Кіріспе

Жасыл өсімдіктердің субклады, сондай-ақ жер өсімдіктері деп аталады. Эмбриофиттер – өсімдіктердің клады, сондай-ақ Embryophyta немесе жер өсімдіктері деп те аталады. Олар Жердің құрғақ және ылғалды жерлеріндегі өсімдіктер құрамына кіретін фотоавтотрофтардың ең танымал тобы. Эмбриофиттер жасыл балдырлармен ортақ ата-бабаға ие, олар тұщы судың шарфиттер класындағы фрагмопластофиттердің ішінде шарофицея, колеохаетофицея және зигнематофицеяның туыс таксоны ретінде пайда болды. Эмбриофиттер бриофиттер мен полиспорангиофиттерден тұрады. Эмбриофиттер бұлжымай "жер өсімдіктері" деп аталады, өйткені олар негізінен құрлықта өседі (кейбір түрлері екінші рет жартылай сулы/сулы ортада тіршілік етуге бейімделгеніне қарамастан), ал туысқан жасыл балдырлар негізінен сулы ортада таралған. Эмбриофиттер – арнайы репродуктивті органдары бар күрделі көпжасушалы эукариоттар. Олардың аты өздерінің жас эмбрионды спорофиттің көпжасушалы дамуының бастапқы кезеңдерінде ата-ана гаметофитінің тіндерінде күтуге қабілеттілігінен шыққан. Көптеген ерекшеліктерден басқа, эмбриофиттер фотосинтез арқылы биологиялық энергияны алады, хлорофилл a және b көмегімен күн сәулесінен жарық энергиясын жинап, көмірқышқыл газы мен судан көміртекті бекіту арқылы көмірсуларды синтездейді және қосалқы өнім ретінде оттегін бөліп шығарады.

Сипаттама

Эмбриофиттер жарты миллиард жыл бұрын, кембрийдің ортасы мен ордовик кезеңінің аралығында немесе тониялық немесе криогендік кезеңдерде, ықтималда, тұщы су харофиттерінен пайда болған – көпжасушалы жасыл балдырлардың бір кладысы, қазіргі Klebsormidiophyceae-ге ұқсас. Эмбриофиттердің пайда болуы атмосфералық CO2 (жайылымдық газ) мөлшерін азайтты, жаһандық салқындауға және осыған байланысты мұз басу кезеңдеріне әкелді. Эмбриофиттер негізінен құрлықта тіршілік етуге бейімделген, бірақ кейбіреулері екінші рет су ортасына оралған. Сондықтан оларды көбінесе құрлық өсімдіктері немесе жер бетіндегі өсімдіктер деп атайды. Микроскопиялық деңгейде харофиттердің жасушалары хлорофит жасыл балдырлардың жасушаларына ұқсас, бірақ жасуша бөліну кезінде қыз жадролар фрагмопласт арқылы бөлінеді. Олар эукариоты, жасуша қабырғасы целлюлозадан тұрады және екі мембранамен қоршалған пластидтерге ие. Соңғыларына хлоропластар жатады, олар фотосинтез процесін жүзеге асырады және крахмал түрінде қоректік заттарды сақтайды, әдетте хлорофилл a және b пигменттерімен боялғандықтан, оларға жарқын жасыл түс береді. Эмбриофит жасушаларында, әдетте, вакуоль мембранасы немесе тонопластпен қоршалған үлкейтілген орталық вакуола болады, ол жасушаның тургорлық қысымын сақтайды және өсімдіктің беріктігін қамтамасыз етеді. Барлық көпжасушалы балдырлар сияқты, олардың тіршілік циклі ұрпақтардың кезектесуін қамтиды. Бір хромосомалық жиынтығы бар көпжасушалы гаплоидты ұрпақ – гаметофит – сперматозоидтар мен жұмыртқаларды өндіреді, олар бірігіп, екі есе көп хромосомасы бар диплоидты көпжасушалы ұрпаққа – спорофитке айналады, ол жетілген кезде гаплоидты спораларды жасайды. Спорылар митоз арқылы бірнеше рет бөлініп, гаметофитке айналып, циклді аяқтайды. Эмбриофиттердің репродуктивтік циклдарымен байланысты екі ерекшелігі бар, олар оларды басқа өсімдіктерден ерекшелендіреді. Біріншіден, олардың гаметофиттері көпжасушалы құрылымдарда (антеридиялар және архегониялар деп аталады) сперматозоидтар мен жұмыртқаларды өндіреді, ал жұмыртқаның ұрықтануы сыртқы ортада емес, архегонияның ішінде жүзеге асады. Екіншіден, ұрықтанған жұмыртқаның (зиготаның) диплоидты көпжасушалы спорофитке айналуының бастапқы кезеңі архегонияда өтеді, онда ол қорғалады және қоректендіріледі. Осы екінші ерекшелік – «эмбриофит» терминінің пайда болуына себеп болды – ұрықтанған жұмыртқа бір жасуша ретінде таралудың орнына қорғалған эмбрионға айналады. (бірақ Геккельдің Метафита анықтамасы кейбір балдырларды осы топқа жатқызады). Барлық құрлық өсімдіктерінде жасуша бөлінетін жерде диск тәрізді құрылым – фрагмопласт пайда болады, бұл белгі тек стрептофиттерге жататын құрлық өсімдіктерінде, олардың туысқандары Колеохеталис, Харалес және Зигнематалес ішіндегі кейбір түрлерінде, сондай-ақ балдырлардың Трентеполиалдар отрядының субэриалдық түрлерінде кездеседі және құрлықта тіршілік етуге бейімделуде маңызды рөл атқарады.

Эволюция

Жасыл балдырлар мен құрлық өсімдіктері Viridiplantae кладын құрайды. Молекулалық сағат бойынша есептеулерге сәйкес, Виридипланталар екі кладқа: хлорофиттер мен стрептофиттерге бөлінген. 700-ге жуық туысы бар хлорофиттер бастапқыда теңіз балдырлары болған, бірақ кейбір топтары кейіннен тұщы суға тараған. Стрептофит балдырлары (құрлық өсімдіктерін қоспағанда) шамамен 122 туысты қамтиды; олар эволюциялық тарихының басында тұщы суға бейімделген және теңіз ортасына қайта таралмаған. Ордвик кезеңінде стрептофиттер құрлыққа еніп, эмбриофит құрлық өсімдіктерінің эволюциясын бастады. Қазіргі эмбриофиттер клад құрайды. Беккер мен Марин құрлық өсімдіктері стрептофиттерден пайда болғанын болжайды, себебі тұщы сулы тоғандарда өмір сүру оларды жаңбырға, температура өзгерісіне, ультракүлгін сәулеленудің жоғары деңгейіне және маусымдық кебуге төзімділікке қатысты құрлықтағы түрлі қоршаған орта жағдайларына бейімдеген. 2006 жылғы молекулалық деректердің көп бөлігі эмбриофиттерді құрайтын топтардың төмендегі кладограммада көрсетілгендей туыс екенін көрсетті (Qiu және авторлардың еңбектеріне негізделген). 2006 ж. Crane және авторлардың қосымша атауларымен. Эмбриофиттердің жаңартылған филогенезиясы Novíkov & Barabaš Krasni 2015 және Hao және Xue 2013 еңбектеріне, Андерсон, Андерсон & Cleal 2007-нің өсімдік таксондары авторларына және кейбір қосымша кладтардың атауларына негізделген. Базалық кладтар үшін Puttick және авторлар./Nishiyama және авторлар қолданылады.

Құмыралық емес жер өсімдіктері

Құрлықтағы тамырлары жоқ өсімдіктер, атап айтқанда, мүктер (Бриофита), мүйізділер (Антоцеротофита) және бауырлылар (Маркантиофита), салыстырмалы түрде кішкентай өсімдіктер, көбінесе ылғалды немесе кем дегенде маусымдық ылғалды ортада кездеседі. Олардың гаметаларын тарату үшін қажетті суға тәуелділігімен шектеледі, бірақ кейбіреулері толыққанды су ортасында өседі. Көбісі тропиктік аймақтарда таралған, бірақ арктикалық түрлері де көп. Тундра мен Арктика-альпілік жағдайларда жер жамылғысын немесе жаңбырлы ормандардағы эпифиттік флораны жергілікті түрде басып алуы мүмкін. Олардың көптеген ортақ белгілері болғандықтан, әдетте бірге зерттеледі. Үш топтың да өмірлік циклы гаплоидтық басымдыққа (гаметофит) және бұтақталмаған спорофиттерге (өсімдіктің диплоидтық буыны) ие. Бұл қасиеттер құрлықтағы тамырлары жоқ өсімдіктердің алғашқы эволюциялық тарамдарының барлығына тән болып көрінеді. Олардың өмірлік циклы гаплоидты гаметофит буынымен күшті түрде анықталады. Спорофит өзінің өмірлік циклының қысқа мерзімі ішінде кішкентай болып қалады және толыққанды ата-ана гаметофитіне тәуелді болады. Құрлықтағы өсімдіктердің басқа барлық тірі топтарында диплоидты спорофит буыны өмірлік циклды басып алады. Дәл осы диплоидты спорофитте тамырлық тіндер дамиды. Бір жағынан, "тамырлары жоқ" термині шартты. Кейбір мүктер мен бауырлылар суды өткізуге қабілетті күрделі жасушалардан тұратын ерекше тамырлық тінді жасайды. Алайда, бұл тіндер "тамырлы" өсімдіктердегідей лигнификацияланбаған. Мүктіндегі су өткізгіш жасушалардың "тамырлы" өсімдіктердегі тамырлық тіндермен гомологиялық байланысы болуы күмәнді. Тамырлы өсімдіктер сияқты, олар дифференциацияланған сабақтарына ие, және олар көбінесе бірнеше сантиметрден аспаса да, механикалық қолдау көрсетеді. Көбінесе жапырақтары болады, бірақ олар әдетте бір жасушалық қалыңдыққа ие және тамырлары жоқ. Оларда нақты тамырлар немесе терең бекіту құрылымдары болмайды. Кейбір түрлер горизонтальді сабақтардың жіп тәрізді желісін өсіреді, бірақ олардың негізгі функциясы топырақтан қоректік заттарды алу емес, механикалық бекіту болып табылады (Palaeos 2008).

Қан тамырлары өсімдіктерінің өсуі

Силур және девон кезеңдерінде (шамамен ), нағыз тамырлық тіндері бар, соның ішінде лигнинмен нығайтылған қабырғалары бар жасушалары (трахеидтер) дамыған өсімдіктер пайда болды. Кейбір жойылып кеткен ерте өсімдіктер бриофиттер мен нағыз тамырлы өсімдіктердің (эутрахеофиттер) ұйымдасу деңгейі арасында орналасқандай көрінеді. Horneophyton сияқты туыстардың су өткізетін тіндері мүктерге ұқсас, бірақ өмірлік циклы басқа, онда спорофит гаметофиттен жақсы дамыған. Rhynia сияқты туыстардың өмірлік циклы ұқсас, бірақ қарапайым трахеидтері бар, сондықтан олар тамырлы өсімдіктердің бір түрі. Бриофиттерде байқалатын гаметофит басым фазасы құрлықтағы өсімдіктердің алғашқы жағдайы болды деп есептелді, ал тамырлы өсімдіктердегі спорофит басым кезеңі туынды белгі деп саналды. Дегенмен, гаметофит және спорофит кезеңдері бір-бірінен тәуелсіз дамыған болуы мүмкін, сондықтан мүктер мен тамырлы өсімдіктер екеуі де туынды және қарама-қарсы бағытта эволюциялаған. Девон кезеңінде тамырлы өсімдіктер әр түрлі құрлық ортасында кеңінен тарады. Денеде суды тасымалдайтын тамырлық тіндерге қоса, трахеофиттерде кебуге қарсы тұратын сыртқы қабат немесе қабық бар. Спорофит басым буын болып табылады, ал қазіргі түрлерде жапырақтар, сабақтар және тамырлар дамиды, ал гаметофит өте кішкентай болып қалады.

Ликофиттер мен эуфиллофиттер

Споралар арқылы таралатын барлық тамырлы өсімдіктер бұрын туыс деп есептелген (көбінесе олар «папоротниктер және оларға жақын түрлер» деп топтастырылған). Дегенмен, соңғы зерттеулер жапырақтардың екі әртүрлі туыста дерлік жеке-жеке дамығанын көрсетеді. Ликофиттер немесе ликоподиофиттер – қазіргі клубмостар, шпикомостар және квиллворттар – тірі тамырлы өсімдіктердің 1%-дан азын құрайды. Оларда кішкентай жапырақтар бар, олар көбінесе «микрофиллдер» немесе «ликофиллдер» деп аталады, олар клубмостар мен шпикомостардағы сабақтардың бойымен орналасқан және негізінен интеркалярлы меристем арқылы өседі. Микрофиллдер сабақтағы тікендер сияқты өскіндерден пайда болған деп саналады, кейіннен олар тамырларға (тамырлардың іздеріне) ие болды. Тірі ликофиттер салыстырмалы түрде кішкентай және көзге түспейтін өсімдіктер болғанымен, олар ылғалды тропиктерде, қоңыржай аймақтарға қарағанда жиі кездеседі. Карбон кезеңінде ликофиттерге ұқсас ағаштар (мысалы, Лепидодендрон) ландшафтқа үстемдік ететін үлкен ормандарды құрады. Еуфиллофиттер, тірі тамырлы өсімдіктердің 99%-дан астамын құрайды, оларда үлкен «нағыз» жапырақтар (мегафиллдер) бар, олар шеттік немесе апикальді меристемалар арқылы бүйірден немесе шыңынан тиімді өседі. Басқалар мегафиллдердің әртүрлі топтарда бірдей дамығанына күмән келтіреді.

Қалқан және жылқы құйрығы

Папоротниктер мен жылқықұйрықтар (полиподиофита) бір кладаны құрайды; олар спораларды таралудың басты тәсілі ретінде пайдаланады. Дәстүрлі түрде, шұңғылбақалар мен жылқықұйрықтар тарихи тұрғыдан "нағыз" папоротниктерден бөлек қарастырылып келді. Қазіргі шұңғылбақалар мен жылқықұйрықтарда еуфиллофиттерге тән үлкен жапырақтар (мегафилдер) жоқ. Бұл, әдетте, эволюциялық қысқару нәтижесінде болған, себебі ертедегі жылқықұйрықтардың қазба қалдықтарында жапырақтары кең және тармақталған тамырлармен жабдықталған. Папоротниктердің 12 мыңға жуық түрі бар. Типикалық папоротник кең, күрделі бөлінген жапырақтарымен сипатталады, олар жазылу арқылы өседі.

Тұқымдық өсімдіктер

Палеозой дәуірінің соңында пайда болған тұқымдық өсімдіктер, құрғақшылыққа төзімді капсулалар – тұқымдар арқылы көбейеді. Споралар арқылы таралатын өсімдіктен бастап, тұқымдарды өндіру үшін күрделі өзгерістер қажет. Спорофит екі түрлі спора түзетін мүшелерге, яғни спорангийлерге ие. Олардың бірі – мегаспорангий – тек бір үлкен спораны, мегаспораны ғана түзеді. Бұл спорангий тұқым қабығын құрайтын қабықша тәрізді қабаттармен немесе тұқымдықтармен қоршалған. Тұқым қабығының ішінде мегаспора кішкентай гаметофитке айналады, ол бір немесе бірнеше жұмыртқа жасушасын өндіреді. Ұрықтандыру алдында спорангий және оның ішкі құрамы, сонымен қатар қабығы жұмыртқалық деп аталады; ал ұрықтанғаннан кейін – тұқым. Осы процестермен қатар, екінші спорангий – микроспорангий – микроспораларды түзеді. Микроспораның қабырғасында кішкентай гаметофит дамиды, ол тозаң түйіршігін құрайды. Тозаң түйіршіктері желдің немесе жануарлардың, көбінесе жәндіктердің көмегімен өсімдіктер арасында физикалық түрде тасымалданады. Тозаң түйіршіктері бір өсімдіктің жұмыртқалығына, бір гүлдің ішінде немесе бір өсімдіктің екі гүлінің арасында (өзін-өзі тозаңдандыру) түсіп, ұрықтандыруға қатыса алады. Тозаң түйіршігі жұмыртқалыққа жеткенде, қабықтағы кішкентай саңылау – микропиле арқылы өтеді. Тозаң түйіршігінің ішіндегі кішкентай гаметофит сперматозоидтарды өндіреді, олар жұмыртқа жасушасына жетіп, оны ұрықтандырады. Тұқымдық өсімдіктерге тірі мүшелері бар екі топ жатады: гимноспермалар және ангиоспермалар, яғни гүлді өсімдіктер. Гимноспермаларда жұмыртқалар немесе тұқымдар қосымша қабықпен жабылмайды. Ал ангиоспермаларда олар карпельдің ішінде орналасқан. Ангиоспермалардың әдетте гүлді құрайтын жапырақшалар сияқты қосымша құрылымдары да болады. Жыныстық көбеюге қабілетті құрлықтағы өсімдіктердегі мейоз репродуктивті тіндерде ДНК-ны жөндеудің тікелей механизмін қамтамасыз етеді. Жыныстық көбею геномдық тұрақтылықты ұзақ сақтау үшін қажет болып көрінеді, ал сыртқы және ішкі факторлардың сирек үйлесімдері ғана жыныссыз көбеюге ауысуға мүмкіндік береді.