プリンキピア

第25章種子をつくらない植物

25.1 Early Plant Life25.1 初期の植物

Learning Objectives学習目標

By the end of this section, you will be able to do the following:
この節を学ぶと、次のことができるようになる。
  • Discuss the challenges to plant life on land
    陸上での植物の生活が直面する課題を論じる。
  • Describe the adaptations that allowed plants to colonize the land
    植物の陸上進出を可能にした適応を説明する。
  • Describe the timeline of plant evolution and the impact of land plants on other living things
    植物進化の時間軸と、陸上植物が他の生物へ及ぼした影響を説明する。
The kingdom Plantae constitutes large and varied groups of organisms. There are more than 300,000 species of catalogued plants. Of these, more than 260,000 are seed plants. Mosses, ferns, conifers, and flowering plants are all members of the plant kingdom. Land plants arose within the Archaeplastida, which includes the red algae (Rhodophyta) and two groups of green algae, Chlorophyta and Charaphyta. Most biologists also consider at least some green algae to be plants, although others exclude all algae from the plant kingdom. The reason for this disagreement stems from the fact that only green algae, the Chlorophytes and Charophytes, share common characteristics with land plants (such as using chlorophyll a and b plus carotene in the same proportion as plants). These characteristics are absent from other types of algae.
英語のヒント
植物界は、大きく多様な生物群からなる。記録された植物は30万種以上あり、そのうち26万種以上が種子植物である。コケ、シダ、針葉樹、花をつける植物は、すべて植物界の成員である。陸上植物は、紅藻と、クロロフィタおよびシャジクモ類という二つの緑藻群を含む、アーケプラスチダの中で生じた。大部分の生物学者は、少なくとも一部の緑藻も植物と考えるが、すべての藻類を植物界から除く人もいる。この意見の違いは、緑藻のクロロフィタとシャジクモ類だけが、陸上植物と共通する特徴をもつことに由来する。たとえば、葉緑素aとbに加え、カロテンを植物と同じ比率で利用する。他の藻類には、こうした特徴がない。

Plant Adaptations to Life on Land陸上生活への植物の適応

As organisms adapted to life on land, they had to contend with several challenges in the terrestrial environment. Water has been described as “the stuff of life.” The cell’s interior is a thick soup: in this medium, most small molecules dissolve and diffuse, and the majority of the chemical reactions of metabolism take place. Desiccation, or drying out, is a constant danger for an organism exposed to air. Even when parts of a plant are close to a source of water, the aerial structures are likely to dry out. Water also provides buoyancy to organisms. On land, plants need to develop structural support in a medium that does not give the same lift as water. The organism is also subject to bombardment by mutagenic radiation, because air does not filter out ultraviolet rays of sunlight. Additionally, the male gametes must reach the female gametes using new strategies, because swimming is no longer possible. Therefore, both gametes and zygotes must be protected from desiccation. The successful land plants developed strategies to deal with all of these challenges. Not all adaptations appeared at once. Some species never moved very far from the aquatic environment, whereas others went on to conquer the driest environments on Earth.
英語のヒント
生物が陸上生活へ適応する際、陸上環境のいくつかの課題に対処しなければならなかった。水は「生命の材料」と表現される。細胞の内部は濃いスープのようなもので、この媒体の中で、大部分の小分子が溶けて拡散し、代謝の化学反応の大部分が起こる。空気にさらされる生物には、乾燥が常に危険となる。植物の一部が水源に近くても、地上の構造は乾きやすい。水は生物に浮力も与える。陸上の植物は、水と同じ浮き上がる力を与えない媒体の中で、体を支える構造を発達させる必要がある。空気は日光の紫外線を除かないため、生物は突然変異を起こす放射線にもさらされる。さらに、もはや泳ぐことができないため、雄性配偶子は新しい方法で雌性配偶子へ到達しなければならない。そのため、配偶子と接合子の両方を乾燥から保護する必要がある。陸上で成功した植物は、これらすべての課題への対策を発達させた。すべての適応が一度に現れたわけではない。水中環境から遠く離れなかった種もいれば、さらに地球上で最も乾燥した環境を征服した種もいる。
To balance these survival challenges, life on land offers several advantages. First, sunlight is abundant. Water acts as a filter, altering the spectral quality of light absorbed by the photosynthetic pigment chlorophyll. Second, carbon dioxide is more readily available in air than in water, since it diffuses faster in air. Third, land plants evolved before land animals; therefore, until dry land was colonized by animals, no predators threatened plant life. This situation changed as animals emerged from the water and fed on the abundant sources of nutrients in the established flora. In turn, plants developed strategies to deter predation: from spines and thorns to toxic chemicals.
英語のヒント
こうした生存上の課題と釣り合うように、陸上生活には、いくつかの利点がある。第一に、日光が豊富である。水はフィルターとして働き、光合成色素の葉緑素が吸収する光の、波長ごとの性質を変える。第二に、二酸化炭素は水中より空気中で速く拡散するため、空気中のほうが容易に利用できる。第三に、陸上植物は陸上動物より先に進化したため、動物が陸地へ進出するまで、植物を脅かす捕食者はいなかった。動物が水中から現れ、すでに成立していた植物相の豊富な栄養源を食べ始めると、状況は変わった。それに応じて、植物は、棘や刺から有毒化学物質まで、捕食を抑える戦略を発達させた。
Early land plants, like the early land animals, did not live very far from an abundant source of water and developed survival strategies to combat dryness. One of these strategies is called tolerance. Many mosses, for example, can dry out to a brown and brittle mat, but as soon as rain or a flood makes water available, mosses will absorb it and are restored to their healthy green appearance. Another strategy is to colonize environments with high humidity, where droughts are uncommon. Ferns, which are considered an early lineage of plants, thrive in damp and cool places such as the understory of temperate forests. Later, plants moved away from moist or aquatic environments using resistance to desiccation, rather than tolerance. These plants, like cacti, minimize the loss of water to such an extent they can survive in extremely dry environments.
英語のヒント
初期の陸上植物は、初期の陸上動物と同じく、豊富な水源から遠く離れず、乾燥に対抗する生存戦略を発達させた。その一つが、耐容である。たとえば、多くのコケは、乾いて茶色くもろいマット状になっても、雨や洪水で水が利用できるようになるとすぐに吸収し、健全な緑色の姿に戻る。別の戦略は、干ばつの少ない高湿度の環境へ定着することである。初期の植物系統とされるシダ類は、温帯林の林床植生のような、湿潤で冷涼な場所によく育つ。その後、植物は、乾燥に耐えるのではなく、乾燥自体を防ぐ抵抗性を用い、湿った環境や水中から離れた。サボテンなどのこれらの植物は、水の損失を最小限に抑え、極端な乾燥環境でも生存できる。
The most successful adaptation solution was the development of new structures that gave plants the advantage when colonizing new and dry environments. Four major adaptations contribute to the success of terrestrial plants. The first adaptation is that the life cycle in all land plants exhibits the alternation of generations, a sporophyte in which the spores are formed and a gametophyte that produces gametes. Second is an apical meristem tissue in roots and shoots. Third is the evolution of a waxy cuticle to resist desiccation (absent from some mosses). Finally cell walls with lignin to support structures off the ground. These adaptations all contribute to the success of the land plants, but are noticeably lacking in the closely related green algae—another reason for the debate over their placement in the plant kingdom. They are also not all found in the mosses, which can be regarded as representing an intermediate stage in adaptation to land.
英語のヒント
最も成功した適応上の解決策は、新しく乾いた環境へ進出する際、植物に優位性を与える新構造の発達だった。四つの主要な適応が、陸上植物の成功に寄与する。第一は、すべての陸上植物の生活環に、胞子を作る胞子体と、配偶子を作る配偶体の世代交代があることである。第二は、根とシュートの頂端分裂組織である。第三は、乾燥を防ぐワックス状のクチクラの進化で、一部のコケにはない。最後は、地面から離れた構造を支える、リグニンを含む細胞壁である。これらの適応は、すべて陸上植物の成功に寄与するが、近縁な緑藻では目立って欠けている。これも、緑藻を植物界のどこに置くかが議論される理由である。また、コケにもすべてがそろっているわけではなく、陸上適応の中間段階を示すと見なせる。