Растения и животные: сходство и различия

Берёзу от кошки отличит любой. Но если спросить, в чём принципиальная разница между растениями и животными, ответить строго не так просто: есть растения-паразиты без хлорофилла, растения, которые ловят насекомых и быстро двигаются, есть животные, которые живут прикреплёнными, а некоторые даже фотосинтезируют с помощью водорослей-симбионтов. В этой статье сравнение проведено систематически — по уровням организации, от клетки до жизненного цикла, — с объяснением, почему различия возникли, и с разбором исключений.

План: общее происхождение и сходство → различия на уровне клетки → питание → рост и строение тела → движение → регуляция функций → газообмен и выделение → размножение и жизненный цикл → расселение → сводная таблица → исключения → что спрашивают на экзамене → раздел для олимпиад → задания.

• 1. Общее происхождение и сходство
• 2. Клетка
• 3. Питание
• 4. Рост и строение тела
• 5. Движение
• 6. Регуляция функций
• 7. Газообмен и выделение
• 8. Размножение и жизненный цикл
• 9. Расселение
• 10. Сводная таблица
• 11. Исключения
• 12. Экзамен и типичные ошибки
• 13. Для олимпиад
• Задания с разбором

1. Общее происхождение и сходство

Растения и животные — эукариоты, и у них много общего, унаследованного от общего одноклеточного предка, жившего более полутора миллиардов лет назад:

• клеточное строение; клетки с ядром, митохондриями, эндоплазматической сетью, аппаратом Гольджи, рибосомами 80S, цитоскелетом;
• единый генетический код, одинаковые механизмы репликации ДНК, транскрипции и трансляции;
• сходный обмен веществ: гликолиз, цикл Кребса, кислородное дыхание в митохондриях, АТФ как универсальный переносчик энергии;
• деление клеток митозом, образование половых клеток с участием мейоза, половой процесс;
• раздражимость, рост, развитие, старение.

Различия возникли потому, что эволюционные линии растений и животных разошлись очень давно и приспособились к разным способам жизни. Ключевое событие для растений — приобретение хлоропласта путём эндосимбиоза (см. статью «Эндосимбиоз и симбиогенез»). Растения стали автотрофами, которые получают энергию света и вещества из воздуха и почвы, а животные остались гетеротрофами, которые должны искать и добывать пищу. Почти все остальные различия — следствия этого.

Любопытно, что грибы по происхождению ближе к животным, чем к растениям: вместе с животными они входят в группу заднежгутиковых (опистоконтов).

2. Клетка

Подробнее — в статьях «Клеточная стенка растений» и «Центриоли у растений».

3. Питание

Самое главное различие: растения — автотрофы (фототрофы). В хлоропластах из углекислого газа и воды за счёт энергии света синтезируются органические вещества. Растения — продуценты: на органических веществах, которые они создают, держится почти вся жизнь на Земле. Животные — гетеротрофы: получают готовые органические вещества с пищей.

Из способа питания вытекает многое. Свет, углекислый газ, вода и минеральные вещества рассеяны в окружающей среде, поэтому растению выгодно иметь большую поверхность (листья, разветвлённые корни) и не нужно передвигаться. Пища животного сосредоточена в отдельных местах — растениях или других животных, — поэтому животному нужно двигаться, искать пищу, иметь пищеварительную систему и компактное тело.

Не все клетки растения автотрофны: клетки корня, сердцевины, запасающих органов получают органические вещества из листьев по флоэме.

4. Рост и строение тела

• Неограниченный рост. Растения растут всю жизнь благодаря меристемам (см. статью «Образовательные ткани — меристемы»). Большинство животных растёт до определённого возраста и размера (ограниченный рост), а затем лишь обновляет ткани.
• Открытое, модульное строение. Тело растения состоит из повторяющихся единиц — метамеров побега (узел с листом и почкой и междоузлие). Число органов у растения не постоянно: дерево каждый год образует новые листья, побеги, корни. У животных число и расположение органов строго определены (два глаза, одно сердце).
• Регенерация и вегетативное размножение. Из части растения — черенка, листа, кусочка корневища — может вырасти целое растение. У животных такая способность есть лишь у немногих (гидра, планария, губки).
• Ткани. У растений — образовательные, покровные, основные, механические, проводящие, выделительные; у животных — эпителиальные, соединительные, мышечные, нервная. Мышечной и нервной тканей у растений нет.

5. Движение

Большинство растений неподвижно прикреплено к субстрату: корни удерживают растение и поглощают воду с минеральными веществами из почвы. Двигаться растения могут только органами, и эти движения устроены иначе, чем у животных:

• тропизмы — изгибы органов в ответ на направленный раздражитель (свет, сила тяжести, вода), вызванные неравномерным ростом клеток с разных сторон органа;
• настии — движения в ответ на раздражитель, не имеющий направления (смена дня и ночи, температуры): раскрывание и закрывание цветков;
• нутации — круговые движения верхушек растущих органов, хорошо заметные у вьющихся стеблей;
• быстрые движения за счёт изменения тургора: складывание листьев мимозы стыдливой, захлопывание листа-ловушки венериной мухоловки.

У растений нет мышц: их движения обеспечиваются ростом клеток или изменением тургора. Животные двигаются с помощью мышц (у одноклеточных — ресничек, жгутиков, ложноножек), быстро и в любом направлении. Подробнее — в статье «Тихий танец растений: тропизмы».

6. Регуляция функций

У животных функции регулируют нервная система (быстрые сигналы по нервам) и эндокринная система (гормоны, переносимые кровью). У растений нервной системы нет. Регуляцию осуществляют фитогормоны — ауксины, цитокинины, гиббереллины, абсцизовая кислота, этилен и другие, — которые переносятся по проводящим тканям и из клетки в клетку. Ответы растений обычно медленные (часы и сутки), но у растений есть и электрические сигналы: у мимозы и мухоловки потенциалы действия распространяются по клеткам со скоростью до нескольких сантиметров в секунду.

7. Газообмен и выделение

• Газообмен. У растений нет специальных органов дыхания: газы поступают через устьица, чечевички и поверхность и распространяются по межклетникам путём диффузии. Растения и дышат (круглосуточно), и фотосинтезируют (на свету); на свету фотосинтез обычно преобладает, и растение выделяет кислород. У животных — органы дыхания (жабры, лёгкие, трахеи) и у многих кровеносная система, доставляющая газы.
• Выделение. У растений нет выделительной системы: продуктов азотистого обмена мало (растения бережно используют азот), а ненужные вещества накапливаются в вакуолях и клеточных стенках и удаляются со сброшенными листьями и корой. Животные выделяют много азотистых продуктов (аммиак, мочевину, мочевую кислоту) через специальные органы выделения.

8. Размножение и жизненный цикл

Это различие, которое часто упускают. У животных мейоз происходит при образовании гамет (гаметическая редукция): взрослый организм диплоиден, гаметы гаплоидны и сразу сливаются. У растений в жизненном цикле чередуются два поколения:

• спорофит (диплоидный) образует споры путём мейоза (споровая редукция);
• из споры развивается гаметофит (гаплоидный), который образует гаметы путём митоза.

Поэтому у растений гаметы образуются митозом, а у животных — мейозом. У мхов господствует гаметофит, у папоротников, голосеменных и цветковых — спорофит, а гаметофит редуцирован (у цветковых — пыльцевое зерно и зародышевый мешок). Подробнее — в статье «Жизненные циклы растений: набор хромосом для задания 27 ЕГЭ».

Кроме того, растения широко размножаются вегетативно и спорами; у животных бесполое размножение встречается в основном у низших групп.

9. Расселение

Неподвижное растение расселяется с помощью особых зачатков — диаспор: спор, семян, плодов, а также вегетативных частей (выводковых почек, клубней). Их переносят ветер, вода, животные, или растение разбрасывает их само (недотрога, бешеный огурец). Животные расселяются сами, передвигаясь, обычно в молодом возрасте; прикреплённые морские животные (кораллы, мидии, асцидии) расселяются плавающими личинками.

10. Сводная таблица

11. Исключения

• Растения-паразиты (повилика, заразиха, раффлезия) и микогетеротрофы (подъельник, гнездовка) утратили хлорофилл и получают органические вещества от других растений или грибов. Но по строению, жизненному циклу и происхождению это растения.
• Насекомоядные растения (росянка, венерина мухоловка, непентес) ловят насекомых, но остаются автотрофами: из добычи они получают в основном азот и фосфор, которых мало в болотной почве.
• Подвижные растения: одноклеточные водоросли (хламидомонада) плавают с помощью жгутиков; сперматозоиды мхов и папоротников подвижны.
• Прикреплённые животные: губки, коралловые полипы, мшанки, усоногие раки — всю взрослую жизнь неподвижны.
• Фотосинтезирующие животные: кораллы и тридакны с водорослями-симбионтами, морские слизни с украденными хлоропластами. Но фотосинтезируют не клетки животного, а симбионты или чужие органоиды. См. статьи «Фотосимбиоз» и «Клептопластия».
• Эвглена зелёная — одноклеточный организм с хлоропластами, способный и к фотосинтезу, и к гетеротрофному питанию (миксотроф). В школьном курсе её рассматривают и среди «простейших», и среди водорослей; по современным данным, она ни растение, ни животное: её хлоропласт получен от зелёной водоросли путём вторичного эндосимбиоза.

12. Экзамен и типичные ошибки

Повторить можно в уроке ЕГЭ «Малярийный плазмодий, простейшие и водоросли», в тренажёре по теме 4.1 и в тренажёре по теме 2.3 (строение клетки).

13. Для олимпиад

Три типа жизненных циклов

По месту мейоза в жизненном цикле различают: гаметическую редукцию (мейоз при образовании гамет, взрослый организм диплоиден) — у животных, бурой водоросли фукуса; зиготическую (мейоз сразу после образования зиготы, взрослый организм гаплоиден) — у хламидомонады, многих грибов; споровую (мейоз при образовании спор, чередование гаплоидного и диплоидного поколений) — у всех высших растений и многих водорослей.

Как мухоловка «считает» прикосновения

На листе-ловушке венериной мухоловки есть чувствительные волоски. Одно прикосновение вызывает потенциал действия, но ловушка не закрывается; если в течение примерно 30 секунд последует второе прикосновение, ловушка захлопывается за доли секунды. Так растение отличает живую добычу от упавшей капли или соринки. После захлопывания каждое новое прикосновение добычи усиливает выработку пищеварительных ферментов. Захлопывание обеспечивается быстрым изменением тургора и упругой деформацией изогнутого листа.

Задания с разбором

Сначала ответьте сами, затем откройте разбор.

Задание 1

Выберите три признака, характерных только для растений (среди перечисленных групп — растений и животных): 1) клеточная стенка из целлюлозы; 2) митохондрии; 3) неограниченный рост; 4) запасной углевод — гликоген; 5) чередование спорофита и гаметофита; 6) рибосомы 80S.

Задание 2

Почему большинство растений неподвижно, а животные подвижны? Свяжите ответ со способом питания.

Задание 3

Чем принципиально отличается образование гамет у растений и у животных?

Задание 4

Росянка ловит и переваривает насекомых. Можно ли считать её гетеротрофом? Ответ обоснуйте.

Задание 5

Почему растения обходятся без органов выделения?

Задание 6

Установите соответствие между признаком и организмом: А — растения, Б — животные. 1) движение за счёт мышц; 2) регуляция фитогормонами; 3) цитокинез с образованием клеточной пластинки; 4) центриоли в клетках; 5) модульное строение тела; 6) гаметическая редукция.

Задание 7

Кораллы содержат в клетках водоросли и получают от них органические вещества. Почему их всё равно относят к животным?

Задание 8

Почему из черенка растения может вырасти целое растение, а из отрезанной лапы кошки — нет?

Задание 9 (олимпиадное)

Распределите организмы по типу жизненного цикла (гаметическая, зиготическая или споровая редукция): человек, хламидомонада, папоротник щитовник, фукус, мукор, кукушкин лён.

Задание 10 (олимпиадное)

Лист-ловушка венериной мухоловки закрывается только после второго прикосновения к чувствительным волоскам в течение примерно 30 секунд. Какое приспособительное значение имеет такой механизм? Какие клеточные процессы обеспечивают быстрое захлопывание?

Литература

• Лотова Л. И. Ботаника. Морфология и анатомия высших растений. — М.: КомКнига, 2007.
• Медведев С. С. Физиология растений. — СПб.: БХВ-Петербург, 2012.
• Hedrich R., Neher E. Venus flytrap: how an excitable, carnivorous plant works // Trends in Plant Science. 2018. Vol. 23. P. 220–234.