Введение
Наука о разнообразии растительного мира Земли – ботаника (греч. "botane" – трава, растение) изучает закономерности и особенности внешнего и внутреннего строения растений, их жизнедеятельность, распространенность, взаимосвязь друг с другом, с окружающей средой.
Начало искусственного разведения растений человеком относится, по-видимому, к VI-V тысячелетиям до н.э. Позже человек научился распознавать и использовать растения для лечения, изготовления тканей, постройки жилищ и, наконец, для украшения. Тысячелетиями человек познавал природу и накапливал знания о растениях и их свойствах.
Первые данные о растениях содержатся в трудах греческого классика Аристотеля и его ученика Теофраста (IV-III вв. до н.э.). Аристотелем была впервые сделана попытка классифицировать растения: он разделил их на деревья, кустарники, полукустарники и травы, а травы – на однолетние, двулетние и многолетние. В “Естественной истории” Плиния Старшего (23-79 гг. н.э.) содержатся сведения о 1000 растениях, имеющих в основном полезные свойства. Эта работа Плиния Старшего была для ботаников основным источником сведений о растениях до конца XVII в. Период, охватывающий XV-XVII вв., называют временем “первоначальной инвентаризации” растений. К этому времени были разработаны принципы и методы классификации растений, созданы первые искусственные системы растительного мира, сформулированы основные ботанические термины. Так, итальянский ученый XVI в. Андреа Чезальпино создал свою классификацию на основе особенностей строения плодов, количества и расположения семян в них. Наилучшую искусственную классификацию растений составил шведский натуралист Карл Линней (1707-1778 гг.), в основу которой были положены характерные особенности тычинок, их количество и способы прикрепления. Он описал 1260 родов и 7540 видов растений, создав бинарную номенклатуру (род и вид) растений, ввел в биологию понятие вида. Французским ботаником А.Жюссье (XVIII в.) введено понятие семейства и составлена система растений, включающая 15 классов, 100 семейств и около 20 000 видов.
В XIX в. по мере накопления сведений о развитии мира появилось учение французского исследователя Ж.Б.Ламарка об эволюции организмов, в том числе и растений. В начале XIX в. оформляется в самостоятельную науку, Морфология растений. Немецкими учеными М.Шлейденом (1838 г.) и Т.Шванном (1839 г.) была создана клеточная теория, доказывающая единство происхождения всех организмов. Ч.Дарвин в своей книге “Происхождение видов путем естественного отбора” 1859 г., изложил эволюционную теорию, которая произвела переворот в биологическом мышлении и стала историческим методом исследования в биологии. К концу XIX в. получили развитие новые отрасли биологии: филогенетическая систематика, эволюционная морфология, биогеография и др. В этот период разрабатываются филогенетические системы различных растительных групп.
XX в. характеризуется бурным развитием биологии, что связано с разработкой и широким применением новых методов и средств исследования.
Это привело к развитию морфологии, анатомии, физиологии и систематики растений с привлечением данных биохимии, генетики, молекулярной биологии, химии, физики и т.д.
Систематические исследования растений начались в России в XVIII в. и связаны с открытием в 1725 г. в Петербурге Академии наук. Первоначально развивалось флористическое направление – изучался видовой состав растений на всей огромной территории России. Появились важные научные труды С.П.Крашенинникова “Описание земли Камчатки” (1755 г.), И.Г.Гмелина “Флора Сибири”(1747-1759 гг.), П.С.Палласа “Флора России” (1784-1788 гг.), К.Ф.Ледебура “Флора Алтая” и “Флора России” (1841-1853 гг.), он же сделал первую попытку деления карты России на флористические области.
В XIX в. русские ученые начали изучение растительного мира других стран – Китая, Монголии, Малой Азии и др. М.А.Максимовичем в “Систематике растений” (1831 г.) сделана первая попытка рассмотреть эволюцию как процесс видообразования. Ко второй половине XIX в. – началу XX в. относится деятельность таких видных русских ученых, как ботаников Л.С.Ценковского, А.Н.Бекетова, Д.И.Ивановского; физиологов растений – А.С.Фаминицина, К.А.Тимирязева; морфолога растений И.И.Горожанкина; цитологов растений И.И.Герасимова, С.Г.Навашина и др. Г.В.Морозов изучал динамику лесных сообществ. Выдающимися учеными, такими как Н.И.Вавилов, В.Л.Комаров, А.А.Еленкин, Л.И.Курсанов и многими другими, внесен огромный вклад в изучение флоры СССР, составление карт растительного мира СССР, изучение систематики, анатомии, морфологии, физиологии, биогеоценологии, биохимии и т.д. Работы русских ученых широко используются учеными всего мира. Изучение флоры России способствовало углублению и уточнению классификаций растений, давало материал для выводов, относящихся к географическому распределению растений и экологии, сделало возможным выделить центры происхождения культурных растений и установить географические закономерностей в распределении их наследственных признаков, позволило достичь значительных успехов в селекции растений.
Достижения ботаников широко используются в медицине, сельском хозяйстве, промышленности, области охраны окружающей среды. К.А.Тимирязев раскрыл планетарную и космическую роль зеленых растений. За счет энергии Солнца зеленые растения синтезируют органические вещества, используемые другими организмами в процессе жизнедеятельности. Растения обогащают атмосферу Земли кислородом, осуществляют кругооборот веществ в природе, оказывают влияние на формирование и изменение климата, почвообразовательные процессы и повышение плодородия почвы.
Леса занимают 40% суши Земли, оказывая огромное влияние на биосферу. Являясь крупными поставщиками кислорода, они улучшают микроклимат, смягчают резкие колебания температуры, предохраняют почву от промерзания и эрозии, являются мощным водорегулятором, поставляют техническое и лекарственное сырье, пищевые продукты и т.д. Растения удовлетворяют потребности человека в пище, одежде, жилище. Полезные свойства растений изучены еще недостаточно и используются далеко не полностью. Из 500 тыс. видов высших растений человек в практических целях использует только 2500. В недалеком будущем многие растения, считающиеся сейчас бесполезными или даже вредными, окажутся источниками либо лекарственного, либо технического сырья, либо обладателями ценных для человека свойств.
Издавна человек подразделял живые организмы на растения и животные. С середины 50-х гг. нашего столетия, когда в биологии были сделаны важные открытия в ультраструктуре и метаболизме клеток разных групп организмов, учеными предлагаются разные системы таксономической классификации растений и животных (З.Уиттейкер, Ч.Джефри, Е.Додсон, А.Тахтаджан, Я.Старобогатов и др.). В настоящее время выделяют от трех до десяти царств. В основу деления живого на царства положены способы питания, особенности ультраструктуры митохондрий, пластид и другие принципы.
В современной классификации организмов выделяют два надцарства:
Доядерные (предъядерные) – прокариоты (организмы, не имеющие морфологически оформленного ядра). В эту градацию входит только одно царство – дробянки, включающее три подцарства: архебактерии (метансинтезирующие бактерии, использующие для анаэробного дыхания преимущественно СО2 и восстанавливающие его до СН4); настоящие бактерии (аэробные и анаэробные гетеротрофы, реже автотрофные прокариоты, способные к анаэробному фотосинтезу); оксифотобактерии – автотрофные прокариоты, способные к аэробному фотосинтезу (цианобактерии и хлороксибактерии);
Настоящие ядерные организмы – эукариоты (организмы, имеющие морфологически оформленное ядро).
Эукариоты включают три царства – животные, грибы и растения:
животные – объединяет организмы, питающиеся преимущественно гетеротрофно путем заглатывания (т.е. голозойное) или реже всасывания (адсорбция). Эти организмы часто диплоидные, плотная клеточная стенка у них обычно отсутствует; грибы – включает гетеротрофные организмы (всасывание). Имеют часто плотную клеточную оболочку; гаплоидные или дикарионные организмы. растения – включает автотрофные организмы, способные к синтезу органических веществ из неорганических за счет энергии Солнца. Они имеют плотную клеточную оболочку, чаще диплоидны, обнаруживают чередование поколений.
Царство растений подразделяют на три подцарства: багрянки, настоящие водоросли и высшие растения.
Багрянки и настоящие водоросли часто называют низшими растениями. Тело этих организмов не имеет развитых органов и тканей и представляет собой недифференцированное слоевище (таллом). Обитают эти организмы преимущественно в воде, размножаются неподвижными спорами или подвижными зооспорами (бесполое размножение), часто образующимися в одноклеточных спорангиях или зооспорангиях.
Остальные растения относят к высшим – это вымершие риниофиты и ныне существующие таксоны: моховидные, хвощевидные, плауновидные, папоротниковые, голосеменные и покрытосеменные. Большинство этих растений характеризуются расчленением тела на ткани и органы: листостебельные побеги и корни, служащие для питания и обмена веществ с внешней средой, и генеративные органы (органы полового размножения). Бесполое размножение у высших растений осуществляется спорами, образующимися в многоклеточных спорангиях. Голосеменные и покрытосеменные растения характеризуются появлением семени, служащем для размножения и расселения. Высшие растения – наземные организмы или вторичноводные.
Схема организации живых организмов