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 порядка 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 же 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.
Лист обычной осины (Populus tremula). Превосходно 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 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 же в ближайшее время исследователи все плотнее встали уделять свое внимание на происшествия, определяющие конкретно фотосинтез растений и, сообразно, 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 компонентами минерального кормленья. Частота жилкования (общественная длина жилок, приходящихся на единицу площади листа) возросла в это период у покрытосеменных в пару раз, тогда как у представителей остальных сосудистых растений означаемых конфигураций этого показателя не вышло.
Отчего принесенное улучшение в налаженности водоснабжения листьев имелось настолько главным? Тяжба в том, что генеральной насос, функционирующий на влезание воды из земли к фотосинтезирующим органам (листьям), транспирация, испарение воды растениями. О масштабах этого процесса молвят надлежащие 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 внешности осадков, и ориентировочно половину того, что испаряется с суши в атмосферу. Так как транспирация следует в генеральном 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 сотворения органического вещества. Обеспеченность растения СО2 зависит как от содержания этого газа в атмосфере, так и от численности устьиц, ступени их открытости и остальных событий.
a изменение содержания СО2 в атмосфере за заключительные 200 млн лет (в условных величинах; современный ватерпас 1). Область, выделенная сероватым цветом, неопределенность оценок. b конфигурации условно современного ватерпаса (1.0): скорости фотосинтеза (красноватая линия), проводимости устьиц (голубая линия), густоты жилкования у покрытосеменных (ясно-зеленоватая линия) и остальных групп сосудистых растений (мрачно-зеленоватая линия), дела густоты жилкования к скорости фотосинтеза (фиолетовая линия). Стрелкой представлено период 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) густое. В меловом периоде, 100130 миллионов годов назад, оно имелось в 34 однажды выше. Сообразно, по мере того как в движение крайних 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 соответственны водились усовершенствовать порядок улавливания СО2. Это усовершенствование проявилось в частности как повышение числа устьиц на единицу площади листа. Все же большущее численность раскрытых устьиц ведет вместе с тем к усилению транспирации, а усиление транспирации в свойскую очередь призывает улучшения налаженности 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 максимум дефицитного углерода. Сообразно, возникает задачка минимизации расхода лигнина на учение проводящей налаженности.
Изменение густоты жилкования листьев (общественная длина жилок в мм на 1 мм2 листа) за заключительные 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 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 густоты жилкования (нижняя открытая темная линия). Для покрытосеменных в ранешний меловой период отмечено резкое (в трижды) возрастание густоты жилкования (верхняя S-образная линия). Сероватым цветом представлено период преобладания покрытосеменных. Рис. из обговариваемой статьи: Brodribb and Feild, 2010 // Ecology Letters. V. 13. P. 175183
На теоретическом уровне способности заключения данной задачки изучила Атена Маккоун (Athena D. McKown) из Калифорнийского института в Лос-Анджелесе (США). Вкупе 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. Генеральной решение их службы сводится к тому, что более выгодный вариант это повышение гидравлической проводимости (сантим..: hydraulic conductivity) больших 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 налаженности условно незначительны.
Различные виды жилкования на моделях, выученных Маккоун и ее соавторами. Начальная модель (A) листочек (число трудного листа) орешка (Juglans). В остальных 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 внушительной мере связан с тем, что исследователи встали сочетать предоставленные по физиологии растений, морфологии (при этом не совсем только идущих в ногу со временем обликов, да и ископаемых), а также переменявшейся экологической обстановки (сначала содержания в атмосфере СО2) за заключительные сто миллионов лет.
Источник:
Posted in ЭкоБиология by admin with comments disabled.