Билет 49. Строение растительной клетки

В растительной клетке есть ядро и все органоиды, свойственные в животной клетке: эндоплазматическая eeTt' рибосомы, митохондрии, аппарат Гольджи. Вместе с тем она отличается от животной клетки следующими особенностями строения:

прочной клеточной стенкой значительной толщины;

особыми органоидами — пластидами, в которых происходит первичный синтез органических веществ из минеральных за счет энергии света — фотосинтез;

развитой системой вакуолей, в значительной мере обусловливающих осмотические свойства клеток.

Растительная клетка, как и животная, окружена цитоплазматической мембраной, но, кроме нее, ограничена толстой состоящей из целлюлозы клеточной стенкой. Наличие клеточной стенки — специфическая Особенность растений. Она определила малую подвижность растений. Вследствие этого питание и дыхание организма стали зависеть от поверхности тела, контактирующей с окружающей средой, что привело в процессе эволюции к большей расчлененности тела, гораздо более выраженной, чем у животных. Клеточная стенка имеет поры, через которые каналы эндоплаэматической сети соседних клеток сообщаются друг с другом.

Преобладание синтетических процессов над процессами освобождения энергии — одна из наиболее характерных особенностей обмена веществ растительных организмов. Первичный синтез углеводов из неорганических веществ осуществляется в пластидах.

Различают три вида пластид: 1) лейкопласты — бесцветные пластиды, в которых из моносахаридов и дисахаридов синтезируется крахмал (есть лейкопласты, запасающие белки или жиры); 2) хлоропласты — зеленые пластиды, содержащие пигмент хлорофилл, где осуществляется фотосинтез — процесс образования органических молекул из неорганических за счет энергии света, 8) хромопласты, включающие различные пигменты из группы каротиноидов, обусловливающих яркую окраску цветков и плодов. Пластиды могут превращаться друг в друга. Они содержат ДНК и РНК, и увеличение их количества осуществляется делением надвое.

Вакуоли окружены мембраной и рецэвиваются из эндоплазматичеокой сети. Вакуоли содержат в растворенном виде белки, углеводы, низкомолекулярные продукты синтеза, витамины, различные соли. Осмотическое давление, создаваемое растворенными в вакуолярном соке веществами, приводит к тому, что г клетку поступает вода, которая обусловливает тургор — напряженное состояние клеточной стенки. Толсты' упругие стенки обеспечивают прочность растений к статическим и динамическим нагрузкам.

Остановимся коротко на историческом аспекте развития эволюционного учения вообще и эволюционной экологии в частности. Эволюционное направление в науке развивалось и приобрело свои специфические очертания задолго до выделения экологии как науки в борьбе различных идей и направлений постоянного развития, с одной стороны, и метафизической концепции о сотворении природы и неизменности её составляющих, с другой. Основательные теории эволюции органического мира были выдвинуты лишь в XIX веке. До этого идеи эволюционного развития мира существовали в виде отдельных форм эволюционизма. Понимание развития биосферы вырисовывалось постепенно в борьбе материалистических и идеалистических взглядов. Точка зрения идеалистов на мир — это действие нематериальных факторов, определивших эволюцию мира.

Идеи о происхождении живого из неживого и динамичности развития живого высказывались еще за 2 — 3 тыс. лет до нашей эры учеными в странах Древнего Востока (Египет, Китай, Индия, Вавилония). Древнегреческие философы Гераклит, Демокрит, Анаксагор, Эмпедокл, Аристотель, Теофраст, а также древнеримский ученый и поэт Лукоеций Кар в своих работах высказывали гениальные догадки — идеи о развитии природы, хотя причины развития трактовались ими в основном с точки зрения теологии или механистики.

В легендах первобытных народов о сотворении мира и во многих религиях лежит практически одна концепция, согласно которой Вселенная статична и после создания не изменялась. Выполненные епископом Ушером в XVII веке расчеты, показавшие, что мир был создан в 4004 году до н.э., привлекают внимание своей удивительной точностью. Это было сделано в эпоху, когда возможности истории оставались ограниченными из-за укоренившихся рутинных представлений о мире и практической невозможности использования письменных источников, что выпало на долю естествоиспытателей и философов эпохи Просвещения, которой ознаменовался XVIII век, а также геологов и биологов в XIX веке.

Французский натуралист Жорж-Луи Бюффон в 1749 году впервые попытался вычислить возраст Земли; по его оценкам, он оказался равен примерно 70,000 годам (в неопубликованных заметках указывался возраст 500 000 лег). Иммануил Кант в своей «Космогонии» в 1755 году утверждает, что возраст Земли составляет миллионы и даже сотни миллионов лет. Бюффон и Кант вполне отчетливо представляли себе физический мир как ррзультат эволюции.

Бесполое размножение. Этот тип размножения происходит без образования специализированных половых клеток (гамет), и для его осуществления необходим только один организм. Новая особь развивается из одной или нескольких соматических (неполовых) клеток материнского организма и является его абсолютной копией. Генетически однородное потомство, происходящее от одной родительской особи, называют клоном.

Бесполое размножение является наиболее древней формой размножения, поэтому особенно широко оно распространено у одноклеточных организмов, но встречается и среди многоклеточных.

Существует несколько способов бесполого размножения.

Деление. Прокариотические организмы (бактерии и синезеленые водоросли) размножаются путем простого деления, которому предшествует удвоение единственной кольцевой молекулы ДНК.

Митотическим делением на две и более клеток размножаются простейшие (амебы, инфузории, жгутиковые) (рис. 54) и одноклеточные зеленые водоросли. ¦

Спорообразование. Этот способ размножения характерен в основном для грибов и растений. Специализированные клетки — споры — могут образовываться в специальных органах — спорангиях (как это происходит у растений) или открыто, на поверхности организма (как, например, у некоторых плесневых грибов).

Споры продуцируются в огромном количестве и обладают очень малым весом, что облегчает их распространение ветром, а также животными, в основном насекомыми. В одной зерновке пшеницы, пораженной твердой головней, образуется от 8 до 20 млн спор, а во всем колосе — до 200 млн. У некоторых видов грибов количество спор, продуцируемых в сутки, достигает 30 млрд! Потери спор очень велики, лишь ничтожная часть их попадает в благоприятные для прорастания условия. Однако те споры, которым «не повезло», могут долго дожидаться своего часа. Так, например, споры головневых грибов сохраняют жизнеспособность в течение 25 лет.

Вегетативное размножение. Способ бесполого размножения, при котором дочерний организм развивается из группы родительских клеток, называют вегетативным размножением.

Широко распространено такое размножение у растений. В естественных природных условиях оно, как правило, происходит с помощью специализированных частей тела растения. Луковица тюльпана, клубнелуковица гладиолуса, растущий горизонтально подземный стебель (корневище) ириса, ползучий, стелющийся по поверхности почвы стебель ежевики, усы земляники, клубни картофеля и корневые клубни георгина — все это органы вегетативного размножения растений.

Особенно часто встречаются различные формы вегетативного размножения среди растений, обитающих в суровых климатических условиях. Неожиданные заморозки в летний день способны погубить цветки или незрелые плоды тундровых растений. Вегетативное размножение позволяет им не зависеть от подобных неожиданностей. Некоторые камнеломки способны образовывать выводковые почки, которые распространяются подобно семенам, мятлики образуют на месте цветков маленькие дочерние растеньица, способные опадать и укореняться, а сердечник луговой размножается исключительно видоизмененными дольками листьев.

Вегетативное размножение у животных осуществляется двумя основными способами: фрагментацией и почкованием.

Фрагментация — это разделение тела на две и более частей, каждая из которых дает начало новой полноценной особи. Этот процесс основан на способности к регенерации. Таким способом могут размножаться кольчатые и плоские черви, иглокожие и кишечнополостные. ¦ Почкование — это образование на теле материнской особи группы клеток — почки, из которой развивается новая особь. В течение некоторого времени дочерняя особь развивается как часть материнского организма, а затем или отделяется от него и переходит к самостоятельному существованию (пресноводный полип гидра), или, продолжая расти, образует собственные почки, формируя колонию (коралловые полипы). Встречается почкование и у одноклеточных — дрожжевых грибов (рис. 55).

Половое размножение. Половое размножение — это процесс образования дочернего организма при участии половых клеток — гамет. В большинстве случаев новое поколение возникает в результате слияния двух специализированных половых клеток различных организмов. Гаметы, дающие начало дочернему организму, имеют половинный (гаплоидный) набор хромосом данного вида и образуются в результате особого процесса — мейоза (§ 3.6). Как правило, гаметы бывают двух типов — мужские и женские, и формируются они в специальных органах — половых железах.

Новый организм, возникающий в результате слияния гамет, получает наследственную информацию от обоих родителей: 50% от матери и 50% от отца. Будучи похожим на них, он, тем не менее, обладает собственной уникальной комбинацией генетического материала, которая может оказаться очень удачной для выживания в меняющихся условиях окружающей среды.

Виды, у которых есть и мужские, и женские особи, называют раздельнополыми; к ним относится большинство животных. Виды, у которых одна и та же особь способна формировать и мужские, и женские гаметы, называют двуполыми или гермафродитными. К таким организмам относится большинство покрытосеменных растений, кишечнополостные, плоские и многие кольчатые черви, некоторые ракообразные и моллюски и даже отдельные виды рыб и пресмыкающихся. Гермафродитизм подразумевает возможность самооплодотворения, что бывает очень важно для организмов, ведущих одиночный образ жизни (например, свиной цепень в организме человека). Правда, следует отметить, что, при возможности, гермафродиты предпочитают обмениваться половыми клетками друг с другом, осуществляя! крестное оплодотворение.

У большинства видов покрытосеменных растений в цвет находятся и тычинки, образующие мужские половые клетки спермии и пестики, содержащие яйцеклетки.