Цветковые растения совершенствовали систему водоснабжения листьев в режиме строгой экономии
Завоевание суши покрытосеменными (цветковыми) растениями происходило в меловом периоде на фоне существенного понижения содержания в атмосфере углекислого газа, что приметно замедлило скорость фотосинтеза. Все же в ходе эволюции покрытосеменных нашлись методы противостоять этому неблагоприятному изменению среды. Сначала это развитие в листьяхбогато разветвленной порядка сосудов, способствующее наиболее действенному снабжению их водой и связыванию большего числа углекислого газа.
Завоевание суши покрытосеменными (цветковыми) растениями происходило в меловом периоде на фоне существенного понижения содержания в атмосфере углекислого газа, что приметно замедлило скорость фотосинтеза. Все-таки в ходе эволюции покрытосеменных нашлись методы противостоять этому неблагоприятному изменению среды. Сначала это развитие в листьяхбогато разветвленной порядка сосудов, способствующее наиболее действенному снабжению их водой и связыванию большего численности углекислого газа.
Лист обычной осины (Populus tremula). Отлично видны жилки различного порядка. Фото с веб-сайта ru.wikipedia.org
Что конкретно позволило покрытосеменным растениям замерзнуть полноправными обладателями суши и теснее в меловой период (ориентировочно сто миллионов годов назад) опередить остальные группы сосудистых растений, к примеру эких, как папоротники и голосеменные? Обычно фуррор стремительного развития покрытосеменных связывают с необыкновенностями их полового размножения, формированием цветка, опылением насекомыми и образованием различных видов плодов. Все-таки в ближайшее время исследователи все гуще встали уделять свое внимание на происшествия, определяющие непринужденно фотосинтез растений и, согласно, скорость их роста. В частности, Тим Бродриб (Tim J. Brodribb) из Тасманийского института (Хобарт, Австралия) и Тейлор Фейлд (Taylor S. Feild) из Института Теннесси (Ноксвилл, Теннесси, США) отметили, что 100150 миллионов годов назад внушительные конфигурации произошли в порядку сосудистых пучков (жилок), обеспечивающих снабжение листьев водой и компонентами минерального кормленья. Частота жилкования (корпоративная длина жилок, приходящихся на единицу площади листа) возросла в это период у покрытосеменных в пару раз, тогда как у представителей вторых сосудистых растений означаемых конфигураций этого показателя не вышло.
Отчего предоставленное улучшение в порядку водоснабжения листьев водилось настолько принципиальным? Процесс в том, что главной насос, функционирующий на влезание воды из земли к фотосинтезирующим органам (листьям), транспирация, испарение воды растениями. О масштабах этого процесса молвят должно числа: раз в год за счет транспирации целых наземных растений в атмосферу поступает 32 миллиардов тонн воды, что сочиняет третья часть того численности воды, тот или другой выпадает на сушу в облике осадков, и ориентировочно половину того, что испаряется с суши в атмосферу. Так как транспирация следует в генеральном сквозь устьица особые поры в поверхностных тканях листа, то логично, что процесс этот оказывается теснейшим образом связанным с газообменом меж растением и окружающей воздушной средой. Сквозь обнаруженные устьица в лист поступает углекислый газ (диоксид углерода СО2) сырье, нужное для творения органического вещества. Обеспеченность растения СО2 зависит как от содержания этого газа в атмосфере, так и от численности устьиц, ступени их открытости и вторых событий.
a изменение содержания СО2 в атмосфере за бранные 200 млн лет (в условных величинах; современный степень 1). Область, выделенная сероватым цветом, неопределенность оценок. b конфигурации сравнительно современного степени (1.0): скорости фотосинтеза (красноватая линия), проводимости устьиц (голубая линия), частоты жилкования у покрытосеменных (ясно-зеленоватая линия) и вторых групп сосудистых растений (мрачно-зеленоватая линия), дела частоты жилкования к скорости фотосинтеза (фиолетовая линия). Стрелкой изображено период начала стремительного развития покрытосеменных. Рис. из обговариваемой статьи Beerling, Franks, 2010 // Nature. V. 464. P. 495496
В современной атмосфере содержание СО2 сравнительно (в масштабах 10-ов и сотен миллионов лет) басистое. В меловом периоде, 100130 миллионов годов назад, оно водилось в 34 однажды выше. Согласно, по мере того как в движение ругательных сто миллионов лет концентрация СО2 понижалась, падала и удельная скорость фотосинтеза. Чтоб как-то восполнить это падение и поддержать суммарный фотосинтез на довольно высочайшем степени, растения соответственны имелись усовершенствовать порядок улавливания СО2. Это усовершенствование проявилось в частности как повышение числа устьиц на единицу площади листа. Все-таки большущее численность раскрытых устьиц ведет в то же время к усилению транспирации, а усиление транспирации в свойскую очередь призывает улучшения порядка снабжения листьев водой. Конкретно потому в ходе эволюции покрытосеменных развивается разветвленная, иерархически организованная порядок проводящих пучков (жилок). Тут, правда, появляются доп трудности. Учение стен сосудов призывает лигнина вещества, тот или другой оказывается достаточно драгоценным, так как на него уходит самое большее дефицитного углерода. Согласно, возникает задачка минимизации расхода лигнина на учение проводящей порядка.
Изменение частоты жилкования листьев (корпоративная длина жилок в мм на 1 мм2 листа) за бранные четыресто млн лет. Современность начало координат (шкала периода инвертированная: справа налево). На нижней шкале цветом изображены: Третичный период (Tertiary), Мезозой (Mesozoic) и Палеозой (Paleozoic); в границах Мезозоя поздний мел (L Cr), ранешний мел (E Cr), юра (Jurassic), триас (Triassic). Кружками различного цвета изображены различные узловые группы покрытосеменных. Треугольниками остальные сосудистые растения (не покрытосеменные). Для растений, не касающихся к покрытосеменным, не найдено статистически достоверного конфигурации частоты жилкования (нижняя искренняя темная линия). Для покрытосеменных в ранешний меловой период отмечено резкое (в трижды) возрастание частоты жилкования (верхняя S-образная линия). Сероватым цветом изображено период преобладания покрытосеменных. Рис. из обговариваемой статьи: Brodribb and Feild, 2010 // Ecology Letters. V. 13. P. 175183
На теоретическом уровне вероятности заключения данной для нас задачки изучила Атена Маккоун (Athena D. McKown) из Калифорнийского института в Лос-Анджелесе (США). Сообща с сотрудниками из такого же института и Института Блеза Паскаля (Клермон, Франция) она на математических моделях расценивала издержки и выгоды, связанные с различными вариациями жилкования листьев. Главной заключение их службы сводится к тому, что более выгодный вариант это повышение гидравлической проводимости (сантим..: hydraulic conductivity) большущих жилок (1-го и 2-го порядка) и существенное возрастание числа жилок небольших (наиболее больших порядков). При всем этом поддерживается высочайшая гидравлическая проводимость как сосудов, так и листа в целом, а издержки углерода на учение проводящей порядка сравнительно незначительны.
Различные разновидности жилкования на моделях, выученных Маккоун и ее соавторами. Начальная модель (A) листочек (количество трудного листа) орешка (Juglans). В вторых вариантах употреблено как сужение сосудов, так и их ветвление. Рис. из обговариваемой статьи: McKown et al. // American Naturalist. 2010. V. 175. P. 447460
Прогресс, достигнутый в ближайшее время в осознании того, каким образом покрытосеменные смогли замерзнуть доминирующей группой растений на нечутче, в полноценной мере связан с тем, что исследователи встали сочетать сведения по физиологии растений, морфологии (при этом не совсем только идущих в ногу со временем обликов, да и ископаемых), а также модифицировавшейся экологической обстановки (сначала содержания в атмосфере СО2) за бранные сто миллионов лет.
Источник:
Posted in ЭкоБиология by admin with comments disabled.