Почему мхов нет в пустыне
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 19.09.2024
Способ, с помощью которого мох может выживать в пустыне, обнаружили Калифорнийские ученые. В пустыне Мохаве на юго-западе США мхи, спасаясь от палящего солнца, растут под камнями кварца, говорится в исследовании, опубликованном 22 июля в журнале Plos One.
Изучая популяционную и репродуктивную биологию мхов в пустыне Мохаве, калифорнийские биологи Дженна Эквилор и Кирстен Фишер обнаружили под кварцевыми камнями, растущий мох. Они выяснили, что кварц позволяет мхам избежать палящего солнца, получая при этом необходимое количество света для фотосинтеза.
В 68% образцов под кварцевыми камнями рос мох Syntrichia caninervis, самый распространенный в пустыне Мохаве, в 28% — Tortula inermis и в 4% — Bryum argenteum. Ранее было известно, что под частично прозрачными минералами в пустыне обитают сообщества цианобактерий, но мхи стали первым примером высших растений, выбравшим такой способ обитания.
Толщина кристаллических пластинок, под которыми рос мох, составляла 26 ± 15 мм. Проведя эксперименты, исследователи установили, что кристалл толщиной 10 мм пропускает примерно 4% падающего света, а кристалл толщиной 25 мм — лишь 0,4%. Но такое количество солнечного света оказалось достаточным мху для процесса фотосинтеза.
Проведенные измерения с помощью микродатчиков показали, что кварц обеспечивает относительную влажность в два раза выше по сравнению с открытой поверхностью. Кроме этого под камнями примерно на 7 градусов меньше диапазон колебаний температуры, поэтому кварц защищает мхи как от палящего зноя днем, так и от ночного холода.
Американские исследователи проанализировали видовой состав мхов в пустыне Мохаве на участках с разным микроклиматом, в частности, на почве под кусками молочного кварца. Они пришли к выводу, что подобные необычные местообитания могут стать микроубежищами для тех видов мхов, которым местный климат плохо подходит, и если не проверять, какие виды обитают в таких малозаметных местах, можно существенно ошибиться в оценках видового многообразия изучаемого сообщества. Научная статья опубликована в PLoS ONE.
Однако помимо общего климата местности стоит учитывать микроклимат в ее отдельных точках: он может сильно отличаться от общей картины. К примеру, в почве под камнями воды может быть значительно больше, чем на открытых участках. Некоторые гиполитические (дословно — подкаменные) виды специализируются на таких местообитаниях и даже способны фотосинтезировать там, если камни — это полупрозрачные куски различных разновидностей кварца. Чаще всего из гиполитических организмов изучают цианобактерии, но мхи тоже могут расти под кварцем.
Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ
Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation
Моховидные – обширная группа растений, очень разнообразных по внешнему строению. Во всем мире их насчитывается около 27 тыс. видов. Среди высших растений по количеству видов они занимают второе место после цветковых.
Почти все мхи – многолетние растения. Тело некоторых мхов представляет собой слоевище. Но у большинства оно расчленено на стебли и листья. Другими словами, мхи имеют побеги. У многих мхов на нижней части стебля есть одноклеточные выросты, выполняющие функции корня: всасывание воды и закрепление в почве. Их называют ризоидами. У мхов имеются специальные многоклеточные органы (у водорослей таких органов нет), в которых образуются споры и гаметы.
Среди моховидных выделяют два больших класса – Печеночники и Листостебельные мхи.
У печеночников тело представлено разветвленным зеленым плоским слоевищем. У листостебельных мхов хорошо видны стебли и мелкие зеленые листья, т.е. есть побеги. Те и другие имеют ризоиды, которые поглощают воду из почвы и закрепляют растения. Все моховидные характеризуются значительной простотой внутреннего строения. В их теле имеется основная и фотосинтезирующая ткани, но проводящие, механические, запасающие и покровные ткани отсутствуют.
Печеночники и листостебельные мхи размножаются бесполым и половым способом. Бесполое размножение осуществляется вегетативным путем и спорами, поэтому их относят к споровым растениям.
Для полового размножения у мхов развиваются специальные органы, в которых образуются мужские гаметы – сперматозоиды и женские – яйцеклетки. В водной среде с помощью жгутиков сперматозоиды передвигаются к яйцеклетке и оплодотворяют ее. Без воды сперматозоиды не могут достигнуть яйцеклетки. После оплодотворения из появившейся зиготы развивается особый орган – коробочка , или спорофит , т.е. "выращивающий споры" (от греч. спора – "семя", фитон – "растение"). В коробочке формируются споры, которыми размножаются и расселяются моховидные растения. Из споры вначале развивается тонкая зеленая нить – протонема, на ней вскоре из почек появляются зеленые облиственные побеги.
Зеленое растение, развившееся из споры, у моховидных называют гаметофитом, потому что на нем в верхушечной части, в особых органах, образуются гаметы. На одном зеленом гаметофите образуются мужские гаметы (сперматозоиды), а на другом – женские гаметы (яйцеклетки). Растения, у которых женские и мужские гаметы формируются на разных особях, называют двудомными , а растения, у которых они формируются на одной особи, – однодомными . Именно гаметофитная двудомная форма мхов встречается в лесах, на болотах, лугах (например, сфагнум ).
Печеночники – очень древние мхи. Они особенно богато представлены в тропиках. Один из распространенных видов печеночников – моршанция , обитающая во влажных местах, не занятых травой. У нее стелющееся листовидное слоевище, ризоидами прикрепленное к почве. В слоевище наблюдается разделение ткани на основную (в нижней части тела) и фотосинтезирующую (в верхней части тела). К маршанциевым относится теплолюбивая риччия водная , разводимая аквариумистами.
Видеофрагмент "Моршанция"
Листостебельные мхи в растительном покрове Земли играют значительно большую роль, чем печеночники. Один из наиболее известных зеленых листостебельных мхов - кукушкин лён , или политрихум обыкновенный , часто встречается в хвойных лесах, около сфагновых болот, в сырых местах. Многолетние крупные растения этого вида (9-15 см в длину), растущие группами, нередко покрывают обширные площади в лесной зоне и в тундре.
В верхушечной части, на гаметофите, среди зеленых мелких листьев развиваются органы полового размножения.
Образующийся из зиготы спорофит у кукушкина льна представлен коробочкой с крышечкой. Она расположена на длинной жесткой ножке, которая поднимается над облиственным побегом женского гаметофита. При созревании спор крышечка коробочки открывается и споры высыпаются. Они очень мелкие и легкие, потому далеко разносятся. Чем длиннее ножка, тем дальше могут рассыпаться споры. Попав в благоприятные условия, споры прорастают, и весь цикл развития этого мха повторяется вновь.
Жизненный цикл кукушкина льна. (Анимация)
Появление на почве кукушкина льна – сигнал, предупреждающий о возможном заболачивании почвы. Кукушкин лен может создавать большие и плотные покровы почвы, что способствует накоплению воды. Как мощный накопитель влаги он способствует возникновению болот. В местах поселения кукушкина льна, накапливающего влагу, вскоре может поселиться мох-сфагнум .
В отличие от кукушкина льна и других зеленых мхов сфагнум иногда называют в народе белым мхом . В местах прикрепления листьев, на стеблях и в листьях сфагнума имеются большие мешковидные клетки, заполненные воздухом или водой. Сфагнум способен быстро накапливать в теле много капельно-жидкой воды.
Сфагнум ежегодно верхней частью побега нарастает на 3-5 см. В нижней части побег также ежегодно отмирает, но не перегнивает. Благодаря этому свойству сфагнум образует со временем мощные залежи торфа и накопления воды.
Жизненный цикл сфагнума. (Анимация)
Образование торфа происходит из-за переувлажнения среды, создания сфагнумом кислой среды, отсутствия достаточного количества кислорода в толще омертвевших побегов мха. Кроме того, сфагнум обладает бактерицидными свойствами, что защищает его от бактерий и поедания животными и оказывается неблагоприятным для развития грибов. Вот почему разложения отмерших тканей сфагнового мха почти не происходит. Это обусловливает создание мощных пластов торфа там, где поселился сфагнум.
Значение мхов. Наша страна занимает первое место в мире по запасам торфа. Торф используют в сельском хозяйстве: как удобрение для изготовления горшочков для рассады, как подстилку для скота, для мульчирования почвы. Торф – это горючее вещество, его используют и как топливо. Это также сырьё для промышленности: из него получают древесный спирт, карболовую кислоту, пластмассы, изоляционные материалы, смолы и др. Разработка торфяных месторождений – важная область хозяйства.
Однако добыча торфа связана с осушением болот, а в последние годы выяснилось, что при осушении болот происходят изменения климата. Ведь в болотах берут истоки многие реки. Осушение болот также приводит к торфяным пожарам. Кроме того, в болотах встречаются редкие виды растений, которые подлежат особой охране.
В природе мхи часто играют отрицательную роль. В лесах и на лугах они образуют сплошной моховой покров, затрудняя поступление воздуха к почве и вызывая её окисление. В таких условиях происходит вытеснение ценных кормовых трав, да и всех других растений, семена которых задерживаются мхами и не попадают в почву, а проростки не могут пробиться через толстый моховой ковёр. Происходит заболачивание почвы.
И трерактивный урок-тренажёр "Отдел Мхи. Общая характеристика"
(Пройдите все страницы урока и выполните все задания)
Моховидные – очень древние представители царства растений. Тело листостебельных мхов имеет стебель и листья, но еще не имеет корней. Размножаются моховидные половым и вегетативным путем, а также спорами; растут всегда лишь в местах повышенного увлажнения. Половое размножение происходит лишь в жидкой среде. Роль моховидных в природе огромна. Они участвуют в образовании болот, создании торфа, влияют на общую обеспеченность суши влагой.
Мхи, они же мохообразные – это споровые растения, которые имеют стебель, зелёные листья, но лишены корней, системы сосудов, цветов и семян. Учёные, правда, не считают органы мхов настоящими стеблем и листьями, но мы не будем сейчас вдаваться в научные тонкости.
Мхи – растения небольшие. Большинство сухопутных мхов достигает лишь нескольких сантиметров в высоту. Есть лилипуты, которые в пять раз меньше миллиметра. Но среди водных мхов бывают настоящие гиганты со стеблем метровой длины. Скромными размерами мхи, наверное, обязаны отсутствию проводящей системы. Как без неё они бы доставляли воду и питательные вещества во все концы большого тела?
У мхов короткие, похожие на нитки, выросты нижней части тела. Они напоминают корни, но служат в основном для прикрепления к почве. А воду мхи поглощают всей поверхностью тела.
Где растёт мох?
Мхи – обычные обитатели сырых, затенённых мест. Их можно встретить на гниющей древесине, стволах и ветках, скалах, камнях, бетоне, вдоль нижней кромки зданий, где скапливается влага. Иногда они появляются на крышах и между камнями брусчатки. Неудивительно, что эти любители влаги освоили и водоёмы.
Пробурив не так давно ледник в Антарктике, англичане обнаружили мох, который пролежал тут полторы тысячи лет, со времен Римской империи. Более того – помещённый в воду мох пророс! Это говорит о том, что некогда в Антарктиде была тундра, такая же, как в Северном полушарии.
Среди туристов распространено мнение, что мхи чаще поселяются на северной стороне крупных камней, скал, стволов деревьев. Северная сторона и вправду чаще и дольше бывает влажной. Но так бывает не везде и не всегда. Да и у разных видов мхов неодинаковые требования к влажности и свету. Так что селиться мхи могут с любой стороны света, и ориентироваться по этому признаку надо с осторожностью.
Чем мох отличается от водорослей?
Главные отличия мхов от водорослей в том, что мхи:
- имеют ткани и органы;
- обитают в основном на суше;
Чем мхи отличаются от папоротников?
Мхи невозможно спутать с папоротниками, потому что у мхов:
- нет настоящих крупных листьев и длинных корней;
- очень слабо развиты специализированные ткани;
- клетки бóльшую часть жизни имеют половинный, а не двойной, набор хромосом;
- споры созревают не на листьях, а в коробочке, которая ножкой соединена со стеблем;
- из споры вырастает разветвлённая нить, а не маленькая пластинка;
Кроме того, мхи не бывают древовидными и появились на планете раньше папоротников.
Чем полезен мох?
Подобно прочим живым организмам, мхи важны в общем круговороте веществ. Многим животным и микроорганизмам они дают пищу, в ходе жизни изменяют место обитания. Например, покрывая почву плотным ковром, они могут привести к её заболачиванию. Неприхотливые мхи в числе первых поселяются там, где другим растениям жить трудно (например. в тундре). Отмирая и разлагаясь, мхи обогащают почву перегноем. В мох откладывают икру многие лягушки, мхом выстилают гнёзда птицы.
Человек издавна использовал болотный мох сфагнум. Он нарастает вершиной, остальной стебель отмирает. Но поскольку растение содержит убийственный для бактерий фенол, то почти не перегнивает. Постепенно накапливаясь и спрессовываясь на дне болот, мох образует распространённое топливо и химическое сырьё – торф.
Ещё одно свойство сфагнума – способность поглощать огромные количества влаги. Поэтому сухой мох используют как подстилку для скота, а во время войны он, случалось, заменял бинты.
Кроме того, многие мхи очень декоративны, их ярко-зелёные подушечки украшают аквариумы, оранжереи, садовые композиции и т.п. В древней столице Японии городе Киото есть монастырь Сайходзи, где вот уж столетие как создан Сад мхов. Он признан объектом всемирного культурного наследия ЮНЕСКО. Вместо газонной травы и цветов землю тут покрывают мхи. Их тут 130 видов. Они украшают миниатюрные пруды, коврики из мха окружают камни и деревья.
Мхи вообще легко поглощают из воздуха не только влагу, но и многие химические вещества. Это позволяет обнаруживать с помощью этих растений загрязнение атмосферы. Кстати, разрушение окружающей природной среды грозит многим мхам исчезновением. В Красную книгу России включено 60 видов мхов.
В любом лесу можно встретить мхи. Они ковром покрывают землю, особенно разрастаясь в сырых низинах. Все моховидные делятся на 3 класса. Самые известные — листостебельные мхи (бриопсиды). К ним относятся зелёные мхи, например кукушкин лён, типичный обитатель наших лесов, фонтиналис противопожарный, облюбовавший неглубокие речки пруды, гедвигия реснитчатая, умудряющаяся выживать на голых скалах, а также несметное количество видов тропических мхов.
Кукушкин лён
К листостебельным относятся и белые, или сфагновые, мхи. Они разрастаются на огромных площадях, превращая лес в болото. В тайге сплошной моховой ковёр из сфагнума тянется порой на тысячи километров. Цвет растущего сфагнума зелёный или буровато-красный. Высушенный сфагнум белеет, отсюда и название — белые мхи.
Печёночники — другой класс моховидных. К печеночникам относятся известная аквариумистам риччия, плавающая на поверхности воды, обитающие на сырой почве маршанция и пеллия и листостебельные печёночники, внешне напоминающие зелёные мхи.
Мхи класса антоцеротовые строением слоевища напоминают цветок тёмно-зелёного цвета с роговидными выростами, в которых созревают споры.
Мхи появились около 500 млн. лет назад и почти не изменились за последние 150 млн. лет. В отличие от водорослей и лишайников мхи относятся к высшим растениям. Большинство мхов живёт на суше, хотя для размножения им необходима вода. У мхов есть стебли, длиной всего от 1 до 5 см, редко до 10 см. На стеблях расположены крохотные листочки, у одних видов заострённые, у других — округлые. Корней у мхов нет, их заменяют ризоиды, как и у водорослей.
Но не все моховидные таковы. У маршанции, например, стеблей и листьев нет. Её тело представляет собой слоевище, как у водоросли. Однако маршанцию относят к высшим растениям, потому что у неё, как и у других печёночников, многоклеточные органы размножения. Это и есть главное отличие высших растений от низших.
Маршанция многообразная
Размножение мхов
Мхи, как и водоросли, размножаются спорами. Попав во влажную почву, спора прорастает, образуя едва видную зелёную нить. Это первонить, или протонема. Протонема начинает расти, на ней образуются ризоиды, прикрепляющие её к земле, и почки. Из почек прорастают молодые растения. Это гаметофиты, образующие органы полового размножения (гаметангии) — мужские (антеридии) и женские (архегонии). У некоторых мхов на одном растении находятся и антеридии, и архегонии. Такие растения называются однодомными.
Размножение мхов
Примерно также происходит процесс размножения у печёночников. В мужских подставках находятся сперматозоиды, в женских — яйцеклетки. Кроме того, на слоевищах маршанции появляются крошечные корзиночки, вместилища выводковых телец. Это органы вегетативного размножения. Выпав из корзиночки, миниатюрный зелёный шарик выводкового тельца прорастает в новое растение.
Листостебельные мхи также приспособлены к вегетативному размножению. Кусочек стебелька с листьями, оторванный ветром от старого растения, попав на влажную почву, укрепляется ризоидами и прорастает.
Сфагнум – царь болот, хранитель сокровищ
Поразительный мох сфагнум! Все мхи — растения коллективные и растут рядом друг с дружкой, образуя дерновники — моховые островки. Но сфагнумы проявляют просто чудеса коллективизма. В тайге сфагнумы занимают площади в сотни и тысячи километров, плотно прижавшись друг к другу, тоненький стебелёк сфагнума один не устоит, а в сфагновой подушке каждый держится прямо, как солдат в строю. Эта гуща мха впитывает огромное количество дождевой воды, в 20—50 раз больше собственного веса. Впитывая воду и препятствуя её испарению, сфагнум превращает лес в болото. А на болоте редкое растение выживет — воды слишком много, а грунта нет. Лишь северные ягоды морошка и клюква да осока могут соседствовать с этим мхом. Так маленький мох вытесняет высокие деревья, безраздельно царствуя на громадных территориях. Но так ли уж мал сфагнум? Учёные попытались измерить длину его стебля. Раскопали холмик сфагнума. Наверху — зелёные листики молодого мха, ниже листья темнеют, отмирают, но стебельки всё ещё видны. Измерили длину одного растения от верхушки до того места, где его стебелёк всё ещё прослеживался. Оказалось, что общая длина его более 160 см. Известно, что средний прирост сфагнума за год — меньше миллиметра. Выходит, возраст такого мха. около 2000 лет! Вот это древность! Так и растет сфагнум: сверху нарастает, снизу — отмирает.
Сфагнум
Отмирает, но почти не гниёт из-за нехватки кислорода и отсутствия бактерий, которые разлагали бы растительные остатки. Под давлением постоянно нарастающей массы мха это месиво спрессовывается, образуя ценнейший материал — торф. Торф добывают, сушат и используют в качестве топлива, удобрений, лечебных грязей. Из торфа производят теплоизоляционные и бактерицидные материалы, метиловый спирт, нафталин, деготь и многое другое. В нашей стране сосредоточено 66% мирового запаса торфа.
В болотах не только растения не разлагаются: трупы животных и даже людей, увязших в трясине, сохраняются в целостности столетиями, не тронутые тленом и разложением. Время от времени в болотах обнаруживают удивительные археологические находки — то найдут древнего германца, погибшего не менее 3000 лет назад, а сохранившегося так, что криминалисты приняли его за современника. То извлекут средневекового рыцаря на коне и в доспехах — всё бережно сохранено в торфяном болоте.
Мох, где живёшь?
Лесные мхи боятся загрязнённого воздуха и держатся подальше от городов. Но так поступают далеко не все. Фунария влагомерная — типичный городской житель. Она покрывает зелёным бархатом трещинки на тротуаре, стенки мусорных свалок, горки сожжённого мусора, старые кирпичные кладки. Не смущает фунарию и постоянное присутствие человека: потопчет каблуком, зато и споры разнесёт.
Фунария влагомерная
Спляхнум желтый
Поселяются мхи и на безжизненных скалах, на камнях среди горных речек и близ водопадов. Сказания о несметных сокровищах, охраняемых гномами во мраке горных пещер, породил мох схистостега перистая. Этот мох в полутьме светится таинственным зелёным светом, превращенным фантазией то ли в мерцание сокровищ, то ли в отблески фонариков гномов. Сам мох, конечно же, не светится, но особые клетки его протонемы (первонити) способны фокусировать тусклый свет, проникающий снаружи. Эти клетки преломляют солнечные лучи, свет проходит через хлоропласт, как через цветное стекло, и отражается уже зеленоватого оттенка.
Читайте также: