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-таки в ходе эволюции покрытосеменных нашлись методы противостоять этому неблагоприятному изменению среды. Сначала это развитие в листьяхбогато разветвленной налаженности сосудов, способствующее наиболее действенному снабжению их водой и связыванию большего численности 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 числа углекислого газа.
Лист обычной осины (Populus tremula). Добро видны жилки различного порядка. Фото с веб-сайта ru.wikipedia.org
Что конкретно позволило покрытосеменным растениям замерзнуть полноправными владельцами суши и теснее в меловой период (приблизительно сто миллионов годов назад) опередить иные группы сосудистых растений, к примеру таковых, как папоротники и голосеменные? Обычно фуррор скорого развития покрытосеменных связывают с чертами их полового размножения, формированием цветка, опылением насекомыми и образованием различных разновидностей плодов. Все-таки в ближайшее время исследователи все гуще замерзли уделять свое внимание на происшествия, определяющие прямо 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 полноценные конфигурации произошли в налаженности сосудистых пучков (жилок), обеспечивающих снабжение листьев водой и ингредиентами минерального кормленья. Густота жилкования (корпоративная длина жилок, приходящихся на единицу площади листа) возросла в это пора у покрытосеменных в пару раз, тогда как у представителей иных сосудистых растений важных конфигураций этого показателя не вышло.
Отчего предоставленное улучшение в налаженности водоснабжения листьев водилось настолько главным? Процесс в том, что главной насос, действующий на взлет воды из земли к фотосинтезирующим органам (листьям), транспирация, испарение воды растениями. О масштабах этого процесса молвят последующие числа: раз в год за счет транспирации целых наземных растений в атмосферу поступает 32 миллиардов тонн воды, что сочиняет третья часть того числа воды, тот или другой выпадает на сушу в внешности осадков, и приблизительно половину того, что испаряется с суши в атмосферу. Так как транспирация следует в главном спустя устьица особые поры в поверхностных тканях листа, то логично, что процесс этот оказывается теснейшим образом связанным с газообменом меж растением и окружающей воздушной средой. Спустя раскрытые устьица в лист поступает углекислый газ (диоксид углерода СО2) сырье, нужное для творенья органического вещества. Обеспеченность растения СО2 зависит как от содержания этого газа в атмосфере, так и от числа устьиц, ступени их открытости и иных 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 условно современного ватерпаса (1.0): скорости фотосинтеза (красноватая линия), проводимости устьиц (голубая линия), частоты жилкования у покрытосеменных (ясно-зеленоватая линия) и иных групп сосудистых растений (мрачно-зеленоватая линия), дела частоты жилкования к скорости фотосинтеза (фиолетовая линия). Стрелкой представлено пора начала скорого развития покрытосеменных. Рис. из обговариваемой статьи Beerling, Franks, 2010 // Nature. V. 464. P. 495496
В современной атмосфере содержание СО2 условно (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 процесс бранных сто миллионов лет концентрация СО2 понижалась, падала и удельная скорость фотосинтеза. Чтоб как-то восполнить это падение и поддержать суммарный фотосинтез на хватить высочайшем ватерпасе, растения обязаны водились усовершенствовать порядок улавливания СО2. Это усовершенствование проявилось в частности как повышение числа устьиц на единицу площади листа. Все-таки крупное численность раскрытых устьиц ведет вместе с тем к усилению транспирации, а усиление транспирации в близкую очередь вызывает улучшения порядка снабжения листьев водой. Конкретно оттого в ходе эволюции покрытосеменных развивается разветвленная, иерархически организованная порядок проводящих пучков (жилок). Тут, правда, появляются доп трудности. Теория стен сосудов вызывает лигнина вещества, тот или другой оказывается достаточно драгоценным, так как на него уходит самое большее дефицитного углерода. Согласно, возникает задачка минимизации расхода лигнина на теория проводящей порядка.
Изменение частоты жилкования листьев (корпоративная длина жилок в мм на 1 мм2 листа) за бранные четыресто млн лет. Современность начало координат (шкала поры инвертированная: справа налево). На нижней шкале цветом изображены: Третичный период (Tertiary), Мезозой (Mesozoic) и Палеозой (Paleozoic); в рубежах Мезозоя поздний мел (L Cr), ранешний мел (E Cr), юра (Jurassic), триас (Triassic). Кружками различного цвета изображены различные узловые группы покрытосеменных. Треугольниками иные сосудистые растения (не покрытосеменные). Для растений, не иметь отношение к покрытосеменным, не найдено статистически достоверного конфигурации частоты жилкования (нижняя открытая темная линия). Для покрытосеменных в ранешний меловой период отмечено резкое (в трижды) возрастание частоты жилкования (верхняя S-образная линия). Сероватым цветом представлено пора преобладания покрытосеменных. Рис. из обговариваемой статьи: Brodribb and Feild, 2010 // Ecology Letters. V. 13. P. 175183
На теоретическом уровне потенциала вывода данной задачки изучила Атена Маккоун (Athena D. McKown) из Калифорнийского института в Лос-Анджелесе (США). Совместно 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 решение их занятия 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 теория проводящей порядка условно незначительны.
Различные виды жилкования на моделях, выученных Маккоун и ее соавторами. Начальная модель (A) листочек (число трудного листа) орешка (Juglans). В иных вариантах применено 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 бездушнее, в полноценной мере связан с тем, что исследователи замерзли сочетать предоставленные по физиологии растений, морфологии (при этом не совсем только идущих в ногу со временем внешностей, да и ископаемых), а также переменявшейся экологической обстановки (сначала содержания в атмосфере СО2) за бранные сто миллионов лет.
Источник:
Posted in ЭкоБиология by admin with comments disabled.