Evoluția semințelor a permis plantelor să se reproducă independent de apă; polenul le permite să-și disperseze gametii la distanțe mari.

obiective de invatare

Recunoașteți semnificația evoluției plantelor semințe

Chei de luat masa

Puncte cheie

  • Plantele sunt folosite pentru hrană, textile, medicamente, materiale de construcție și multe alte produse importante pentru oameni.
  • Evoluția semințelor a permis plantelor să-și reducă dependența de apă pentru reproducere.
  • Semințele conțin un embrion care poate rămâne latent până când condițiile sunt favorabile atunci când devine un sporofit diploid.
  • Semințele sunt transportate de vânt, apă sau de animale pentru a încuraja reproducerea și a reduce concurența cu planta mamă.

Termeni cheie

  • sămânță: un ovul fertilizat, care conține o plantă embrionară
  • sporofit: o plantă (sau faza diploidă din ciclul său de viață) care produce spori prin meioză pentru a produce gametofiți
  • polen: microspori produși în anterele plantelor cu flori

Evoluția plantelor de semințe

Palmele luxuriante de pe țărmurile tropicale nu depind de apă pentru dispersarea polenului, fertilizarea sau supraviețuirea zigotului, spre deosebire de mușchi, hepatică și ferigi ale terenului. Plantele de semințe, cum ar fi palmele, s-au eliberat de nevoia de a se baza pe apă pentru nevoile lor de reproducere. Acestea joacă un rol integral în toate aspectele vieții de pe planetă, modelând terenul fizic, influențând clima și menținând viața așa cum o cunoaștem. De milenii, societățile umane au depins de plantele de semințe pentru nutriție și compuși medicinali; și mai recent, pentru subproduse industriale, cum ar fi cherestea și hârtie, coloranți și textile. Palmele oferă materiale, inclusiv ratanele, uleiurile și curmalele. Grâul este cultivat pentru a hrăni atât populațiile umane, cât și animalele. Fructul florii de bumbac este recoltat ca un bol, cu fibrele sale transformate în îmbrăcăminte sau pulpă pentru hârtie. Macul de opiu spectaculos este apreciat atât ca floare ornamentală, cât și ca sursă de compuși puternici de opiacee.

plantelor

Plantele de semințe domină peisajul: Plantele de semințe domină peisajul și joacă un rol integral în societățile umane. (a) Palmierii cresc de-a lungul țărmului; (b) grâul este o cultură cultivată în cea mai mare parte a lumii; (c) floarea plantei de bumbac produce fibre care sunt țesute în țesături; (d) alcaloizii puternici ai frumosului mac de opiu au influențat viața umană atât ca remediu medicinal, cât și ca drog periculos de captivant.

Semințele și polenul ca adaptare evolutivă la uscat

Spre deosebire de sporii briofiți și ferigi (care sunt celule haploide dependente de umiditate pentru dezvoltarea rapidă a gametofiților), semințele conțin un embrion diploid care va germina într-un sporofit. Țesutul de stocare pentru a susține creșterea și un strat protector oferă semințelor avantajul lor evolutiv superior. Mai multe straturi de țesut întărit previn deshidratarea, eliberând reproducerea de necesitatea unui aport constant de apă. Mai mult, semințele rămân într-o stare de repaus indusă de desicare și hormonul acid abscisic până când condițiile de creștere devin favorabile. Indiferent dacă sunt suflate de vânt, plutind pe apă sau duse de animale, semințele sunt împrăștiate într-o zonă geografică în expansiune, evitând astfel concurența cu planta mamă.

Boabele de polen sunt mici gametofite transportate de vânt, apă sau un polenizator. Întreaga structură este protejată de deshidratare și poate ajunge la organele feminine fără dependență de apă. Gametii masculini ajung la gametofitul feminin, iar gametul celulelor ovule se face printr-un tub de polen: o extensie a unei celule din bobul de polen. Spermatozoizii gimnospermelor moderne nu au flageli, dar la cicade și Gingko, spermatozoizii mai posedă flageli care le permit să înoate în josul tubului polenic până la gametul feminin; cu toate acestea, acestea sunt închise într-un bob de polen.

Boabe de polen fosilizate: Acest polen fosilizat provine dintr-un nucleu de fen Buckbean găsit în Parcul Național Yellowstone, Wyoming. Polenul este mărit de 1.054 de ori.

Evoluția gimnospermelor

Ferigile de semințe au dat naștere gimnospermelor în perioada Devoniană, permițându-le să se adapteze la condiții uscate.

obiective de invatare

Explicați cum și de ce gimnospermele au devenit grupul dominant de plante în perioada Permian

Chei de luat masa

Puncte cheie

  • Ferigile de sămânță au fost primele plante de sămânță, protejându-și părțile de reproducere în structuri numite cupule.
  • Ferigile de semințe au dat naștere gimnospermelor în timpul erei paleozoice, în urmă cu aproximativ 390 de milioane de ani.
  • Gimnospermele includ gingkoe și conifere și locuiesc în multe ecosisteme, cum ar fi taiga și pădurile alpine, deoarece sunt bine adaptate pentru vreme rece.
  • Adevăratele plante de sămânță au devenit mai numeroase și mai diverse în timpul perioadei carbonifere cu aproximativ 319 milioane de ani în urmă; o explozie care pare a se datora unui întreg eveniment de duplicare a genomului.

Termeni cheie

  • dom: orice structură mică în formă de ceașcă
  • gimnospermă: orice plantă, cum ar fi o coniferă, ale cărei semințe nu sunt închise într-un ovar
  • mutualism: orice interacțiune între două specii care beneficiază de ambele

Evoluția gimnospermelor

Ferigi de semințe: Această frunză fosilizată provine de la Glossopteris, o ferigă de sămânță care a înflorit în timpul perioadei permiene (acum 290-240 de milioane de ani).

Planta fosilă Elkinsia polymorpha, o „ferigă de sămânță” din perioada Devoniană (acum aproximativ 400 de milioane de ani) este considerată cea mai veche plantă de semințe cunoscută până în prezent. Ferigile de semințe și-au produs semințele de-a lungul ramurilor fără structuri specializate. Ceea ce le face primele plante veritabile de semințe este că au dezvoltat structuri numite cupule pentru a închide și a proteja ovulul (gametofitul feminin și țesuturile asociate) care se dezvoltă într-o sămânță la fertilizare. Plantele de semințe care seamănă cu ferigile moderne au devenit mai numeroase și mai diverse în mlaștinile de cărbune din perioada Carboniferului. Acest lucru pare să fi fost rezultatul unui întreg eveniment de duplicare a genomului în urmă cu aproximativ 319 de milioane de ani.

Gimnospermele taiga: Această pădure boreală (taiga) are plante joase și copaci de conifere, deoarece aceste plante se potrivesc mai bine condițiilor mai reci și mai uscate.

Înregistrările fosile indică primele gimnosperme (prognospermele) care au apărut cel mai probabil în epoca paleozoică, în perioada Devonianului mediu cu aproximativ 390 milioane de ani în urmă. După perioadele umede din Mississippian și Pennsylvanian, care au fost dominate de ferigi uriași, perioada Permian a fost uscată. Acest lucru a dat o margine de reproducere plantelor de sămânță, care sunt mai bine adaptate pentru a supraviețui vrăjilor uscate. Ginkgoales, un grup de gimnosperme cu o singură specie supraviețuitoare, Gingko biloba, au fost primele gimnosperme care au apărut în timpul Jurasicului inferior. Gimnospermele s-au extins în epoca mezozoică (acum aproximativ 240 de milioane de ani), înlocuind ferigile din peisaj și atingând cea mai mare diversitate a acestora în acest timp. S-a sugerat că, în mijlocul erei mezozoice, polenizarea unor grupuri dispărute de gimnosperme a fost efectuată de speciile dispărute de scorpioni care aveau un proboscis special pentru hrănirea cu picături de polenizare. Scorpionflies s-au angajat probabil în mutualisme de polenizare cu gimnospermele, cu mult înainte de coevolutia similară și independentă a insectelor care hrănesc nectarul pe angiosperme.

Perioada jurasică a fost la fel de mare vârsta cicadelor (gimnospermele asemănătoare palmierilor), precum era dinozaurilor. Gingkoale și coniferele mai familiare au punctat, de asemenea, peisajul. Deși angiospermele (plantele cu flori) sunt forma majoră de viață a plantelor în majoritatea biomilor, gimnospermele domină încă unele ecosisteme, cum ar fi taiga (pădurile boreale) și pădurile alpine la înălțimi montane mai mari datorită adaptării lor la condițiile de creștere rece și uscată.

Evoluția angiospermelor

Angiospermele, care au evoluat în perioada Cretacicului, sunt un grup divers de plante care își protejează semințele într-un ovar numit fruct.

obiective de invatare

Discutați despre evoluția și adaptările angiospermelor

Chei de luat masa

Puncte cheie

  • Angiospermele au evoluat în perioada Cretacic târziu, cu aproximativ 125-100 milioane de ani în urmă.
  • Angiospermele au dezvoltat flori și fructe ca modalități de a atrage polenizatorii și, respectiv, de a le proteja semințele.
  • Florile au o gamă largă de culori, forme și mirosuri, toate acestea având scopul de a atrage polenizatori.
  • Odată ce oul este fertilizat, acesta crește într-o sămânță care este protejată de un fruct cărnos.
  • Pe măsură ce angiospermele au evoluat în perioada Cretacicului, au apărut și multe grupuri moderne de insecte, inclusiv insecte polenizatoare care au condus evoluția angiospermelor; în multe cazuri, florile și polenizatorii lor au evoluat împreună.
  • Angiospermele nu au evoluat din gimnosperme, ci au evoluat în paralel cu gimnospermele; cu toate acestea, nu este clar ce tip de plantă a dat naștere angiospermelor.

Termeni cheie

  • cladă: un grup de animale sau alte organisme derivate dintr-o specie strămoșească comună
  • angiospermă: o plantă ale cărei ovule sunt închise într-un ovar
  • angiospermă bazală: primele plante cu flori care diferă de angiospermele ancestrale, incluzând o singură specie de arbust din Noua Caledonie, nuferi și alte plante acvatice și plante aromatice lemnoase

Evoluția angiospermelor

Înregistrările fosile de necontestat plasează apariția masivă și diversificarea angiospermelor în epoca mijlocie până la sfârșitul mesozoicului. Angiospermele („sămânța într-un vas”) produc o floare care conține structuri reproductive masculine și/sau feminine. Dovezile fosile indică faptul că plantele cu flori au apărut pentru prima dată în Cretacicul inferior, acum aproximativ 125 de milioane de ani, și s-au diversificat rapid cu Cretacicul mediu, acum aproximativ 100 de milioane de ani. Urmele angiospermelor anterioare sunt rare. Polenul fosilizat recuperat din materialul geologic jurasic a fost atribuit angiospermelor. Câteva roci timpurii din Cretacic prezintă amprente clare ale frunzelor asemănătoare frunzelor angiosperme. Până la mijlocul Cretacicului, un număr uluitor de diverse plante cu flori înghesuie înregistrările fosile. Aceeași perioadă geologică este, de asemenea, marcată de apariția multor grupuri moderne de insecte, inclusiv insecte polenizatoare care au jucat un rol cheie în ecologie și evoluția plantelor cu flori.

Dovezi fosile ale angiospermelor: Această amprentă a frunzelor arată un Ficus speciosissima, un angiosperm care a înflorit în perioada Cretacicului. În același timp a apărut și un număr mare de insecte polenizatoare.

Deși au fost oferite mai multe ipoteze pentru a explica această profuzie bruscă și varietatea plantelor cu flori, niciuna nu a obținut consensul paleobotanicienilor (oameni de știință care studiază plantele antice). Cu toate acestea, noile date în genomică comparativă și paleobotanică au arătat o oarecare lumină asupra evoluției angiospermelor. Mai degrabă decât derivate din gimnosperme, angiospermele formează o cladă soră (o specie și descendenții săi) care s-a dezvoltat în paralel cu gimnospermele. Cele două structuri inovatoare de flori și fructe reprezintă o strategie reproductivă îmbunătățită, care a servit la protejarea embrionului, crescând în același timp variabilitatea genetică și gama. Paleobotanicii discută dacă angiospermele au evoluat din tufișuri lemnoase mici sau dacă au fost angiosperme bazale legate de ierburile tropicale. Ambele puncte de vedere atrag sprijinul din studiile cladistice. Așa-numita ipoteză lemnoasă lemnoasă (care propune că strămoșii timpurii ai angiospermelor au fost arbuști) oferă, de asemenea, dovezi biologice moleculare.

Cea mai primitivă angiospermă vie este considerată a fi Amborella trichopoda, o plantă mică originară din pădurea tropicală din Noua Caledonie, o insulă din Pacificul de Sud. Analiza genomului lui A. trichopoda a arătat că este legată de toate plantele cu flori existente și aparține celei mai vechi ramuri confirmate a arborelui genealogic al angiospermelor. Câteva alte grupuri de angiosperme, cunoscute sub numele de angiosperme bazale, sunt privite ca primitive deoarece s-au ramificat devreme din arborele filogenetic. Majoritatea angiospermelor moderne sunt clasificate fie ca monocotioane, fie ca eudicoturi, pe baza structurii frunzelor și embrionilor lor. Angiospermele bazale, precum nuferii, sunt considerate mai primitive, deoarece împărtășesc trăsături morfologice atât cu monocotioane, cât și cu eudicots.

Flori și fructe ca adaptare evolutivă

Angiospermele își produc gametii în organe separate, care sunt de obicei adăpostite într-o floare. Atât fertilizarea, cât și dezvoltarea embrionilor au loc în interiorul unei structuri anatomice care asigură un sistem stabil de reproducere sexuală protejat în mare parte de fluctuațiile mediului. Plantele cu flori sunt cel mai divers filum de pe Pământ după insecte; florile vin într-o gamă uimitoare de dimensiuni, forme, culori, mirosuri și aranjamente. Majoritatea florilor au un polenizator mutualist, cu trăsăturile distinctive ale florilor care reflectă natura agentului de polenizare. Relația dintre polenizator și caracteristicile florilor este unul dintre marile exemple de coevolutie.

Coevolutia florilor si a polenizatorilor: Multe flori au evoluat împreună cu polenizatori anumiți, astfel încât floarea este structurată în mod unic pentru părțile bucale ale polenizatorului. Adesea are caracteristici considerate atractive pentru polenizatorul său particular.

După fertilizarea oului, ovulul crește într-o sămânță. Țesuturile înconjurătoare ale ovarului se îngroașă, devenind un fruct care va proteja sămânța și va asigura deseori dispersarea acesteia pe o gamă geografică largă. Nu toate fructele se dezvoltă dintr-un ovar; astfel de structuri sunt „fructe false”. La fel ca florile, fructele pot varia foarte mult în aspect, dimensiune, miros și gust. Roșiile, cojile de nucă și avocado sunt toate exemple de fructe. Ca și în cazul polenului și semințelor, fructele acționează și ca agenți de dispersie. Unele pot fi luate de vânt. Mulți atrag animale care vor mânca fructele și vor trece semințele prin sistemul lor digestiv, apoi vor depune semințele într-o altă locație. Cockleburs sunt acoperite cu spini rigizi, agățați, care se pot prinde în blană (sau îmbrăcăminte) și pot face o plimbare pe un animal pe distanțe lungi. Burbușii care s-au lipit de pantalonii de catifea ai unui întreprinzător excursionist elvețian, George de Mestral, i-au inspirat invenția de fixare cu buclă și cârlig pe care a numit-o Velcro.