Васкуларните растения - Победа!

Това е бял равнец – цъфтящо растение, което расте в цялото северно полукълбо. Неговите перести листенца имат естествени свиващи свойства. Научното му име Аchillea, идва от Ахил, гръцкия герой, за когото казват, че го е използвал да лекува раните на войниците си. Това е хвощ, познат като конска опашка, или за децата – пукаща трева, защото можеш да го откъснеш и да го сложиш обратно. Въпреки че на върха сега е мъртво вече. А това е жълт бор. Едно от любимите ми дървета. Достига до 90 метра височина и в топъл ден, ако го помиришеш, ще усетиш аромат на карамел. Те всички имат различни форми, размери и свойства, но всяко от тези неща е васкуларно растение – едно от най-многообразните и, смея да кажа, най-важни семейства в дървото на живота. От момента на появата на прародители им преди 420 милиона години, васкуларните растения са станали невероятно успешни чрез способността си да използват ресурсите около тях. Те превръщат слънчевата светлина в храна. Те усвояват вещества директно от почвата без трудоемкия процес храносмилане. И дори използват помощта на разни приятели, когато се размножават. Толкова често при вършенето на неща им трябва чужда помощ. И това е добре за тях. Но тези неща на могат да обяснят еволюционния успех на васкуларните растения. Имам предвид, водораслите са фотосинтезирали доста преди растенията да дойдат на мода. И както научихме миналата седмица, неваскуларните растения имат стратегии за често размножаване. Тогава какво? Тайната на успеха на васкуларните растения е тяхната определяща черта: проводящите тъкани, които могат да отведат вода от една част на растението до друга. Това може да звучи доста просто, но способността да пренасят неща от едно място на организма до друго е еволюционен пробив за васкуларните растения. Това им позволило да растат доста големи, да складират храна за тежки времена и да развиват някои готини черти, които им позволили да се разпространяват по-далеч и по-бързо. Това е една от най-големите революции в историята на Земята. Резултатът? Растенията са господствали на Земята доста преди животните да се появят и дори днес те държат повечето от световните рекорди. Най-големият организъм в света е червената секвоя в Северна Калифорния, висока 115 метра. По-голяма от три сини кита един до друг. Най-масивният организъм е гора от американски трепетлики в Юта. Всички за свързани с корените си и тежат общо около 6 милиона кг. Най-старото живо нещо е петно морска трева в Средиземно море на възраст от 200 000 години. Прекарваме много време, поздравявайки се колко невероятен, великолепен и сложен е човекът, но пичове, задължен съм да призная приноса ви. Знаеш вече, че колкото повече специализирани тъкани има един организъм, толкова по-сложен е той и по-добре се справя. Но знаеш и че тези промени не се случват за една нощ. Тъканите, които определят васкуларните растения, не са се развили заедно, но днес разпознаваме тези три типа, които правят растенията каквито са. Покривните тъкани съставляват най-външните пластове и предпазват от наранявания и загуба на вода. Проводящите тъкани вършат всичкото това отвеждане на материали, което споменах, и са най-разпространените тъкани. Механичната тъкан изпълнява някои от най-важните функции от живота на растенията, включително фотосинтеза и складирането на остатъчна храна. Някои растения не преминават отвъд тези основи. Те порастват от кълнове, развиват тези тъкани и после спират. Това се нарича първичен растеж. Растения, ограничени до тази фаза, са тревистите растения. Както се вижда от името им, те са малки, меки и гъвкави и обикновено те измират до корена или напълно след сезона на растежа. Почти всичко, което виждаш в един заден двор, подправки, цветя и броколи, такива неща. Всички те са тревисти. Но много от васкуларните растения имат вторичен растеж, който им позволява да растат не само по-високи, но и по-широки. Това е възможно чрез развитието на допълнителни тъкани, по-специално дървесни тъкани. Те са дървесните растения, които включват храсти и увивни растения (като лиани), и разбира се, дърветата. Но независимо колко големи могат да пораснат, всички васкуларни растения са изградени от три главни органа. И си запознат с всички от тях, не само защото ги знаеш още от втори клас, но и защото вероятно ги ядеш всеки ден. Първо: корен. Той приема вода и хранителни вещества, служи за склад на храна и естествено държи растението закотвено в земята. Следва стъблото. То съдържа структури, които транспортират течности и трупат вещества, и също е дом на специализирани клетки, меристеми, които са отговорни за създаване на нов растеж. Но най-важната им задача е да поддържат последния орган, листата. Тук, разбира се, растението обменя газове с атмосферата и събира светлина, за да произведе храна с помощта на вода и минерали, събрани чрез корените и отведени нагоре по стъблото. Всеки от тези органи съдържа всички от трите тъкани, които заедно работят, за да абсорбират, провеждат и използват една от най-важните молекули на планетата – водата. Понеже животът на растенията до голяма степен зависи от водата, нека проследим движението на водата в тях, за да видим как растенията се възползват от нея. Първо, както при повечето организми, нищо не може да влезе или излезе от растението, без да премине през кожата. В този случай това е покривната тъкан. В по-малки, недървесни растения, по-голямата част от покривната тъкан е просто тънък слой клетки, наречени епидермис. Естествено той е чудесен за задържане на външното вън и вътрешното вътре. Но епидермисът може също да създаде някои готини черти в различни части на растението, Листата и стъблата, например, често имат восъчен външен слой, наречен кутикула, който предпазва от загуба на вода. Върху някои листа или шушулки, които пазят ценните семена. Епидермисът може да изгради структури, подобни на косми – трихомери, които помагат да държат насекомите на разстояние и да отделят токсични или лепкави течности. Това са същите секрети, които, както при белия равнец, са полезни при оказване на първа помощ, но и също обезсърчават мравките да не ги ползват за обяд. Накрая, в корените епидермисът има подобни черти, наречени коренови власинки, които правят площта на корена максимално голяма за попиване, точно както сме видели вече при нашите органни системи. Това, разбира се, е мястото, където растенията абсорбират нужната вода. Между другото, клетките, които съставят покривната тъкан, са най-основните строителни единици на васкуларните растения. Наричат се паренхимни или вътрешни телесни клетки. Те са най-разпространените растителни клетки, откриващи се не само в корените, но и в стеблата, листата и цветовете. Те са тънки и гъвкави и могат да изпълняват всякакви функции, в зависимост от местоположението си. След като премине през кожата на корена и през нишестения кортекс, или външния слой, водата достига до първата от два вида проводяща тъкан, ксилемата. Основната функция на ксилемата е да пренася вода и разтворени минерали от корена към листата. Но как точно? Как, в името на брадата на Зевс, растенията могат да карат водата да противостои на гравитацията? Голяма част от причината е, че на върха растението постоянно изпарява вода чрез процеса евапотранспирация. Докато водата се изпарява от листата (нещо, което ще обясня по-подробно, като стигнем до там), това създава негативно налягане вътре в ксилемата, което дърпа нагоре водата. Растенията могат да отделят много големи количества вода и заради това нашата атмосфера е възможна за живот. 4000 кв. м. с царевица отделят около 11 000 литра вода всеки ден. Едно голямо дъбово дърво, само едно дърво, може да отдели над 150 000 литра годишно. Само 1% от водата, която растенията абсорбират, всъщност се използва от растенията във фотосинтезата. Останалата вода бавно и невидимо се освобождава, осигурявайки на Земята една от основните функции – транспортирането на вода от почвата до атмосферата, от където тя се връща на повърхността като дъжд. И това прави живота възможен. Да! Помисли над това, докато продължаваме през ксилемата и достигаме по-нависоко в растението. Започваме да срещаме по-голямо разнообразие от клетки, предназначени не само да движат неща наоколо, но и също даващи структурна опора. Например издължените клетки с по-дебели клетъчни стени, наречени коленхима, помагат тялото на растението да се държи, особено при тревистите растения и младите структури, примерно пресните стръкчета целина са направени главно от тези клетки. Вече знаеш какъв вкус имат. В по-големи, дървесни растения също откриваш склеренхимни клетки, особено в ксилемата. Те имат даже още по-дебели лигнинови клетъчни стени – супер здрав полимер, който прави дървесината дървена. Странното за склеренхимните клетки е, че повечето от тях умират след узряването си. Те просто оставят след себе си тези твърди клетъчни стени като опорна структура и свеж пласт нови клетки през следващия период на растеж избутват старите мъртви клетки навън. В топли, влажни години тези пластове израстват по-дебели, докато в студени, сухи години, те са по-тънки. Тези дървесни остатъци формират дървесните пръстени, които учените могат да използват не само да определят възрастта на дървото, но също и историята на климата, където е живяло. Сега, на върха на ксилемата, водата достига до крайната си цел, листото. Тук тя пътува през смаляваща се система от веноподобни структури, докато не бъде изхвърлена в нов вид тъкан, мезофил. Както можеш да кажеш от името, мезо значи среда, и фил – листо. Този слой стои между горния и долния епидермис на листото, нещо като бекона в BLT сандвич. Това е листната структура. Тук навлизаме в паренхимната тъкан. Сигурен съм, че се вълнуваш, колкото и аз. Паренхимната тъкан се определя като тъкан, която не е нито покривна, нито проводяща. Въпреки това тук са парите. И под пари имам предвид храна. Мезофилът е пълен с паренхимни клетки с различни форми и размери. Много от тях са подредени рехаво, за да пропускат CO2 и други материали свободно между тях. Тези клетки съдържат фотосинтетичните органели: хлоропластите. Вече знаеш, че в тях се извършва фотосинтезата. Но откъде идва CO2? Някои от най-близките структури на листото са тези малки отворчета в епидермиса, или устици. Около всяка устица има две пазещи клетки, свързани в двата края, които регулират размера и формата. Когато условията са сухи и пазещите клетки са свити, те се слепват заедно и затварят устицата. Когато обаче листото е пълно с вода, пазещите клетки се надуват и раздалечават, като отварят устицата, за да позволят на водата да се изпарява и въглеродният диоксид да навлиза. Това позволява евапотранспирацията да се случи, както и фотосинтезата. Спомняш си фотосинтезата: чрез серия от сложни реакции, захранвани от енергията от слънцето, CO2 се свързва с водорода от водата, за да се синтезира глюкоза. Остатъчният кислород се освобождава през устицата, а глюкозата е готова за транспортиране Сега, вероятно ще забележиш, че казах, че има два вида проводяща тъкан. И тук цикълът се затваря. като захарта излиза от листото през флоемата. Флоемата е направена от клетки, закачени в тръбички с перфорирани плочки на всеки край. След като глюкозата се натовари в тези клетки, решетъчни клетки, или решетъчни цеви, те абсорбират водата от близката ксилема, за да формират богат, захарен сироп за транспорт на захарта. Този сладък сок дава на жълтия бор вкусния му аромат. Чрез вътрешно налягане и дифузия този сок пътува до растящите частите на растението през периода на растеж или долу в корена, ако растението спи като през зимата, където се пази до пролетта. Сега, след като вече видя всичко необходимо на васкуларните растения да успяват, надявам се разбираш защо растенията са равни на успех. Не говоря само за тяхната победа в състезанието за най-големи, най-тежки, най-стари живи неща. Но все пак поздравления, другари! Растенията не само са отговорни за неща като дъжда, те също са първите и най-важни връзки от нашата хранителна верига. Затова най-богатите на растения хабитати в света, като дъждовните гори и степите, са толкова важни за нашето оцеляване. Когато тези хабитати се променят, всичко се променя: време, изобилие на храна, дори честотата на възникване на природни бедствия. Така че, аз поне, приветствам нашите растителни властелини, защото те са свършил добра работа досега, за да направят живота възможен. Но знам, че те гложди любопитство. Как различните видове растения правят още растения? Това е история за птичките и пчеличките. И затова ще говорим в следващия епизод.