植物的起源与演化

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木本乔木状蕨类植物开始衰退
气候温暖湿润,巨大的乔木状蕨类植物如鳞木类、芦木类、石松类等遍 布各地,形成森林,造成了以后的大煤田,同时出现了许多矮小的真蕨 类植物,种子蕨类植物进一步发展
晚360 中370 早390
435
裸蕨类渐渐消逝 裸蕨类植物繁茂,种子蕨出现,但数目小,苔藓植物出现
为植物由水生向陆生演化的时期,在陆地上已出现了裸蕨类植物,有可 能在此时期出现原始的维管束植物,藻类植物仍占优势
植物的起源与演化
地球上丰富多彩的植物世界是植物与其 环境长期相适应的结果,它是长期进化的结 果。植物的进化历史可分为菌藻时代、裸蕨 时代、蕨类植物时代、裸子植物时代和被子 植物时代。人们推测,生命出现后首先演化 为原核细胞,产生原核生物,认为最初的原 始生物是进行厌氧、异养生活的,只能以环 境中的营养物质如氨基酸、糖、脂肪等为食 物,以后再演化出光合自养的生物。
多数人认为裸蕨植物是由古代的绿藻类演化而来的。 主要依据是均含叶绿素a和b,贮藏的光合作用产物是淀粉, 细胞壁的主要成分是纤维素等。
裸蕨的出现具有 重要意义,从此开 辟了植物由水生发 展到陆生的新时代 ,陆地从此披上了 绿装,植物界的演 化进入了一个与以 前完全不同的新阶 段。裸蕨植物在植 物进化中的意义还 在于它们以后又演 化出其他蕨类植物 和裸子植物。
2005年《科学》出版了关于瓮安生物群的一项研
究:发现了6亿年前的地衣化石。这是我国古生物学 家袁训来、肖书海和美国的古植物学家托马斯·泰勒 的研究成果。表明在6亿年前的海洋中蓝藻与真菌已 经发展到了共生关系,预示着在维管植物登陆前的2 亿年间,地衣可能对地表岩石圈进行了改造。
☆ 植物的登陆
植物为何离开 温和的水环境
刺石松和星木属都是草本,而泥盆纪至石炭纪时期也 有高大乔木类的石松植物,如鳞木属(Lepidodendron)和 封印木属(Sigillaria) ,且为孢子异型。现存的石松类 均为小型草本。
2.木贼类演化路线
裸蕨类一古芦木属、海尼蕨属-木贼植物。
木贼类植物出现的泥盆纪,最古老的类型是泥 盆 纪 地 层 中 的 海 尼 属 ( Hyenia ) 和 古 芦 木 属 (Calamites),其特征与裸蕨类及木贼属均相似, 故被认为是裸蕨类与木贼植物间的过渡类型。






叠层石

Warrawoona 群 中 的 微 化 石 在 形 态 结 构上比较完整,它们究竟是蓝藻还是细 菌目前尚难确定,通常认为,早期叠层 石是蓝藻建造的。但是,近年来已经发 现叠层石也可能完全由光合细菌建造, 或甚至由非光合细菌建造。
在加利福尼亚州南部,距今大约14亿 年的贝克泉(Beck Spring)组产有大 的单细胞形体和分叉的管状绿藻,多数 学者认为这些化石是真核细胞有机体, 并可能是已知最老的、真正的真核细胞 化石。
2.认为藓类植物原始
如果认为苔藓植物是由轮藻类演化而来,则苔藓植物 中具有直立的、辐射对称的类型为原始。因而藓类植物原 始,苔类植物进化。
3.认为角苔类植物原始
如果认为苔鲜植物来源于裸蕨类,则在苔藓植物中, 孢子体发达,配子体最简单的角苔类为原始,再由角苔演 化为其他苔类和藓类植物。
苔藓植物是从水生到陆生的过渡类型,也是进化的 旁枝。苔藓植物的配子体有类似茎、叶的分化,但 “茎”、“叶”构造简单,喜欢阴湿,在有性生殖时, 精子具有鞭毛,受精必须借助于水。这些表明它们具有 水生到陆生的过渡特征。由于苔藓植物的配子体占优势, 孢子体依附在配子体上,而配子体的构造简单,没有真 正的根和输导组织,因而在陆地上难于进一步发展。所 以不能像其他孢子体发达的陆生高等植物那样能够较好 地适应陆生生活,因此,苔藓植物在进化过程中很特别, 常被认为是一盲枝,或称为旁枝。
的最低数,可能是目前所发现的最原始的苔藓植 物。
纽约尚普兰(Champlain)湖中的一块花岗岩墓碑上的苔藓

炭 纪 蕨 类 植 物 繁 盛
在古生代末期的二叠纪时,由于地球上出现了 明显的气候带,许多地区变得不适于蕨类植物的 生长,多数蕨类植物开始走向衰亡。裸子植物开 始兴起,并逐渐取代了蕨类植物的优势,由古生 代的二叠纪到中生代的白垩纪早期,长达1亿年 的历史时期,是裸子植物的繁盛时期,到中生代 末期,距今1亿年前后,地球上气候带分带更加 明显,而且后来又出现了几次冰川时期,气温大 幅度下降,多数裸子植物不能适应新的环境逐渐 消逝,被子植物由于对环境有更强的适应能力, 迅速兴起,成为世界上优势的植物群。
蕨类植物的演化和古蕨类植物的繁盛
裸蕨类植物远在晚志留纪或泥盆纪已在陆地登陆, 由于陆地生活的生存条件多样,这些登陆的植物为适应多 变的陆地生活环境而不断地分化与发展,形成种类多样的 蕨类植物。裸蕨类植物大致沿着石松类、木贼类和真蕨类 三条路线演化。
石松类
木贼类
真蕨类
1.石松类演化路线
裸蕨类-刺石松-典型的石松类植物。
在新西兰温泉池中的光合作用细菌能吸收二氧化碳并且释放氧气
由于藻类植物群在海洋中的大量繁衍,它 们在光合作用过程中放出大量氧气,大气成分 发生改变,使海水中的含氧量提高,有利于海 洋动植物的生存。另外,由于一部分氧气在大 气上层形成臭氧,阻挡了紫外线的辐射,从而 使植物从海水登上陆地成为可能。
到了志留纪晚期,一批水生的裸蕨类植物开 始逐渐进入陆地,植物进化进入了一个新的阶段。 登陆了的裸蕨类植物,进一步向适应陆生生活方 向演化,到古生代的石炭纪,世界各地出现了蕨 类植物森林,但是,这些早期出现的种类繁多的 裸蕨类植物,却在泥盆纪末期、石炭纪以前消逝 了。从石炭纪到二叠纪下期这段地质年代中,是 蕨类植物的繁盛时间,同时苔藓植物也成功地适 应陆地生活繁衍生长。
刺石松属(Baragwanathia) 是间于裸蕨类与现代典 型石松类植物间的一种类群,其特征与裸蕨类星木属 (Asteroxylon)植物很相似,但刺石松的孢子囊是在各 拟叶之间或近拟叶的基部,而不像裸蕨类植物那样生在枝 的顶端,这可能是着生孢子囊的枝轴部分缩短,并趋于消 失,因而孢子囊从顶生的位置转换到侧生位置的缘故。

新生代 中生代
古生代 远古代

第四纪
第三纪
白垩纪 侏罗纪 三叠纪 二叠纪
石炭纪
泥盆纪 志留纪 奥陶纪 寒武纪
距今年数 (百万年)
进 化 情况
现代 更新世2.5
被子植物占绝对优势,草本植物进一步发育
晚25
经过几次冰期后,森林衰退,由于气候原因,造成地方植物隔离,草本 植物发生,植物界面貌与现代相似
苔藓植物中的藻苔(Takakia lepidozioides ) 无假根,只有合轴 分枝的主茎,在主茎上有螺旋状生的细叶,有颈卵器,其形态结构 与藻类植物很相似;另一方面,绿藻门中的佛氏藻(Fritschiella tuberosa) 植物体由许多丝状藻丝构成,并交织在一起形成垫状, 其中有的丝状体伸入土壤中成为无色的假根细胞,有的丝状体向上, 形成单列细胞构成的气生枝,这种结构与叶状体苔类相似。Bower
500
海产藻类占优势,其它类型植物相继发展
570
初期出现真核细胞藻类植物,后期出现了与现代藻类相似的
570—1500 类群
优势植物 被子植物 裸子植物 蕨类植物 藻类植物
太古代
1500-3500 生命开始出现,细菌和蓝藻出现
原核生物
☆ 最老的有细胞结构的生命的证据是 澳大利亚的 Warrawoona化石群发现 于含层状叠层石的碳酸盐岩中(35亿年)。 通常认为,叠层石是蓝菌存在的指示。 由于蓝菌等低等微生物的生命活动所引 起的周期性矿物沉淀、沉积物的捕获和 胶结作用,从而形成了叠层状的生物沉 积构造。
1996年在辽宁北
票市发现的被子植
物化石辽宁古果 ( Archaefructus liaoningensis ) 地 质年代为1.25亿年 前的早白垩世。
2003 年 在 辽 西 找 到 被 子 植 物 化 石 十 字 中华古果(Sinocarpus liaoningensis), 地质年代为1.22~1.25亿年前,是目前最 无争议的中国早期被子植物化石。
.绝大部分的苔藓植物没有输导组织,但是在角苔属中的蒴轴 内有类似输导组织的厚壁细胞,在裸蕨类中也可看到输导组织消失 的现象。
.按顶枝学说,植物在进化过程中,由分枝的孢子囊逐渐演变 成为集中的孢子囊。在裸蕨中的孢囊蕨中已具有单一的孢子囊,而 在藓类中的真藓中,就发现有畸形的分叉的孢子囊,也似乎说明苔 藓植物由裸蕨类植物退化而来。
元古代晚期至古生代志留纪是藻类植物急剧分化、发 展和繁衍的时期。藻类植物的三条演化路线:
苔藓植物的起源 1.起源于绿藻
认为苔鲜植物起源于绿藻的主要观点有以下7方面证据。 .苔藓植物的叶绿体与藻类的载色体相似,具有相同的 叶绿素和叶黄素。 .角苔具有蛋白核,储藏物为淀粉,与绿藻中的相似。 .苔藓植物生活史中的原丝体与丝藻很相似。 .苔藓植物的游动精子具有两条等长的顶生鞭毛,与绿 藻的精子相似。 .苔藓植物的合子发育在配子体内发育,与丝藻中的鞘 毛藻属(Coleochaete)的相似。 .绿藻类中的轮藻,植物体分化明显,其卵囊与精子囊 也与苔藓植物的颈卵器和精子器相似。
认为苔藓植物可能是从古代这类绿藻的配子体发达类群进化而来。
2.起源于裸蕨类
认为苔藓植物由孢子体占优势的裸蕨类植物退化而来。其理由 主要有以下5个方面。
.裸蕨类中的角蕨属和莱尼蕨属(RhyHale Waihona Puke Baiduia)没有真正的叶和根, 只在横生的茎上生有假根,这与苔藓植物相似。
.裸蕨类中的角蕨属、孢囊蕨属的孢子囊内,有1中轴构造, 此点与角苔属、泥炭藓属、黑藓属的孢子囊中的蒴轴相似。
早65 晚90 早136
被子植物进一步发育,占优势,世界各地出现大范围的森林 被子植物得到发展 裸子植物衰退,被子植物渐渐代替裸子植物
190
裸子植物中的松柏类占优势,原始的裸子植物渐渐消失,被子植物出现
225
乔木状蕨类植物继续衰退,真蕨类繁茂
晚260 早280
345
裸子植物中的苏铁类、银杏类、针叶类繁茂
甲藻和隐藻细胞属于中核细胞,其核质无蛋白质,细 胞分裂时核膜不消失。因此,细胞核的进化可能是由原核 经中核再进化为真核的。
漫长的蓝藻时代,蓝藻通过直接或间接的作用,将大 气中的CO2大量地转移到岩石圈,建造碳酸岩层石,同时 释放氧气,这样,蓝藻不仅改造了大气圈,也改造了岩石 圈,为真核生物的起源创造了条件。真核细胞的出现是在 15亿-14亿年前。
而登陆呢?
最可能的原因是地质变迁:某一
特定的水体与海洋相隔离,然后慢慢 干枯,成功适应干旱环境的生命形式 存活下来。
裸蕨是最先登陆成功的植物。
藻藓类植物具有苔藓植物的最原始性状,并具
有 近 似 藻 类 的 特 性 , 其 中 藻 藓 ( Takakia lepidozioides)染色体n=4,为现知陆生植物中
.从地质年代来看,裸蕨类出现于志留纪,而苔藓植物出现于 泥盆纪中期,苔藓植物比裸蕨类晚出现数千万年。
现在大多数学者认为苔藓植物与裸蕨并没有直接的亲缘关系,
两者可能是由水生绿藻平行演化而来。
苔藓植物的演化
1.认为苔类植物原始
如果认为苔藓植物由绿藻类中的鞘毛藻演化而来,则 苔鲜植物背腹面的叶状体类型是原始的,再由叶状体演化 为直立的、辐射对称的类型。因而,苔类原始,藓类进化。
蕨类植物的起源与演化
1裸蕨植物的繁盛与起源
裸蕨植物是最古老的陆生维管植物,其共同特征是无 叶、无真根,仅具假根;地上为主轴,多为二叉状分枝; 原生中柱;孢子囊单生枝顶,孢子同型等。最早的裸蕨植 物化石发现于4亿年前的志留纪晚期,定名为顶囊蕨属 (或光蕨属)(Cooksonia),其株高10厘米,直径2毫米。 后来在泥盆纪的早中期又发现了莱尼蕨、裸蕨 (Psilophyton)等。它们生活于陆地上或沼泽地,分布于 各大洲,繁盛于泥盆纪的早、中期,这段地质时期称为裸 蕨植物时代。裸蕨植物均于泥盆纪晚期绝灭,仅生存了 3000万年。


裸买
子 植 物
麻 藤

子 植 物



植地物
种子蕨
物衣
裸蕨
单倍体优势类型 二倍体优势类型
藻类(绿藻)祖先
大约在35-33亿年前,地球上出现了原核藻类-蓝藻。 最原始的蓝藻是一些简单的单细胞个体,直到距今17亿年 前后,才出现类似现代丝状体蓝藻的群体和丝状体,并出 现了带有异形胞的丝状体。以后进一步发展,部分种类能 够生活于潮湿的环境中,表明它们能够适应于陆生环境。
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