Папоротники представляют собою группу растений с высоким типом развития. Это архегониаты, у которых спорофит диплоид достиг высокой степени дифференцировки, с разделением на корни, стебли и листья, с вполне выраженными проводящими пучками и проч. Наоборот, их гаметофит гаплоид значительно примитивнее гаметофита мхов; прогресс бесполого поколения как бы причинно связан с регрессом полового.
Папоротники — типичные растения суши, хотя пышного развития они достигают только во влажных климатах. Их корневая система все еще не достаточно совершенна, чтобы использовать грунтовые воды; непосредственное использование дождя и росы все еще играет в их жизни весьма важную роль. Как и мхи, они дают споры, из которых никогда прямо не вырастает папоротник, вместо этого образуется гаметофитзаросток, несущий архегонии и антеридии. Вот здесь то водная среда временно становится снова необходимой, так как папоротник, как и мох, является зоидиогамом, т. е. в его размножении принимает участие подвижный сперматозоид, настолько напоминающий сперматозоид животных, что ему придается еще наименование «зоидия», т.е. «животнообразного». Элемент, снабженный ресничками, может двигаться только в воде, и понятно, что оплодотворение папоротника возможно только, если заросток его частично, хотя бы нижней стороной, заливался водой. Следовательно, и здесь водные условия жизни, хотя бы частично, соответствуют гаметофиту, а сухопутные — спорофиту. Но в жизни папоротника обилие воды случайно и непродолжительно, следовательно, спорофит становится преобладающим, а гаметофит — второстепенным явлением. Сравнивая папоротник со мхом, можно сказать, что папоротник представляет собою организм, у которого преимущественно развита вторая половина цикла развития спорофитдиплоид, а мох — такой, у которого преобладает первая половина гаметофитгаплоид. Если мы предположим, что предком папоротников и мхов был организм с равномерно развитым циклом, то можно предположить далее, что те из потомков этого предка, которые жили в местах, более обводняемых, выработались в тип мхов, а живущие в условиях большей сухости — в тип папоротников. Впоследствии это изгладилось, и теперь мхи и папоротники совместно одевают почву наших лесов, а мхи, благодаря их малой величине, оказываются нередко даже несравненно выносливее папоротников.
Изучение гаплоида папоротников начнем с самой первой его стадии.
Споры различных папоротников и их прорастание
Собрать споры чрезвычайно легко. Стоит положить на бумагу спороносный лист папоротника и подождать, пока он высохнет. Споры в виде темного порошка выпадут, их следует ссыпать в пробирку или в бумажный мешочек, в каких хранят семена. Сиоры очень долго остаются живыми, известны случаи, когда высевались споры, хранившиеся сухими много более 10 лет, и они всходили. Каждая спора представляет собою клеточку, защищенную двумя оболочками: внутренняя или эндоспорий — тонкая, прозрачная; наружная толстая, окрашенная пропитывающими ее защитными веществами, аналогичными кутипу. Наружная украшена, сверх того, различного рода выростами. У германского папоротника это—гребешки, у мужского — бородавчатые выросты, у иглистого Dryopteris spinulosa и у ломкого Cystopteris fraulis — короткие иголочки, у орляка — зернистая поверхность споры.
При рассматривании споры следует опустить в каплю воды с глицерином и подогреть на спиртовой лампочке, дабы выгнать воздух. При групповых занятиях можно смешать споры нескольких папоротников и, нарисовав их на доске, просить занимающихся разыскать соответствующие споры в препарате. Кроме внешней формы следует познакомиться и с содержимым споры.
При надавливании на покровное стекло многие достаточно набухшие споры лопнут, и в открытую щель экзоспория выглянет, вопервых, часть эндоспория, а при дальнейшем давлении и внутреннее содержимое споры с хлорофилльными зернами и каплями жирного масла. Протоплазма и ядро при этом способе наблюдения редко заметны.
Если за неделю до занятий высеять споры на мокрую фильтровальную бумагу в коховскую чашку и держать достаточно влажно и тепло, то споры прорастут. Их наружная оболочка лопнет, а внутренняя, под давлением содержимого, выпятится и даст проростковую трубочку. Затем оболочка спадает и открывает нам уже три живых клетки: верхнюю с многочисленными хлорофилльными зернами, базальную с крупным клеточным ядром и отходящую от нее косо вниз клетку первого ризоида, лишенного хлорофилла, с слегка окрашенной клеточной оболочкой. Верхняя клетка делится поперечными перегородками на 3—5 клеток и образует подобие нитчатой водоросли, которое удобно назвать предростком по аналогии с предростком мхов. Следующий этап — появление продольных перегородок — превращает нить в пластинку, которая затем разрастается и дает следующую стадию.