Они старше динозавров, размножаются таинственными спорами, а их молодые побеги закручены в тугие улитки, похожие на инопланетные символы. Папоротники кажутся выходцами из другого царства — загадочного и архаичного. И всё же, биологическая систематика оставляет их с нами, в знакомом мире флоры. Почему? Ответ кроется не в одном признаке, а в фундаментальном сходстве процессов жизни, которое роднит скромный лесной папоротник с гигантским секвойей.
Фундамент жизни: общее с растениями на клеточном уровне
Если заглянуть внутрь, окажется, что клетка папоротника устроена по тому же строгому «растительному» уставу. Главный козырь — хлорофилл. Как и все наземные растения, папоротники являются автотрофами. В их клетках содержатся хлоропласты — специальные органеллы, которые улавливают солнечный свет и преобразуют его энергию в органические вещества в процессе фотосинтеза. Они сами готовят себе пищу из воды и углекислого газа. Это ключевой «паспортный» признак, отделяющий их от царства грибов или животных.
Клеточная стенка — второй непреложный аргумент. Клетки папоротников, как и клетки ромашки или дуба, имеют прочную целлюлозную оболочку. Она придает структуру, форму и защиту. Это каркас, которого лишены, к примеру, клетки нашего тела. Кроме того, вакуоли с клеточным соком в их клетках четко выражены и выполняют те же функции хранения и поддержания тургора.
Архитектура тела: сходство, которое видно невооруженным глазом
Внешнее строение тоже выдает в них типичных представителей флоры. У папоротников есть настоящие органы, дифференцированные по функциям:
- Корни (или корневища). Они прочно закрепляют растение в почве и добывают из нее воду с минеральными солями. Это не ризоиды мхов, а сложные многоклеточные структуры.
- Стебель. У большинства папоротников он видоизменен в корневище, но он выполняет проводящую и опорную роль. У древних древовидных форм стебель был мощным стволом.
- Листья (вайи). Их знаменитые кружевные пластинки — это не просто выросты. Это сложные органы, в которых проходят сосудистые пучки, транспортирующие воду и питательные вещества. Именно поэтому папоротники относятся к сосудистым растениям, как хвойные и цветковые.
Секрет в сосудах: транспортная система как эволюционный прорыв
Наличие настоящей проводящей системы — ксилемы и флоэмы — это визитная карточка высших растений, и папоротники ею обладают в полной мере. Ксилема, состоящая из мертвых сосудов и трахеид, поднимает воду от корней к листьям. Флоэма транспортирует органические вещества, синтезированные в вайях, ко всем частям растения. Благодаря этому папоротники могут достигать внушительных размеров (вспомните тропические древовидные формы), чего никогда не смогут сделать мхи, лишенные развитой проводящей системы.
Главная загвоздка: размножение и двойная жизнь
Именно здесь папоротники показывают свою древность и отличие от привычных нам растений. Их жизненный цикл включает смену двух поколений — спорофита и гаметофита. То пышное растение с вайями, которое мы называем папоротником, — это бесполое поколение (спорофит). Оно производит споры на нижней стороне листьев.
Крошечная спора, попав в почву, прорастает не в новый папоротник, а в заросток (гаметофит). Это маленькая зеленая пластинка, часто сердцевидной формы, которая живет самостоятельно. И уже на нем образуются половые клетки. Для оплодотворения им нужна вода — капельно-жидкая среда, чтобы сперматозоид мог доплыть до яйцеклетки. Этот архаичный признак напоминает о том, что папоротники — одни из первых колонизаторов суши, еще не полностью оторвавшихся от водной среды. У цветковых растений эта стадия редуцирована и скрыта.
Итоговый вердикт: почему они всё-таки растения
Исследователи классифицируют организмы по совокупности признаков. И папоротники, несмотря на архаичное размножение, набирают полный балл по «растительным» характеристикам: автотрофное питание через фотосинтез, наличие целлюлозной клеточной стенки, дифференциация на органы (корень, стебель, лист) и развитая сосудистая система. Папоротники относятся к царству растений именно так как их фундаментальный биологический «проект» совпадает с проектом дуба или подсолнуха, а не мухомора или медузы.
Они — живые свидетельства великого эволюционного эксперимента, переходное звено между примитивными споровыми мхами и семенными растениями. Их царство — Plantae. Их история — летопись планеты. А их зелень — результат того же самого фотосинтеза, что кормит весь наш мир.