Захват континентов: разнообразие и распространение диаспор цветковых растений

Одна из причин огромного разнообразия семян и плодов – различные приспособления к их распространению. Так как подавляющее большинство растений ведет прикрепленный образ жизни, все они вынуждены распространяться в пространстве и во времени зачатками – диаспорами (у цветковых, о которых пойдет речь, это плоды и семена).  Процесс распространения диаспор растений – диссеминация (лат. disseminare – рассеивать, распространять). Так как же распространяются семена? Самостоятельно, или с помощью внешних факторов-аллохории. Существует четыре основных типа распространения: автохория — самораспространение, анемохория — распространение с помощью ветра, зоохория — распространение с помощью животных, и гидрохория — распространение с помощью воды. Последние три типа и есть аллохория — распространение с помощью внешних факторов.

Анемохория — перенос семян воздушными течениями, ветром. Ветер — самый часто встречающийся фактор, однако он не всегда эффективен. То, что семена переносятся с помощью ветра, не означает то что все они переносятся по воздуху. Конечно, большая их часть, но не все. Некоторые распространяются, двигаясь по снежному насту наподобие буера (семена сосны), некоторые по поверхности воды (плоды тростника), ряд растений перекати-поле переносятся ветром по поверхности земли и при этом рассеивают свои семена [1]. У всех них есть приспособления к анемохории.  Растения с парящими семенами (парение предполагает долгий полёт семян в воздухе) обеспечивают себе это следующими способами: малым весом семян, пылевидными семенами, всевозможными парашютиками или перистыми осями, волосками и хохолками. Растения с планирующими семенами обеспечивают себе распространение по-другому: крыловидными выростами или крылатками, хотя такой способ и позволяет разносить семена на меньшие расстояния [3]. Типичный пример легких семян — это орхидные; крылатки есть у клена, а типичный представитель жизненной формы «перекати-поле» — качим метельчатый. Одуванчик — обладатель перистых осей, внес немалый вклад в развитие бионики, а потом и инженерии.

Бионика — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы. То есть люди используют изобретения природы для своих целей. Парашют был изобретен по прототипу семени одуванчика. У них у обоих груз (у одуванчика — семя, у парашюта — человек) находятся под точкой приложения подъемной силы. Первый парашют в истории был изобретен Леонардо да Винчи в 1485 году, но он никогда не взлетал и во многом не походил на современный («одуванчиковый») парашют. Во-первых, купол его был той же длины, что и человек. А во-вторых, пирамидальной формы. Современный же ранцевый парашют был изобретен Глебом Котельниковым в 1912 году [2]. Им мы пользуемся и по сей день. Также свой вклад в бионику внесла крылатка клена. Развивалась инженерия и авиация. Жуковский основал науку аэродинамику и сформулировал ее основной закон, закон о подъемной силе крыла. Многие ученые пытались создать прототип крылатки, но у них не получалось. Только в 2014 году ученые из института интеллектуальной робототехники создали прототип беспилотника крылатки клена. Он радиоуправляемый и может повторить все маневры настоящей крылатки.

Следующий тип распространения – автохория – расселение плодов и семян самостоятельно, без участия каких-либо внешних факторов. Автохория может осуществляться тремя споспобами: Барохория – самопроизвольное опадение зрелых плодов под собственной тяжестью (сорные растения, пальмы, ряд сложноцветных с массивными плодами и семенами и т.п.). Для растений, использующих этот тип распространения, характерны тяжелые плоды и мякоть. Автомеханохория – активное разбрасывание семян при вскрывании зрелого плода делится на два основных подтипа: створки плода скручиваются, например, у бобовых, а второй — за счет внутреннего давления в плоде, мякоть и семена вылетают из него или же при отрывании плода (например, бешеный огурец), либо при малейшем касании (например, недотрога). Геокарпия – самостоятельно созревание плодов в почве. У ряда фиалок и арахиса после оплодотворения, благодаря геотропическим движениям плодоножек, завязи зарываются в почву [1], где и происходит рост и созревание плодов. Для растений, использующих этот тип распространения, характерны подземные плоды. Типичный пример барохории — обыкновенная яблоня; геокарпии – арахис; автомеханохории с раскручивающимися стенками – горох, а с плодом с внутренними силами – бешеный огурец.

Зоохория — распространение диаспор животными. Различают эндзоохорию, эпизоохорию и синзоохорию. Эндзоохория — распространение семян при поедании животными сочных плодов. Семена проходят неповрежденными через пищеварительный тракт и выбрасываются с экскрементами. В умеренных широтах этот способ распространения семян очень характерен для птиц, поедающих яркие сочные питательные плоды калины, рябины, черемухи, боярышника, приспособленных для этих целей. Семена таких растений часто имеют твердую каменистую семенную кожуру. Растения, использующие этот способ, имеют следующие приспособления: сочную мякоть и твердую семенную кожуру. Эпизоохория — пассивный перенос диаспор на теле животного. Диаспоры таких растений, например, череды, липучки, лопуха имеют специальные приспособления: прицепки, колючки, клейкие вещества, или же они очень мелкие и разносятся на перьях и лапах, прилипая к ним с грязью (например, подорожник). Синзоохория – активное распространение, связанное с запасанием пищи. Диаспоры, снабженные специальными питательными придатками – ариллусами (у хохлатки, пролески, фиалок, клещевины, чистотела) разносятся муравьями (такой тип называется мирмекохория), или ореховидные диаспоры (у сосны сибирской, дуба, бука, лещины) распространяются (невольно) грызунами (белками, мышами, бурундуками) или птицами (сойками, кедровками), которые делают кладовые, о которых потом забывают, не находят и благодаря им происходит восстановление лесов на вырубках и пожарищах [1]. Типичные примеры зоохории: рябина - эндозоохория, репейник – эпизоохория и желуди – синзоохория.

Репейник тоже внес вклад в бионику, а точнее в развитие функциональности и удобства одежды и даже помог космонавтам. Жорж де Мистраль – швейцарский изобретатель липучки пришел домой с прогулки с собакой и очень долго вытаскивал из ее шерсти репейник и тогда задумался: «почему они пристают к шерсти собаки?» Он изучил коробочку растения под микроскопом и обнаружил крючки, которые и цеплялись за петельки в шерсти животных. Тогда ему в голову пришла гениальная идея: создать липучку! И спустя 10 лет кропотливой работы он создал липучку. На одну ее сторону он поместил петельки такие же как на шерсти животных, а на другую крючки, как на коробочки репейника. Свое изобретение он назвал велкро и 13 сентября 1955 года был оформлен патент. [2]

Рисунок 1. Увеличенная коробочка репейника

Рисунок 2. Увеличенная липучка

Гидрохория — распространение диаспор растений с помощью воды. Диаспоры гидрохорных растений имеют приспособления, препятствующие смачиванию водой, для их семян и плодов характерны несмачиваемость (восковый слой, густое опушение); высокая плавучесть (вздутия, воздухоносные полости, слизистые чехлы и т.п.); плотный эндокарп (семя); волокнистый мезокарп (мякоть). Гидрохория характерна для гидрофитов, растений морских побережий и речных долин (кувшинка, кубышка, рдест, кокосовая пальма, ежеголовник). Наиболее эффективный тип гидрохории по дальности — разнос семян и плодов морскими течениями. Несколько типичных примеров гидрохории: кокосовая пальма, ольха черная, лотос индийский, семена которого сохраняют всхожесть до двух тысяч лет.

Есть в мире удивительное растение банксия, которая смогла укротить разрушительную стихию – огонь. И не просто укротить, а использовать в своих целях. Банксия обитает на западе Австралии – очень сухой местности, где часто происходят пожары. Само растение сгорает, но ему удается спасти свои семена. Когда соцветие отцветает на нем образуются бородавки, в которых и находятся семена. Открываются же они только тогда, когда находятся в условиях очень высоких температур, то есть в огне. Семена пожароустойчивы, они попадают в удобренную пеплом и сожженными растениями благоприятную для прорастания среду.

Рисунок 3. Соцветие банксии до пожара

Рисунок 4. Сгоревшее соцветие с открывшимися бородавками

Разнообразие типов распространения свидетельствует о том, что чтобы растениям выжить, им нужно эволюционировать и приспосабливаться к окружающей среде, ведь если развитие растений, а в частности эволюция их семян будет стоять на месте, то растения будут вымирать так же как часть растений, живущих на западе Австралии, которые не приспособились к условиям окружающей среды. Без эволюции не было бы жизни, она касается не только семян, но и в принципе всего живого на земле: не приспособились бы кактусы сохранять влагу — вымерли бы, не приспособились бы орхидеи забирать влагу из воздуха с помощью воздушных корней — вымерли бы.

Но какой тип распространен больше всего? Зависит ли он от географического положения? Для этого проведем небольшое исследование процентного соотношения типов распространения по материкам.

Мы не сможем рассмотреть тысячи растений с каждого континента, поэтому отберем 10 самых распространенных с помощью географического атласа, в котором есть раздел биосфера, где на карту нанесены основные растения материков [4, с. 36-37]. Также в атласе есть деление на природные зоны, которое пригодится чуть позже.

10 основных растений Южной Америки: араукария, полынь, mauritia flexuosa, акация, theobrōma cacāo, мангровое дерево, нолана, ковыль, пампасы, ананас (бромелиевые).

Таблица 1 

Растения, используемые для анализа флоры Южной Америки

с их типами распространения и приспособлениями для этого

Когда мы определили тип распространения, необходимо посчитать процентные соотношения. Для этого считаем, сколько раз, какой тип был назван. Гидрохория - 0, зоохория - 3, анемохория - 5, автохория - 4. Затем складываем эти числа. Получается 12. Делим 100 на 12 и получаем 8,3%. Затем для каждого типа рассчитываем проценты и округляем до целых чисел: зоохория- 25%, анемохория-42%, автохория-33%, гидрохория-0% (см. рис. 6)

10 основных растений Азии: плюмерия, чай, дуб, береза, ель, сосна, полынь, ковыль, в мангровое дерево, магнолия;

Таблица 2 

Растения, используемые для анализа флоры Азии с их типами

распространения и приспособлениями для этого

Считаем, сколько раз, какой тип был назван. Гидрохория-1, зоохория-1, анемохория-6, автохория-3. Затем складываем эти числа. Получается 11. Делим 100 на 11 и получаем 9 или 1%. Затем для каждого типа рассчитываем проценты и округляем до целых чисел, тогда зоохория- 9%, анемохория-55%, автохория-27%, гидрохория-9% (см. рис. 6)

10 основных растений Северной Америки: секвойя, сосна, береза, ель, магнолия, клен, дуб, прерия, агава, большая полынь:

Таблица 3

Растения, используемые для анализа флоры Северной Америки с их типами распространения и приспособлениями для этого

Подведем итог: Гидрохория-1, зоохория-2, анемохория-5, автохория-3. Затем складываем. Получается 11. Делим 100 на 11 и получаем 9 или 1%. Затем для каждого типа рассчитываем проценты и округляем до целых чисел, тогда зоохория- 18%, анемохория-46%, автохория-27%, гидрохория-9%. (см. рис. 6)

10 основных растений Африки: Мезембриантемум, Ежовник, Молочай, Финиковая пальма, Баобаб, Фикус, Вельвичия, Акация, Кофе, Масличная пальма;

Таблица 4

Растения, используемые для анализа флоры Африки с их типами распространения и приспособлениями для этого

Итог: гидрохория - 0, зоохория - 6 , анемохория - 2, автохория - 6. Затем складываем. Получается 14. Делим 100 на 14 и получаем 7,1 или 1%. Затем для каждого типа рассчитываем проценты и округляем до целых чисел, тогда зоохория - 42%, анемохория-16%, автохория-42%, гидрохория-0%; (см. рис. 6)

10 основных растений Африки: эвкалипт, кокосовая пальма, мангровое дерево, баобаб, акация, бутылочное дерево, макрозамия, спинифекс, астребла, араукария;

Таблица 5

Растения, используемые для анализа флоры Австралии с их типами распространения и приспособлениями для этого

Подведем итог: гидрохория - 1, зоохория - 3, анемохория - 4, автохория - 3. Затем складываем. Получается 11. Делим 100 на 11 и получаем 9 или 1%. Затем для каждого типа рассчитываем проценты и округляем до целых чисел: зоохория-27%, анемохория-36%, автохория-27%, гидрохория-9%; (см. рис. 6)

10 основных растений Европы. дуб, бук, ясень, береза, ель, лавр, олива, смородина, клевер, облепиха.

Таблица 6

Растения, используемые для анализа флоры Европы с их типами распространения и приспособлениями для этого

Итого: гидрохория - 1, зоохория - 4, анемохория - 4, автохория - 2. Затем складываем. Получается 11. Делим 100 на 11 и получаем 9, или одну часть. Затем для каждого типа рассчитываем проценты и округляем до целых чисел, тогда зоохория - 36%, анемохория - 36%, автохория - 18%, гидрохория - 9%; (см. рис. 6)

Рисунок 6. Диаграммы, иллюстрирующие частоту встречаемости разных типов распространения на разных континентах

Итак, подведем итог всего исследования: гидрохория - 4, зоохория - 19, анемохория - 26, автохория - 20. Затем складываем. Получается 69. Делим 100 на 69 и получаем 1,4 или 1%. Затем для каждого типа рассчитываем проценты и округляем до целых чисел, тогда зоохория - 27%, анемохория - 38%, автохория - 29%, гидрохория - 6%. Почему же получились такие результаты? Я думаю что так ка ветер самый распространенный на земле фактор, то так размножаться легче и проще всего. Но почему же не автохория? А потому что для нее нужно больше затрат от растения, но она все же вторая. Зоохория – стоит третьей так как животных на земле тоже не мало и от растения нужно меньше усилий. И последняя, гидрохория, так как не всем растениям повезет расти у воды, а чтобы семена попали в воду, тоже надо приложить усилия.

Рисунок 7. Итоговая диаграмма

Тип распространения растения зависит от его среды обитания: в пустыне и саванне много открытой местности, следовательно и ветра много. В лесу живет много животных и поэтому выгодно их использовать. А в редколесье ветра немного, зато есть животные и всегда можно размножаться самостоятельно. 44% Австралии — пустыни, преобладает анемохория, 50% европы — леса, преобладает зоохория, 31% южной америки — саванны, преобладает анемохория, 40% африки — редколесье, преобладает автохория и зоохория, 1/3 северной америки — пустыня, преобладает анемохория, 35% азии — пустыня, преобладает анемохория.

Рисунок 8. Открытка «саморасселение семян»

З. В. Воронцов 1989 На изображении: герань, , созревший плод герани, , плод фиалки, , Плод недотроги, , оторвавшийся плод бешеного огурца, , чина, , плоды чины, (все здесь, автохория)

Рисунок 9. Открытка «расселение растений в природе»

З. В. Воронцов 1989 На изображении: -татарник (анемохория), -кокосовая пальма (гидрохория), -спорангий папоротника (анемохория), -семя череды (эпизоохория), -семя татарника (анемохория), -семя гравилата (эпизоохория), -крылатка клена (анемохория), -тропическая пизония (эпизоохория).

Растения — гении природы: они научились использовать силы природы в своих целях, приспособились к жизни в пустыни, построили парашюты и аэропланы и продолжают изобретать то что нам и не снилось.

1. Лекция «Распространение плодов и семян». — Текст : электронный // studfile : [сайт]. — URL: https://studfile.net/download.php?id=1621709&code=1cc9a762cd22a1659e062248a31d52a4&download-status=process0001, (дата обращения: 14.12.2023)
2. Хочу все Знать Наука 2.0 Бионика - Растения #8 [Электронный ресурс] : [мультимед. фильм]/ Хочу все Знать. — 2014. — Режима доступа :  https://www.youtube.com/watch?v=tLW7VYkDV7U, свободный
3. Нил Лукас «BBC: Невидимая жизнь растений» [Электронный ресурс] : [мультимед. фильм]/ Нил Лукас. — Великобритания, 1995. — Режим доступа : http://ok.ru/video/5749147888, свободный
4. Савельева, Л. Географический атлас для 5-6 класса издательство "Просвещение" / Л. Савельева, О. Котляр, М. А. Григорьева. —  : Просвещение, 2021. — 49 c. — Текст : непосредственный.