绿色是生命之色。自从3 8亿年前最初的一抹绿色在海洋的某处出现之后,地球从此不同了。
绿色是生命之色。自从3 8亿年前最初的一抹绿色在海洋的某处出现之后,地球从此不同了。
通过内共生作用,原本自由生活的蓝细菌变成了真核细胞内的一种器官——叶绿体。
1969年,美国生态学家魏特克(R.H.Whittaker)又根据细胞结构及营养方式将真菌从植物界中分离出来另立为一界,提出了被学界广为接受的五界系统,即原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界。
在五界系统中,植物界即陆生绿色植物,包括苔藓植物和维管植物,它们起源于原生生物界的藻类,是地球生态系统的生产者。
细菌属于原核单细胞生物,它们形体微小,只有细胞壁和细胞质,无细胞核。真菌属于真核生物,它们具有细胞核、细胞质和细胞壁,有些真菌细胞内可能含有多个细胞核。
维管植物是指体内具有由木质部和韧皮部组成的输导组织的植物,木质部将水分和无机矿物从根向上运输到叶,而韧皮部将光合作用产生的有机物运送到植物体的各个部分。
维管植物门包括蕨类和种子植物两大支系,其中蕨类又包括石松类、真蕨类和木贼类;种子植物包括苏铁类、银杏类、买麻藤类、裸子植物和被子植物五大支系。
同样,有很多动物也可以进行光合作用,自己制造食物。其中最著名的要数蝾螈、海蜗牛、巨蛤、海鞘、水母、珊瑚、海葵、水螅和海绵等了。
绿叶海蜗牛远远看上去就像一片绿叶,它从吞食的藻类中获取叶绿体,然后将之储存在自己的细胞内。
绿叶海蜗牛可以将叶绿体在自己的体内保存长达数月。一旦一个成年个体体内的叶绿体数量达到饱和,它可以在长达10个月的时间内不用进食,完全依赖光合作用存活。
一些裸鳃类软体动物也进化出了光合作用的能力,其中很多亚种和某些共生藻达成共生关系。它们一般会从食用的珊瑚和海葵中获取共生藻类,并从中获得自身所需的叶绿体。
植物细胞具有纤维素组成的刚性细胞壁,限制了因渗透作用导致的细胞膨胀,这就产生了膨压。膨压在细胞生长、组织扩张、部分植物特定部位的运动、维持器官的刚性,以及运输食物、水和矿物质中发挥部分作用。
细胞壁与细胞间的空隙和中空的疏导细胞,共同构建起一个无生命的基质(非原质体),水可通过它们从植物的一部分移动到另一部分。
胞间连丝连接植物细胞的活原生质体,形成第二网络(共质体),溶解了糖和其他有机物的液体流经其中,也可以渗透压的作用从植物的一部分移动到另一部分。
据统计,现生维管植物中超过80%的科都能形成丛枝菌根,而像苔类和角苔类等原始的植物也能产生类似丛枝菌根的共生现象。
也有学者提出,志留纪—泥盆纪陆生植物的爆发性进化,可能只有通过与真菌互惠共生,才能应付在陆地上生活要面对的失水和营养物质吸收的问题。
1978年,美国科学家通过蛋白质、RNA和DNA等测序,证实叶绿体是退化的蓝细菌。
在地球演化早期的太古代和早元古代,蓝细菌不断地吸收大气层中的二氧化碳而释放出氧气,这些氧气与大气层中的甲烷(CH4)作用,就变成了二氧化碳和水;与氨(NH3)结合就成了氮气和水,与硫化氢(H2S)相遇就形成了水和二氧化硫(SO2),进而形成硫酸而溶入水中,从而逐渐改变了大气的成分。同时,由于海水中氧气的增加,也促使了海水中由于火山喷发积累了大量能溶于水的二价铁(FeO),转化为不能溶于水中的三价铁(Fe2O3),也使海水中的铁大量沉积下来,由此形成了地球大规模的成铁事件。
远古时期的浮游藻类,不仅能形成石油,而且有些藻类还能形成矿物,如硅藻。当它们大量聚集时,能形成几米厚,极为壮观的白色硅藻土,如英国、法国白垩纪所产的硅藻土。它们是重要的工业原料,可用作研磨剂、填充剂、催化剂载体、增光剂、过滤吸附剂……
有的地衣还可生长在另一种地衣上。更有趣的是,有的地衣可以生长在鸟的羽毛上,甚至活体昆虫、乌龟、树懒等动物身上。
在自然选择的驱动下,维管植物在进化过程中产生了一些关键的革新:①表皮,这是一种新式的非细胞的蜡质不透水的保护层,能有效地防止水分散失。②管胞的产生,如维管植物木质部中伸长的细胞,能将水分运输到植物体的其他部分,并为植物提供支持。③气孔,通气系统,是叶下表皮上的小孔,用于气体交换。④其生殖器官——孢子囊所产生的孢子具有特定的三射线。⑤线状的假根,能够吸收水分和无机养分,将植物固定在地面上。其中前面四条尤为重要,被古植物学家看作是确定一种植物化石是否是维管植物的鉴别特征,但是由于植物化石保存的不完整性,同时保存和发现所有这些特征是很困难的。因此,这无形中增加了对早期维管植物研究的难度。
陆生环境与水生环境相比存在很大的差异(见下表),而环境又是制约植物生长和繁衍的关键因素。来到陆地上生活的维管植物要面临许多新的环境问题,如:①植物面临失水的危险。②生殖过程中水分的缺乏,虽然有足够的水分供它们生存,但是配子体的融合还需要更多的水。③空气的浮力比水小,因此原先能在水中浮起的藻植体只能平铺在地上,生活在陆地上的植物体必须有足够的支持结构。④陆生环境温度变化幅度大,植物必须适应极端温度。⑤没有了水的保护,紫外线也是植物要面对的一大挑战。
石炭纪也是中国地质历史中第一次重要的成煤时期。例如,素有“煤海”之称的山西省的煤就是在石炭纪(距今3.6亿年~3.0亿年)和二叠纪(距今3.0亿年~2.5亿年)时期形成的。
总体上看,世界煤炭资源的分布,北半球多于南半球,北纬30°~70°之间是世界上最主要的聚煤带,占世界煤炭储量的70%以上。其中,以亚洲和北美洲最为丰富,分别占全球地质储量的58%和30%,欧洲仅占8%,南极洲数量很少。
又如银杏成熟时橙黄如杏,称为果实似是而非,整个银杏是种子而不是果实,外层橙黄色肉质部分(含有毒成分,会致漆毒性皮炎)是外种皮,中层骨质的白色硬壳部分(俗称白果)是中种皮,里面还包着淡红褐色膜质的内种皮及肉质的胚乳(种仁)。
自新生代以来,被子植物在地球上占据绝对优势,其原因是它们主要具有如下五大特点:①具有真正的花。②具雌蕊。③具双受精现象。④孢子体高度发达。⑤配子体进一步退化。
双受精是指卵细胞和极核同时与2个精子分别完成融合的过程。被子植物在受精过程中,其中一个精细胞与卵细胞融合形成二倍体的合子,恢复了各种植物原有的染色体数目,保持了物种遗传的相对稳定性;同时通过父、母本具有差异的遗传物质重新组合,使合子具有双重遗传性,既加强了后代个体的生活力和适应性,又为后代中可能出现新的遗传性状、新变异提供了基础。另一个精细胞与2个极核或1个次生核(中央细胞)融合,形成了三倍体的初生胚乳核及其发育成的胚乳,同样结合了父、母本的遗传特性,生理上更为活跃,更适合作为新一代植物胚胎期的养料(在胚的发育或种子萌发过程中被吸收)。