыханию возросла энергия жизненных процессов и скорость накопления массы органического вещества на нашей планете. Наличие свободного кислорода усилило химическое выветрива­ние горных пород и накопление в верхних слоях земной коры минераль­ных соединений, нужных для питания растений.

Элементы минерального питания находятся в природе также в состоянии непрерывного круговорота. Они всасываются корнями растений из почвы и включаются в состав живых растений. Растениями питаются животные. Тру­пы растений и животных разрушаются гетеротрофными гнилостными орга­низмами (бактериями, грибами) и минерализуются. Таким образом, бакте­рии и грибы играют важную роль в общем круговороте веществ.

Живые организмы, связанные между собой и с окружающей средой в процессе круговорота веществ, сосредоточены в поверхностных слоях Земли (суши и водных пространств) и в нижних слоях атмосферы. Они образуют почти непрерывную «пленку жизни». В почве корни растений сплетены в густую сеть, а надземные побеги, смыкаясь, одевают нашу «зеленую планету» почти сплошным покровом лугов, лесов, полей, степей и тундр. Кроме того, в каждом грамме почвы содержится несколько мил­лионов микроорганизмов и мельчайших животных. Эта пленка жизни очень тонка по сравнению с размерами Земли, которую она облекает (на суше — не толще нескольких десятков метров). Но она оказывает сильнейшее влия­ние на неживую природу, на направление и скорость многих геологических процессов, определяющих лицо Земли (накопление и размыв горных пород, образование и разрушение почв).

Пленка жизни вместе с переработанными ею горными породами образует биосферу.

 

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 871; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!