Marchantiophyta ( / m ɑːr ˌ k æ n t i ˈ ɒ f ə t ə , - oʊ ˈ f aɪ t ə / ) — это подразделениенесосудистых наземных растений,обычно называемыхпеченочникамиилипеченочниками. Подобномхамироголистникам, они имеютгаметофит-доминирующий жизненный цикл, в котором клетки растения несут только один набор генетической информации.
Подсчитано, что существует около 9000 видов печеночников. [4] Некоторые из наиболее известных видов растут в виде уплощенного безлистного таллома , но большинство видов листовые и по форме очень похожи на уплощенный мох . Листовые виды можно отличить от внешне похожих мхов по ряду признаков, включая их одноклеточные ризоиды . Листовые печеночники также отличаются от большинства (но не от всех) мхов тем, что их листья никогда не имеют косточки (присутствующей у многих мхов) и могут иметь краевые реснички (очень редко встречающиеся у мхов). Другие различия не являются универсальными для всех мхов и печеночников, но наличие листьев, расположенных в три ряда, наличие глубоких долей или сегментированных листьев или отсутствие четко дифференцированных стебля и листьев указывают на то, что растение является печеночником. Печеночники отличаются от мхов наличием уникальных сложных масляных телец с высоким показателем преломления.
Печеночники обычно небольшие, обычно от 2 до 20 мм (0,079–0,787 дюйма) в ширину, с отдельными растениями менее 10 см (3,9 дюйма) в длину, и поэтому часто упускаются из виду. Однако некоторые виды могут покрывать большие участки земли, скал, деревьев или любого другого достаточно твердого субстрата, на котором они встречаются. Они распространены по всему миру почти в каждой доступной среде обитания, чаще всего во влажных местах, хотя есть также пустынные и арктические виды. Некоторые виды могут быть неприятностью в тенистых теплицах или сорняком в садах. [5]
Большинство печеночников имеют небольшие размеры, от 2 до 20 миллиметров (0,08–0,8 дюйма) в ширину, а отдельные растения имеют длину менее 10 сантиметров (4 дюйма), [6] поэтому их часто упускают из виду. Наиболее известные печеночники состоят из распростертой, уплощенной, лентовидной или ветвящейся структуры, называемой талломом (телом растения); эти печеночники называются талломными печеночниками . Однако большинство печеночников образуют уплощенные стебли с перекрывающимися чешуйками или листьями в два или более рядов, средний ряд часто заметно отличается от внешних рядов; их называют листовыми печеночниками или чешуйчатыми печеночниками . [7] [8] ( См. примеры в галерее ниже. )
Печеночники наиболее надежно можно отличить от внешне похожих мхов по их одноклеточным ризоидам . [9] Другие различия не являются универсальными для всех мхов и всех печеночников; [8] но отсутствие четко дифференцированного стебля и листьев у слоевищных видов или наличие глубоко лопастных или сегментированных листьев у листовых видов и наличие листьев, расположенных в три ряда, [10] [11], а также частое дихотомическое ветвление, все указывают на то, что растение является печеночником. За несколькими исключениями, все печеночники подвергаются полипластидному мейозу, в отличие от мхов и роголистников, у которых монопластидный мейоз. [12] В отличие от любых других эмбриофитов, большинство печеночников содержат уникальные мембраносвязанные масляные тельца , содержащие изопреноиды, по крайней мере в некоторых из их клеток, липидные капли в цитоплазме всех других растений не закрыты. [13] Общее физическое сходство некоторых мхов и листостебельных печеночников означает, что подтверждение идентификации некоторых групп может быть выполнено с уверенностью только с помощью микроскопии или опытного бриолога .
Печеночники, как и другие мохообразные, имеют гаметофит -доминирующий жизненный цикл, при этом спорофит зависит от гаметофита. [13] Спорофит многих печеночников не фотосинтезирует, но есть также несколько, которые фотосинтезируют в разной степени. [14] Клетки типичного растения печеночника содержат только один набор генетической информации, поэтому клетки растения гаплоидны на протяжении большей части его жизненного цикла. Это резко контрастирует с моделью, демонстрируемой почти всеми животными и сосудистыми растениями. У более знакомых семенных растений гаплоидное поколение представлено только крошечной пыльцой и семяпочкой , в то время как диплоидное поколение — это знакомое дерево или другое растение. [15] Еще одной необычной особенностью жизненного цикла печеночников является то, что спорофиты (т. е. диплоидное тело) очень недолговечны и отмирают вскоре после высвобождения спор. [16] У мхов спорофит более устойчив, а у роголистников спорофит распространяет споры в течение длительного периода. [ необходима цитата ]
Жизнь печеночника начинается с прорастания гаплоидной споры для производства протонемы , которая представляет собой либо массу нитевидных нитей, либо уплощенный таллом. [17] [18] Протонема является переходной стадией в жизни печеночника, из которой вырастет зрелое растение-гаметофор (« носитель гамет »), которое производит половые органы. Мужские органы известны как антеридии ( единственное число: antheridium) и производят сперматозоиды. Скопления антеридиев окружены защитным слоем клеток, называемых перигонием ( множественное число: perigonia). Как и у других наземных растений, женские органы известны как архегонии ( единственное число: archegonium) и защищены тонким окружающим перихетумом ( множественное число: perichaeta). [8] Каждый архегоний имеет тонкую полую трубку, «шею», по которой сперматозоиды плывут, чтобы достичь яйцеклетки.
Виды печеночников могут быть как двудомными , так и однодомными . У двудомных печеночников женские и мужские половые органы находятся на разных и отдельных растениях-гаметофитах. У однодомных печеночников два типа репродуктивных структур находятся на разных ветвях одного и того же растения. [19] В любом случае сперма должна перемещаться из антеридиев, где она вырабатывается, в архегоний, где содержатся яйца. Сперма печеночников двужгутиковая , то есть у нее есть два хвостовидных жгутика , которые позволяют ей плавать на короткие расстояния, [20] при условии, что присутствует хотя бы тонкая пленка воды. Их путешествию может способствовать разбрызгивание капель дождя. В 2008 году японские исследователи обнаружили, что некоторые печеночники способны выстреливать водой, содержащей сперму, на высоту до 15 см в воздух, что позволяет им оплодотворять женские растения, растущие более чем в метре от ближайшего самца. [21]
Когда сперма достигает архегония, происходит оплодотворение , приводящее к образованию диплоидного спорофита. После оплодотворения незрелый спорофит внутри архегония развивает три отдельных региона: (1) ножку , которая одновременно закрепляет спорофит на месте и получает питательные вещества от его «материнского» растения, (2) сферическую или эллипсоидальную капсулу , внутри которой будут производиться споры для распространения в новые места, и (3) щетинку ( стебель), которая находится между двумя другими регионами и соединяет их. [20] У спорофита отсутствует апикальная меристема , чувствительная к ауксину точка расхождения с другими наземными растениями в какое-то время в позднем силуре / раннем девоне . [22] [23] Когда спорофит развил все три региона, щетинка удлиняется, проталкиваясь из архегония и разрывая его. В то время как нога остается закрепленной в родительском растении, капсула выталкивается щетинкой и вытягивается из растения в воздух. Внутри капсулы клетки делятся, образуя как клетки -элатеры , так и клетки, производящие споры. Элатеры похожи на пружины и будут раздвигать стенки капсулы, чтобы рассеяться, когда капсула лопнет. Клетки, производящие споры, пройдут мейоз, чтобы сформировать гаплоидные споры для рассеивания, после чего жизненный цикл может начаться снова.
Некоторые печеночники способны к бесполому размножению ; в целом для мохообразных «было бы почти верно сказать, что вегетативное размножение является правилом, а не исключением». [24] Например, у риччии , когда старые части раздвоенных слоевищ отмирают, молодые кончики становятся отдельными особями. [24]
Некоторые талломные печеночники, такие как Marchantia polymorpha и Lunularia cruciata, производят небольшие дискообразные почки в неглубоких чашечках. [25] Почки Marchantia могут распространяться на расстояние до 120 см при попадании в чашечки дождя. [26] У Metzgeria почки растут на краях слоевища. [27] Marchantia polymorpha — распространенный сорняк в теплицах, часто покрывающий всю поверхность контейнеров; [28] : 230 Распространение почек — это «основной механизм, с помощью которого печеночник распространяется по всему питомнику или теплице». [28] : 231
Таллоидные печеночники обычно содержат симбиотические грибы -гломеромицеты , которые имеют арбускулярные (ресничные) корни, напоминающие корни сосудистых растений. Виды в Aneuraceae , однако, ассоциируются с грибами -базидиомицетами, принадлежащими к роду Tulasnella , в то время как листовые печеночники обычно содержат симбиотические грибы-базидиомицетами, принадлежащими к роду Serendipita . [29]
Сегодня печеночники можно встретить во многих экосистемах по всей планете, за исключением морских и чрезмерно сухих сред, а также тех, которые подвергаются высокому уровню прямого солнечного излучения. [30] Как и большинство групп живых растений, они наиболее распространены (как по численности, так и по видам) во влажных тропических районах. [31] Печеночники чаще встречаются в умеренной или глубокой тени, хотя пустынные виды могут переносить прямой солнечный свет и периоды полного высыхания.
Традиционно печеночники были сгруппированы вместе с другими мохообразными ( мхами и роголистниками ) в Отдел Bryophyta, внутри которого печеночники составляли класс Hepaticae (также называемый Marchantiopsida). [8] [32] Несколько позже печеночники получили свое собственное подразделение (Marchantiophyta), [33] поскольку мохообразные стали считаться парафилетическими . Однако самые последние филогенетические данные указывают на то, что печеночники действительно, вероятно, являются частью монофилетической клады («Bryophyta sensu lato » или «Bryophyta Schimp.») наряду с мхами и роголистниками. [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [ чрезмерное цитирование ] Поэтому было предложено перевести печеночники в класс Marchantiopsida. [36] Кроме того, имеются веские филогенетические доказательства того, что печеночники и мхи образуют монофилетическую подгруппу Setaphyta . [35] [43] [44]
Важным выводом из этих филогений является то, что предковые устьица, по-видимому, были утрачены в родословной печеночников. [35] [39] Среди самых ранних ископаемых, которые, как полагают, принадлежат печеночникам, находятся компрессионные окаменелости Pallaviciniites из верхнего девона Нью -Йорка . [45] Эти окаменелости напоминают современные виды Metzgeriales . [ 46] Другая девонская окаменелость под названием Protosalvinia также похожа на печеночник, но ее связь с другими растениями все еще не определена, поэтому она может не принадлежать к Marchantiophyta. В 2007 году были объявлены самые старые окаменелости, которые в то время можно было отнести к печеночникам, Metzgeriothallus sharonae из живетского яруса (средний девон ) Нью-Йорка , США. [47] Однако в 2010 году в Аргентине были обнаружены пять различных типов окаменелых спор печеночников, датируемых гораздо более ранним средним ордовиком , около 470 миллионов лет назад. [1] [48]
Бриологи классифицируют печеночники в отделе Marchantiophyta . Это название отдела основано на названии наиболее общепризнанного рода печеночников Marchantia . [49] В дополнение к этому названию на основе таксона , печеночники часто называют Hepaticophyta . Это название произошло от их общего латинского названия, поскольку латынь была языком, на котором ботаники публиковали свои описания видов. Это название привело к некоторой путанице, [ необходима ссылка ] отчасти потому, что оно, по-видимому, является названием на основе таксона, полученным от рода Hepatica , который на самом деле является цветковым растением семейства лютиковых Ranunculaceae . Кроме того, название Hepaticophyta часто неправильно пишется в учебниках как Hepatophyta , что только добавляет путаницы.
Хотя среди бриологов нет единого мнения относительно классификации печеночников выше ранга семейства, [50] Marchantiophyta можно подразделить на три класса: [51] [52] [53] [54]
Обновленная классификация Сёдерстрёма и др. 2016 [58]
По оценкам, существует около 9000 видов печеночников, по крайней мере 85% из которых относятся к листовой группе. [3] [59] Несмотря на это, на сегодняшний день геномы печеночников не были секвенированы, и только несколько генов были идентифицированы и охарактеризованы. [60]
В древние времена считалось, что печеночники излечивают заболевания печени , отсюда и название. [61] В древнеанглийском языке слово liverwort буквально означает печеночное растение . [62] Это, вероятно, произошло от поверхностного вида некоторых таллоидных печеночников, которые по очертаниям напоминают печень, и привело к общему названию группы как печеночники , от латинского слова hēpaticus, означающего «принадлежащий печени». Неродственное цветущее растение, Hepatica , иногда также называют печеночником, потому что когда-то его также использовали для лечения заболеваний печени. Эта архаичная связь формы растения с функцией была основана в «Доктрине сигнатур» . [63]
Печеночники сегодня не имеют прямого экономического значения. Их наибольшее влияние является косвенным, через уменьшение эрозии вдоль берегов ручьев, сбор и удержание воды в тропических лесах и образование почвенных корок в пустынях и полярных регионах. Однако несколько видов используются человеком напрямую. Несколько видов, таких как Riccia fluitans , являются водными слоевищными печеночниками, продаваемыми для использования в аквариумах . Их тонкие, изящные ветви плавают на поверхности воды и обеспечивают среду обитания как для мелких беспозвоночных, так и для рыб, которые ими питаются.
Небольшая коллекция изображений, демонстрирующих строение и разнообразие печеночников: