Папоротники: древние растения Земли

Папоротники часто называют древними растениями, и это выражение имеет научное основание: папоротникообразные линии появились в глубокой древности, задолго до человека и задолго до современных цветковых лесов. Ископаемые папоротники известны из палеозойской эры. Однако современные папоротники — не просто «те же растения, что жили сотни миллионов лет назад». За огромный промежуток времени их группы изменялись, возникали новые виды, а многие древние формы исчезали.

Главная особенность папоротников для школьного сравнения такова: у них есть настоящие корни, стебель и проводящие ткани, но нет цветков и семян. Они размножаются спорами. Поэтому папоротники относят к сосудистым споровым растениям.

Как устроен папоротник

У многих лесных папоротников основной стебель скрыт в почве. Такой горизонтальный или косой подземный стебель называется корневищем. От него отходят настоящие корни и крупные листья. Лист папоротника часто называют вайей. Молодая вайя у многих видов свёрнута, а по мере роста постепенно разворачивается.

В проводящих тканях вода и минеральные вещества перемещаются от корней к листьям, а органические вещества, образованные при фотосинтезе, распределяются по растению. Именно наличие сосудистой системы отличает папоротники от мхов и позволяет им достигать значительно больших размеров.

Где у папоротника спрятаны споры

Если перевернуть зрелый лист некоторых папоротников, на нижней стороне можно увидеть маленькие буроватые точки или полоски. Это не обязательно болезнь растения. Часто так выглядят сорусы — группы спорангиев. Внутри спорангиев созревают многочисленные микроскопические споры.

Когда споры готовы, они рассеиваются. Если спора попадёт в подходящее влажное место, из неё развивается не сразу знакомый крупный папоротник, а маленькая стадия жизненного цикла — гаметофит, который у многих видов называют заростком. Он выглядит совсем иначе, чем взрослое растение.

Почему папоротнику нужна вода для размножения

На заростке образуются половые клетки. Мужские клетки папоротников подвижны и должны добраться до женской клетки по тонкой плёнке воды. Поэтому для успешного оплодотворения нужна влага. После оплодотворения начинается развитие нового спорофита — того самого крупного папоротника с вайями, который мы обычно видим в лесу.

Это объясняет, почему многие папоротники особенно обычны в сырых и затенённых местах. Влажность подходит и их листьям, и жизненному циклу. Но папоротники разнообразны: существуют виды, способные жить на скалах, в более сухих местообитаниях, на деревьях во влажных тропиках и даже в воде.

Чем папоротник не похож на цветковое растение

Папоротник не цветёт и не образует семян или плодов. Поэтому рассказ о «цветке папоротника» относится к народным преданиям, а не к ботанике. У папоротника нет скрытого редкого цветка, который распускается одну ночь: его размножение устроено совершенно иначе.

• Цветковые растения размножаются семенами, которые формируются после процессов, связанных с цветком; семена находятся внутри плода.
• Хвойные растения тоже образуют семена, но у них нет настоящих плодов, а семязачатки и семена обычно связаны с шишками.
• Папоротники семян не образуют: у них формируются споры, а в жизненном цикле есть самостоятельная маленькая стадия — гаметофит.

Почему папоротники называют древними

Первые сосудистые растения появились сотни миллионов лет назад. Папоротники и близкие к ним древние линии известны по ископаемым остаткам начиная с палеозойской эры. В каменноугольном периоде на Земле существовали обширные болотистые леса, где росли различные древние сосудистые споровые растения — в том числе древовидные плауны и хвощи, а также папоротникообразные формы.

Из огромных масс растительного материала в заболоченных условиях со временем формировались залежи угля. Поэтому в популярной литературе иногда говорят, что «уголь образовался из папоротников». Это слишком упрощённо: вклад в древние болота вносили разные группы растений, а не только настоящие папоротники.

Жили ли папоротники вместе с динозаврами?

Да, папоротники как группа существовали в эпоху динозавров, но появились ещё раньше. При этом современные виды не следует представлять как неизменившиеся копии мезозойских растений. Эволюция продолжалась всё это время.

Где папоротники живут сегодня

Наибольшее разнообразие папоротников связано с влажными тропиками, но их можно встретить и в умеренных лесах. В лесу они часто растут под пологом деревьев, где свет рассеянный, а почва дольше сохраняет влагу. В тропиках некоторые папоротники поселяются на стволах и ветвях деревьев как эпифиты, используя дерево как опору, а не как источник пищи.

Есть и крупные древовидные папоротники с заметным вертикальным стволоподобным стеблем. Они особенно характерны для влажных тёплых регионов. Другие виды совсем малы и могут жить в трещинах скал.

Какую роль папоротники играют в природе

Создают нижний ярус растительности

Под лесным пологом папоротники перехватывают часть света, создают укрытия и влияют на влажность у поверхности почвы. Их заросли становятся средой для мелких животных и микроорганизмов.

Участвуют в защите почвы

Корневища и корни укрепляют верхний слой почвы, а листья смягчают воздействие капель дождя. На склонах и нарушенных участках это может помогать замедлять размывание поверхности.

Возвращают вещества в круговорот

Как и другие растения, папоротники поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза и создают органические вещества. Отмершие листья и другие части разлагаются грибами, бактериями и почвенными животными, возвращая элементы в почву.

Папоротники и человек

Многие папоротники выращивают как декоративные растения в садах, оранжереях и помещениях. Их ценят за форму вай. Некоторые виды в разных культурах использовались человеком как пищевые или лекарственные растения, однако это не означает, что любой дикий папоротник съедобен или безопасен. У разных видов химический состав отличается, поэтому незнакомые растения нельзя пробовать.

Для природы важнее всего сохранять места обитания папоротников. Если в лесу массово выкапывать корневища или разрушать влажную подстилку, местные заросли могут исчезнуть. Наблюдать папоротники лучше на месте: сфотографировать, рассмотреть форму вай, найти сорусы и записать условия произрастания.

Как не перепутать папоротник с другими растениями

Ориентироваться только на «резной лист» нельзя: похожая форма встречается у некоторых цветковых растений. У папоротника полезно искать совокупность признаков.

1. Крупные листья часто выходят из корневища или укороченного стебля.
2. Молодые листья у многих видов характерно свёрнуты.
3. На зрелых вайях могут быть сорусы со спорангиями.
4. Нет цветков и плодов.
5. Растение имеет настоящие корни и проводящие ткани, то есть устроено сложнее мха.

Папоротник и мох: важное сравнение

Оба растения размножаются спорами и для оплодотворения нуждаются во влаге, поэтому школьники иногда считают их почти одинаковыми. Но различие принципиальное. Мхи не имеют настоящих корней и развитой сосудистой системы; у папоротников есть корни, стебли и проводящие ткани. Кроме того, у мха заметная зелёная часть относится к гаметофиту, а у папоротника привычное крупное растение — спорофит.

Что можно исследовать на экскурсии

Найдя папоротник, не выкапывайте его. Сравните несколько вай: молодые и старые, целые и разделённые на доли. Посмотрите на нижнюю поверхность зрелых листьев и отметьте, есть ли сорусы. Запишите, насколько место влажное, сколько света попадает на растение, какие деревья и мхи растут рядом. Эти наблюдения помогут понять, почему папоротник выбрал именно это место.

Краткий план доклада

1. Почему папоротники называют древними растениями.
2. Корневище, корни и вайи папоротника.
3. Где образуются споры.
4. Жизненный цикл: спора, заросток и взрослый спорофит.
5. Почему для размножения нужна вода.
6. Где живут современные папоротники и какую роль играют.
7. Чем папоротники отличаются от мхов и цветковых растений.

Вывод

Папоротники — древняя линия сосудистых растений, которая успешно существует и сегодня. У них есть настоящие корни, стебель, листья и проводящие ткани, но нет цветков, плодов и семян. Новое поколение начинается со споры, а для оплодотворения необходима вода. Папоротники заселяют множество влажных местообитаний, участвуют в формировании растительного покрова, защищают почву и создают среду для других организмов. Их история показывает, как давно растения начали осваивать сушу и насколько разнообразными могут быть способы размножения растений.