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第8章 种子植物先驱者——裸子植物(1)

植物界中所有种类的生殖方式被分为了两个大类,一类是有性生殖,这类植物首先需要经过雌雄个体生殖细胞的结合,生殖细胞内部染色体的数量只有雌雄个体的一半,而生殖细胞结合之后的个体才是完整的幼体;另一类则是无性生殖,这类植物不经两种个体间的结合而是直接产生下一代生命。不同的生殖方式被现代科学家作为了生物体进化程度重要的判断标准之一。

我们可以想象一下,今天我们身上的一粒尘土很可能当年也在唐宗宋祖身上逗留过,而我们现在正在呼出和吸进的那些氧原子也可能是在6000万年前由一头垂死的恐龙呼出。

这些无机物基本上可以认为是永匣的,直到宇宙消亡的那一天,它们才会消失。

生命体自它诞生的那一刻起便在想方设法地存活下去。强大的狮子进化出锋利的牙齿和强壮的四肢,大量猎取其他生命以维生;弱小的羚羊进化出敏锐的视觉、听觉和快若闪电的速度来躲避强敌的窥伺;长寿的万年古树则因为本身新陈代谢的缓慢“度年如日”……在有机物被赋予了生命,成为了细胞之时,它们同时也被剥夺了不朽的权利,衰亡对于每个生命体都是必然的过程。

既然单个生物无法永生,那么繁殖后代便成为了延续种族的唯一方式。想在地球史上留下点痕迹,怎样更好地繁衍后代就成为了生物们一个首要的问题。

生命的延续方式——有性与无性

最原始的单细胞生命采用了“分身术”来制造下—代。首先,它们体内的遗传物质会加倍,之后平分到细胞两侧,最后细胞从中间一分为二,成为了两个新生命,遗传物质也平分到了两个细胞中,这两个细胞无论外形和内部组成基本都与原来的细胞没什么区别。我们称这种生殖方式为分裂生殖。

分裂生殖属于生物体无f生繁殖中的一种,它的过程简单,对细胞的结构复杂程度要求也很低。由于地球的原始生存环境相当恶劣,结构复杂的细胞在当时的环境中根本无法生存,分裂生殖就成为了当时—个简单高效的繁殖方式。虽然通过分裂生殖产生的后代会一成不变地延续上一代的所有生活方式,但这种保守的态度至少能_保定整个种族在恶劣环境中的存活。变形虫、眼虫藻等就是采用这种生殖方式。

此外,营养生殖、出芽生殖和孢子生殖方式。

于无性生殖,现存的许多生物还在延续着无性生殖的力式,而一些有性生殖的生物在特定条件下也能够以无性生殖的方式繁衍后代。植物界中的大部分成员都保持了无性生殖的特性,构成它们身体的任何一个单独细胞都拥有再生为完整植株的能力,现代植物研究中广泛运用的组织培养技术就是利用了植物的这一特点。

然而,动物们却失去了这种强大的能力,直接导致它们更容易受到伤害。如果人们因事故而造成的肢体或器官伤害能够再生,那将是一件多么伟大与幸福的事。

那么,为什么植物可以再生,而动物却不能呢?

这是因为植物体的结构简单,身体远没有动物的器官那么复杂,每个细胞中都含有这种植物的所有遗传信息,而且这些遗传信息都能够自然表达。这就令植物细胞得以具有了高度的再生长能力,一旦它脆弱的身体任何一部分受到损伤都可以轻松地再生。不过,植物为此也付出了沉痛的代价——永远停留在低级阶段。

虽然动物细胞也含有所有的遗传信息,但是这些遗传信息却是因细胞功能的不同而有选择性地进行蛋白质合成,进而进行器官的合成。

比如,肝细胞只会指导肝脏的构建,而不会长成胃。正是由于这种特殊部位的细胞专门化,动物才不可能让每个细胞中的基因都完全表达,不然每个器官的独特作用就无法体现出来。

生命的进化其实就是—个生命体基因变异的过程。基因控制着生物体的外形与内部构造,因而基因的变异直接影响到了生物体的生活方式。

在一些极端环境中,比如强辐射、高温或非正常的细胞增殖过程中,基因都可能发生变化。有的基因变化可能将生物体置于死地,有的却可能帮助生命体改造结构以避免一些极端环境对身体造成的伤害。

单个牛物体产生基因突变的几率毕竟有限,在有性生殖产生以前,子代的基因只是来自上一辈单个个体,有利基因的积累完全是一脉相承式的,速度相当慢;有性生殖出现之后,子代的基因就同时来自父本和母本两个不同的个体,不同生物为抵抗不同恶劣环境而产生的基因变异则有机会混合于他们的子孙身上。如此一来,生物体经过自然选择产生出来的一些有利基因就在有性生殖产生之后,以成倍的速度向后代传递,这对于后代有着极为重大的意义。

物种新纪元——有性生殖

在裸子植物出现之前,分裂生殖与孢子生殖仍然是植物所采用的主要生殖方式,两种生殖方式均不能离开水环境进行,并且新个体在还是—个弱小的孢子的时候就已经被放置于自然环境中了,处于自生自灭的境地中,母体并不能对后代进行任伺。保护。

裸子植物的受精过程脱离了水环境,而是通过风力来传播雄性花粉。雌花受精后,随即发育成种子,使下一代幼小的生命体在形成时期就得到母体充分的滋养。种子成熟后再脱离母体,通过种翅等构造由风向四处传播,靠坚硬的种皮在干燥寒冷的环境中生存。后代刚刚形成就得到了很完美的保护,存活率从而大大提高了。

裸子植物起源于古生代,繁盛于中生代,曾经与巨型的蕨类植物和恐龙共同生活在地球上。在晚二叠世的全球性剧烈地质活动以及随后到来的数次冰川I期侵袭中,恐龙与高大的蕨类植物携手退出了历史舞台,而裸子植物凭借自身特有的一些优势存活了下来。它们已经进化出了木质部与韧皮部,这些都是密集的导管系统,不仅能够运输营养,同时还有很高的硬度与韧性,使其有可能承受剧烈的冲击及震动。它们的叶通常为针形或密集层叠的小型鳞片状,因此在冰川I期寒冷干燥的环境之中具有极强的耐寒性。而且这种叶结构最大限度地保持水分蒸发与光合作用之间的平衡,能够保存少得可冷的水分,从而使植物挺过长达千余年的寒冬。

相对于被子植物来说,裸子植物虽然同样是种子植物,但种子外部并没有被子植物的特有结构——果皮以及果肉的包裹,而是裸露在外,因而得名“裸子植物”。

但我们需要认识到的是,裸子植物真正为人所重视的地方其实并非它的学术研究价值,而是它本身所蕴含的巨大经济价值。

历经数次世界末日的裸子植物现在又一次受到了人类的威胁。因为,裸子植物中的许多品种为重要的林木,尤其在北半球,80%以上的森林组成都是裸子植物。优良的质地使得它们被广泛运用于建筑、车船、造纸工业中,一些利欲熏心的人们完全忽略了森林自身的生产能力,大肆砍伐。现在,大约每过一分钟就有0.3平方千米的森林正在消失,一年累计约有16万平方千米的森林被人类消耗掉。依照我们现在对木材的消耗速度计算,百年之内,世界森林资源就将告罄。

我们不得不首先为人类巨大的破坏力咋舌,再为那无数棵变为人类口中“有用之材”的树木哀悼。人类在拥有了思考和创造能力的同时,又用这天赋不断挤压着其他生物的生存空间。然而,当其他物种消亡殆尽的时候,人类又能往何处呢?那一天也许就是人类灭绝的日子。这个冰冷而遥远的未来并不一定会发生,只要我们与自然界和谐共处,在大自然的再造能力之内合理地开发、利用资源,我们的世界仍然会是丰富多彩的。

人类最为急需的其实就是寻找到一个方法,一个能减小人类破坏速度与自然界恢复速度之间差值的方法——森林的保护其实就是减少这个差值的有效手段(森林保护的连带效应)。

从远古走来的巨人——松、柏、杉

裸子植物因为它的特殊器官结构具有很强的耐力,因而能够挺过长达数千年的冰川期。不过因为这些特殊结构,它们也就注定不可能像被子植物那样有如此多的种类。

裸子植物门中共有大约800币中植物,分为4个纲,即苏铁纲、银杏纲、松柏纲、盖子植物纲。其中松柏纲是裸子植物门最大的一纲,它拥有整个裸子植物门一半以上的植物,共计600多种。

松树傲骨峥嵘,柏树庄重肃穆,且二者均四季常青,历严冬而不衰。《论语》中就有“岁寒然后知松柏之后凋也”。因此在我国,松与柏向来被认为是坚强不屈的象征,并与竹、梅一起被称为“岁寒三友”。

其实,松柏泛指的是松科和柏科的植物,它们隶属于松柏目。这一目中还有我们所熟知的杉科植物以及与杉科植物外形很相似的南洋杉科。而松柏目中的这四科植物数量则汇集了松杉纲的绝大部分,共有400多种。

松、柏、杉是人们使用的通俗名称,其中有不少植物由于外形类似而被错认为相同的科,如冷杉、云杉属于松科,但名称上用了杉字,而水松和金松则是杉科植物,这些名称沿用至今已约定俗成。目前各科什物应用的名称常常是混杂的,想要辨别这三科植物只依靠植物名是不够的耐而从外形来看,这三科植物多是植株挺拔,高大参天,想要将这巨木分门别类,我们就需要研究一下三科植物各自具有的一特殊结构。

从叶形来说,松科和柏科植物最容易辨认,因为松科是细长的针状叶,且在枝上螺旋状互生,也就是说松枝的每个节上只生有一片叶,而且每根枝条上的叶者呈螺旋状排列。同时,由于松树针叶的尖端十分尖锐,因此摸上去十分扎手。而柏树则是对生或轮生叶,也就是说每节上会着生2~3片叶,且叶上多会分布龙鳞状的鳞片。

杉科植物辨认起来要麻烦得多。杉科植物的叶形很多,有披针形、钻形、鳞形或条形,其中披针形和钻形叶同松科叶形十分相似,而鳞形和条形叶则与柏树相似,如果不仔细观察,就会将杉科同其他两科植物混淆。不过同松科相比,杉科植物还是有些细微差别的,那就是杉科植物的披针形叶会比松科的针形叶稍宽一些。

杉科和柏科植物相比,其中许多种的叶形和叶序已经十分相似,要区分这些种,我们就要从两科植物的球果种鳞与苞鳞联合的紧密程度来判别了,其中杉科植物球果由于种鳞同苞鳞是半合生式,因此联着程度较低,较易被掰开。而柏科植物由于种鳞和苞鳞采取全合生方式,因此想要掰开柏科植物的球果会比杉科植物困难得多。

松科共10属约230种,主产于北半球,为森林的主要树种,亦是重要的造林树种,如松属、云杉属、落叶松属、冷杉属、铁杉属和黄杉属。中国是松科属种最多的国家,10属均产,其中银杉和金钱松为特有的单种属植物,油杉属也主产中国。

松科植物最早的化石出现在中生代早侏罗世,白垩纪后属种增加。第四纪随全球性气候变化,种类、数量和分布范围均有变化,繁衍至今,形成了现代的分布格局。迄今在北半球的地层中已经发现了现存属以及绝灭属的各种化石。