植物

I

プロローグ

植物界を構成する生物の一群(→ 分類の「5界分類」)。動物が他の生物を食べてエネルギー源とする「従属栄養」によって生きるのに対し、植物は光合成によって無機物から栄養をとる「独立栄養」をいとなむ。

植物の形態には、草本植物(草)および木本植物(木)、蔓植物、シダ植物、コケ植物など地球をおおい、また水中に分布するさまざまなものがある。大きさと複雑さは多様で、小型で維管束のない苔類のように、直接地表水に接触してそれに依存するものから、最大の生物である巨大なセコイアのように、その維管束系で水やミネラル(無機質)を80m以上の高さまですいあげるものまである。

人類によって食料や住居、繊維、薬として直接利用される植物は、種の数の割合でいうとごくわずかである。その筆頭にあげられるのはイネ、コムギ、トウモロコシ、マメ類(→ マメ科)、ワタ、針葉樹、タバコで、経済や国家はこれらに依存している。人類にとってさらに重要なのは、植物界全体と30億年以上つづいている光合成による間接的な恩恵である。化石燃料として蓄積された植物は、産業社会にエネルギーを提供し、また長い歴史を通じて、動物の進化を可能にする酸素を大気へ供給してきた。現在、世界のバイオマス(生物量)は圧倒的に植物によって構成されている。植物は食物連鎖全体をささえるだけでなく、気候をやわらげ、土壌をつくって維持し、植物がなければ石や砂の塊にすぎないものを生物が生息できるようにしている。

II

植物界の特徴

植物は多細胞の緑色の生物で、真核細胞(→ 細胞)からなり、細胞は主としてセルロースでできた比較的かたい細胞壁にかこまれている。植物のもっとも重要な性質は光合成の能力、すなわち光エネルギーを化学エネルギーへ変換することによってみずから栄養をつくる能力があることである。光合成は、緑色の葉緑素をふくむ葉緑体とよばれる色素体(細胞小器官)でおこなわれる。なかには、葉緑素がなく、死んだ生物や生きている生物から栄養を吸収して、栄養的には腐生性または寄生性の植物もあるが、これらも植物体から進化したものであることがその精妙な構造からわかる。

菌類も真核生物で、長い間植物界に属するとされてきたが、葉緑素と色素体がなく細胞壁がセルロースでなくキチンをふくんでいることから、現在では別の界に分類されている。菌類は自分自身で栄養を生産せず、ほかの生物体から吸収する。

藻類の仲間も、多くが真核生物であることと、ほとんどがかたい細胞壁をもち光合成をおこなうことから、以前は植物界に分類されていた。しかし色素、細胞壁、形態にさまざまなタイプがあることから、現在では、植物に似たものと、そうでないものの2つの別の界に属すると考えられている。藻類の1門である緑藻類(緑色植物)は、葉緑素、細胞壁、細胞の構造の細部が植物に似ていることから、植物界は緑藻類から生じたと考えられている。

動物界も多細胞の真核生物だが、ほかの生物体を食べることで栄養をとるという点で植物とまったくことなる。菌類のように栄養を吸収するのではなく口で摂取し、かたい細胞壁がなく、少なくともある生育段階で感覚の機能をもつことによって運動するのがふつうである。

III

植物の大分類

植物界の多くの生物種はいくつもの門にわけられ、総計約26万種ある。コケ植物は水や栄養の体内通道のための維管束のない植物3門にまたがる多様な約1万6000種からなり、蘚類、苔類、ツノゴケ類がふくまれる。コケ植物は、維管束系をもたないので非維管束植物とよばれる。よくみかける葉のような植物体は、この生物の生活環における有性世代、つまり配偶子をつくる世代である。維管束がなく、配偶子が移動するため水のうすい層を必要とするので、コケ植物は一般に小さく、湿潤な所に生育する。しかし好適な環境下では大きくなるものもあるし、ごく小さいが砂漠の生活に適応したものもある。

他の門は維管束植物類と総称される。維管束組織は、水、ミネラル、栄養の移動のための内部通道組織である。維管束組織には、水やミネラルを土中から茎や葉へおくる木部と、葉で生産された栄養を茎、根、貯蔵器官や生殖器官へはこぶ師部の2種類がある。維管束植物類は維管束が存在することのほか、茎葉のある植物体が維管束植物の生活環の中では無性世代、つまり胞子をつくる世代である点で、コケ植物とは対照的である。

維管束植物類は進化するにつれ、無性世代が大きく複雑になり、配偶子をつくる世代は退化して胞子体の組織に内包されるものになった。より大きく多様な胞子体に進化できたことと、維管束系で水をすいあげられることで、維管束植物類は地表水に直接依存する必要がなくなった。こうして、高緯度北極地域をのぞく陸上の生育域すべてで優勢になり、さまざまな動物に食物やすみかを提供することになった。

IV

細胞の構造と機能

植物の種の数が膨大であることは、個々の植物をつくっている細胞に多くのことなる型があることの反映でもある。しかし、型のことなるこれらの細胞の間にも基本的な類似性があり、この類似性がことなる植物種の共通の起源と相互関係をしめしている。個々の植物細胞は少なくともある程度独立しており、細胞膜すなわち原形質膜と細胞壁によって隣接する細胞から区分されている。この膜と壁によって個々の細胞としての機能をはたせるようになり、同時に、原形質連絡とよばれる細胞質の連絡路をとおして、周囲の細胞との連絡が可能になる。