Name: plant adaptations for land life
Uploaded: 2019-01-29T11:04:46.000Z
Duration: 6 min 40 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Louisiana Student Standards for Science

High School

Life Sciences

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Ecosystems: Interactions, Energy And Dynamics

HS-LS2-7

Plant Diversity

Bevor Pflanzen das Land vom Meer aus besiedelten, waren die Kontinente unfruchtbar. Heute leben Millionen von Arten von Mikroben, Pflanzen und Tieren an Land, und es war die Evolution der Landpflanzen, die all dies möglich machte. Um diese erstaunliche Transformation zu verstehen, müssen wir verstehen, was genau Pflanzen sind und wie sie sich entwickelt haben, um den Herausforderungen des Lebens an Land gerecht zu werden. 
Es gibt bestimmte Eigenschaften, die alle Pflanzen gemeinsam haben, von den höchsten Bäumen bis zum kleinsten Moos. Erstens sind alle Pflanzen mehrzellige Eukaryoten. Zweitens produzieren Pflanzen das photosynthetische Pigment Chlorophyll in Organellen, den Chloroplasten, und können so ihre eigene Nahrung mit der Energie der Sonne produzieren. Drittens haben alle Pflanzen Zellen, die von Wänden aus Zellulose umgeben sind. Schließlich haben alle Pflanzen einen Lebenszyklus, der durch den Wechsel der Generationen gekennzeichnet ist, definiert als der Übergang zwischen haploiden und diploiden mehrzelligen Stadien im Laufe des Lebenszyklus. Generationen bezieht sich dabei auf zwei verschiedene mehrzellige Phasen im Lebenszyklus. Eine Phase ist der haploide Gametophyt. Der Gametophyt produziert durch Mitose Gameten, die während der Befruchtung zu einer diploiden Zelle verschmelzen, die dann eine Mitose durchläuft, um sich zu einem Sporophyten zu entwickeln. Der Sporophyt wiederum produziert haploide Sporen durch Miosis und schließt den Zyklus, indem er neue Gametophyten hervorbringt. 
Obwohl alle Pflanzen diese Eigenschaften gemeinsam haben, gibt es große Unterschiede zwischen den verschiedenen Pflanzenlinien in der Art und Weise, wie einige dieser Eigenschaften zum Ausdruck kommen. Schauen wir uns diese Vielfalt an. Landpflanzen lassen sich in drei Hauptgruppen einteilen: die nichtvaskulären Pflanzen, die kernlosen Gefäßpflanzen und die Samenpflanzen. Jede dieser Gruppen umfasst viele tausend Arten. 
Die Moose gehören zur Abteilung Bryophyta. Diese relativ einfachen Pflanzen haben drei Hauptmerkmale: einen Mangel an Gefäßgewebe, der Gametophyt ist das dominierende freilebende Stadium ihres Lebenszyklus und der Sporophyt ist klein, unverzweigt und auf den Gametophyten angewiesen, um sich zu ernähren. 
Die nächste große Gruppe von Landpflanzen, die sich entwickelte, waren die samenlosen Gefäßpflanzen, die hier durch die Abteilung Monilophyta repräsentiert werden. Zu dieser Gruppe gehören die Farne und Schachtelhalme. Diese Pflanzen haben echtes Gefäßgewebe, produzieren aber keine Samen wie die anderen Gefäßpflanzen. Der Sporophyt ist dominant und verzweigt mit einer wachsartigen Kutikula und Blattporen, den sogenannten Spaltöffnungen, die den Gasaustausch regulieren. Der Gametophyt ist viel kleiner, aber bei den meisten Mitgliedern dieser Gruppe freilebend. Sowohl Farnsporen als auch Spermien benötigen flüssiges Wasser zur Ausbreitung. Das ausgedehnte Wurzelsystem und das Gefäßgewebe sind wichtige Innovationen bei kernlosen Gefäßpflanzen, die strukturelle Unterstützung bieten und eine effiziente Sammlung von Wasser aus dem Boden ermöglichen. 
Die Samenpflanzen waren die nächste große Gruppe, die sich entwickelte. Es gibt zwei Hauptlinien in dieser Gruppe, die Gymnospermen und die Angiospermen. Obwohl sie sich in vielen Details unterscheiden, bestehen alle Gymnospermen- und Angiospermensamen aus einem Embryo und einem Nahrungsvorrat, der von einer schützenden Hülle umgeben ist, die als Samenhülle bezeichnet wird. Der Vorrat an Nahrung versorgt den Sämling mit Ressourcen, bis er in der Lage ist, sich selbst zu ernähren. Zu den Gymnospermen gehören bekannte Bäume wie Kiefern, Fichten und Ginkgos. Der Sporophyt ist das dominante Lebenszyklusstadium bei den Gymnospermen. Die Gametophyten sind sehr klein und wachsen auf männlichen oder weiblichen Zapfen. Der Wind trägt die männlichen Gametophyten, die sogenannten Pollenkörner, zu den weiblichen Gametophyten. Nach der Befruchtung entwickelt sich eine weibliche Struktur, die als Eizelle bezeichnet wird, zu einem Samen. Die Angiospermen oder Blütenpflanzen waren die nächste Gruppe von Samenpflanzen, die sich entwickelten. Diese Gruppe ist die am weitesten verbreitete und artenreiche Pflanzengruppe, zu der auch viele bekannte Pflanzen und Bäume wie Lilien, Eichen und Äpfel gehören. Wie die Gymnospermen sind auch die Angiospermen-Sporophyten groß und freilebend, und die Gametophyten sind sehr klein und in männliche und weibliche Formen unterteilt. Aber im Gegensatz zu den Gymnospermen können verschiedene Tiere neben dem Wind auch Blüten bestäuben, indem sie Pollen sammeln, wenn sie Blüten besuchen, und sie verteilen, wenn sie andere besuchen. Nach der Bestäubung und Befruchtung entwickelt sich der Eierstock zu einer Frucht, die die Samen enthält. 
Wir haben nun unsere vereinfachte Tour durch die Pflanzenvielfalt abgeschlossen, die einige wichtige Pflanzenmerkmale vom Gefäßgewebe bis zur Evolution der Früchte beleuchtet hat. Zusammen ermöglichten diese Anpassungen den Pflanzen, die meisten terrestrischen Biome zu dominieren. In diesem Labor untersuchen Sie die Pflanzenvielfalt, indem Sie Exemplare aus den verschiedenen Hauptlinien der Pflanzen untersuchen und ihre Strukturen sowohl im Labor als auch im Feld beobachten.

pflanzenvielfalt

<h4>Vom Wasser auf das Land</h4>
Kingdom Plantae tauchten erstmals vor etwa 410 Millionen Jahren auf, als Grünalgen vom Wasser auf das Land übergingen. Obwohl dieser Übergang eine Herausforderung darstellte, kam er den frühen Kolonisatoren in mehrfacher Hinsicht zugute. Ursprünglich lebten die meisten lebenden Organismen (einschließlich Pflanzen und Tiere) in den Ozeanen, was die aquatischen Umgebungen überfüllt und sehr wettbewerbsfähig machte. Im Gegensatz dazu war Land eine relativ unbesiedelte Umgebung mit reichlich Ressourcen und wenig bis gar keinen Raubtieren oder Konkurrenten. Die terrestrische Umgebung bot auch mehr Licht und Kohlendioxid, das Pflanzen zum Wachsen und Überleben benötigten. Dementsprechend waren neue terrestrische Nischen reif mit der Möglichkeit für die ersten semi-aquatischen Algen, die in trockene Umgebungen übergingen.
Die starken Unterschiede zwischen Land und Meer stellten jedoch eine gewaltige Herausforderung für die früh besiedelten Arten dar. Diese Herausforderungen führten zu vielen neuen Anpassungen, die zu der großen Vielfalt der heute beobachteten Pflanzenformen geführt haben. Die Anpassung an das Leben an Land erforderte grundlegende Veränderungen der Struktur, der Fortpflanzungsstrategien, der Nahrungs- und Abwehrmechanismen der Pflanzenarten. Zum Beispiel sind Wasserpflanzen im Allgemeinen auf eine flüssige Umgebung angewiesen, um Wasser und Nährstoffe direkt aufzunehmen, Auftrieb für die körperliche Unterstützung und den Transport von Gameten durch Wasser zur Befruchtung. Für Landpflanzen wurden diese Strategien unmöglich. Solche Hindernisse für das Leben an Land spielten eine entscheidende Rolle in der frühen Evolution der Landpflanzen und prägen ihre Evolution auch heute noch.
Eine frühe Anpassung war die Entwicklung einer äußeren wachsartigen Beschichtung, die als Kutikula1 bezeichnet wird. Die Nagelhaut dient dazu, die Pflanzen vor Austrocknung oder extremer Austrocknung zu schützen, indem sie Feuchtigkeit im Inneren einschließt. Diese Anpassung verhinderte jedoch den direkten Austausch von Gasen über die Oberfläche von Pflanzen. Infolgedessen bildeten sich auf der Außenseite von Pflanzen Poren, die die Aufnahme von Kohlendioxid und die Freisetzung von Sauerstoff ermöglichten. Diese Poren, Spaltöffnungen genannt, können je nach Umweltbedingungen geöffnet oder geschlossen werden. Durch die Kontraktion von Schließzellen, die die Spaltöffnungen umgeben, schließen die Pflanzen diese Öffnungen in Trockenperioden, um einen übermäßigen Feuchtigkeitsverlust zu verhindern. Diese Anpassungen trugen dazu bei, Wasser für die an Land lebenden Pflanzen zu speichern. Es waren jedoch zusätzliche Strukturen notwendig, um den Transport von Wasser und Nährstoffen aus dem Boden zu den oberen Teilen der Pflanze zu erleichtern. Dadurch entsteht Gefäßgewebe, das nicht nur dem Transport von Wasser und Nährstoffen in alle Bereiche der Pflanze dient, sondern auch strukturell unterstützen kann, wenn die Stängel höher und stärker werden.
Um die Fortpflanzung an Land zu ermöglichen, wurden die Strukturen und Mechanismen der Pflanzenbefruchtung und -entwicklung mehrfach verändert. Zunächst entwickelten Landpflanzen Gametangien, das sind Fortpflanzungsstrukturen, die Gameten und Embryonen vor der rauen Umgebung außerhalb der Pflanze schützen. Bei Männern wird diese Struktur als Antheridien bezeichnet, während sie bei Frauen als Archegonia bezeichnet wird. Um den Transport von Spermien von den Antheridien zu den Eizellen innerhalb der Archegonie zu erleichtern, entwickelten sich verschiedene Strategien. Dazu gehören Spermien, die von einer Struktur zur nächsten schwimmen, vom Wind getragen oder von Bestäubern wie Bienen und Vögeln transportiert werden. Der spezifische Modus, der verwendet wird, ist für jede Pflanzenklassifikation einzigartig. Nach der Befruchtung werden die Eizellen in der Archegonie zurückgehalten, um den sich entwickelnden Embryo oder Sporophyten zu schützen und zu ernähren.
Eine weitere wichtige Anpassung der Fortpflanzung war die Bildung von Samen. Obwohl nicht alle Landpflanzen ausgesät sind, ist die Verwendung von Saatgut aus vielen Gründen vorteilhaft. Ohne diese Strukturen benötigen Pflanzen eine feuchte Umgebung, um Gameten von einem Ort zum anderen zu transportieren. Bei solchen Pflanzen sind männliche und weibliche Sporen oft ungefähr gleich groß und beide wandern. Ausgesäte Pflanzen enthalten jedoch in der Regel kleine männliche Sporen, die an eine hohe Mobilität angepasst sind, sogenannte Pollenkörner. Pollen wandert zu den weiblichen Gametophyten, um Spermien direkt in der Eizelle abzulagern. Sobald die Befruchtung stattfindet, wird ein Samen gebildet, der den Pflanzenembryo und eine Versorgung mit Nährstoffen enthält. Viele Samen haben auch eine Schutzhülle und sind in der Lage, in trockenen Umgebungen zu überleben und sich über weite Strecken zu verbreiten. Einige können sogar über längere Zeiträume in einem Ruhezustand existieren und auf die entsprechenden Umweltbedingungen "warten", um die Keimung auszulösen. Diese Anpassungen haben Pflanzenarten hervorgebracht, die gut an das Leben in terrestrischen Umgebungen angepasst sind.
<h4>Hauptlinien der Pflanzen</h4>
Obwohl es mittlerweile unzählige Pflanzensorten gibt, können alle in eine von drei Gruppen eingeteilt werden: nicht-vaskuläre, vaskuläre kernlose und vaskuläre Samen. Nicht-vaskuläre Pflanzen sind die urkundlichsten und am wenigsten komplexen, darunter Moose, Lebermoose und Hornmoose. Da diese Pflanzen keine Gefäßstrukturen und Samen haben und nur eine dünne oder gar keine Kutikula besitzen, sind sie auf Wasser angewiesen, um zu überleben und sich zu vermehren. Bestimmte Arten können in Trockenperioden in die Ruhephase gehen, bis zusätzliche Regenfälle das Wachstum oder die Fortpflanzung erleichtern. Das Fehlen von Stützstrukturen bei diesen Pflanzen führt zu Formen, die im Allgemeinen niedrig sind und sich an die Oberfläche zu schmiegen scheinen, auf der sie wachsen. Um sich fortzupflanzen, setzen nicht-vaskuläre Pflanzen nackte Spermien frei, die durch das umgebende Wasser in die Archegonia schwimmen müssen. Obwohl diese Pflanzen nur sehr wenige der Anpassungen besitzen, die andere terrestrische Gruppen haben, sind nicht-vaskuläre Pflanzen darauf spezialisiert, in der feuchten Umgebung zu leben, in der sie vorkommen.
Zu den vaskulären kernlosen Pflanzen gehören Farne und Schachtelhalme. Diese sind in feuchten Lebensräumen zu finden, häufig im Unterholz gemäßigter Regenwälder. Im Gegensatz zu nicht-vaskulären Arten haben diese Pflanzen eine dickere Kutikula, funktionierende Spaltöffnungen und Gefäßgewebe, die es ihnen ermöglichen, größer zu werden und aktiv Wasser und Nährstoffe zu transportieren. Farne haben keine Samen, sondern nutzen Sporen, um Gameten durch Feuchtigkeit von Antheridien nach Archegonia zu transportieren. Infolgedessen stellen diese Arten eine mittlere evolutionäre Abstammungslinie dar, die in trockenen Umgebungen leben kann, aber feuchte Bedingungen benötigt, um sich fortzupflanzen.
Die letzte Gruppe, die vaskulären Samenpflanzen, umfasst alle übrigen Arten. Diese Gruppe ist die vielfältigste und nimmt die größte Bandbreite an Lebensräumenein 2. Alle Arten zeichnen sich jedoch durch mehrere gemeinsame Anpassungen aus, darunter Gefäßgewebe, hochmobile Pollen und Samen. Diese große Gruppe wird in zwei große Untergruppen unterteilt, die Angiospermen und die Gymnospermen. Zu den Angiospermen gehören alle Blüten- und Fruchtpflanzen, deren Pollen vom Wind getragen oder von Bestäubern transportiert werden3-4. Die Entwicklung von Blüten und Früchten ist adaptiv für die Verteilung von Pollen und Samen. Viele Tiere, darunter Bienen und Kolibris, helfen beim Transport von Pollen von einer Blüte zur nächsten. Die Früchte dieser Gruppe sind für die Ernährung vieler Tiere, einschließlich des Menschen, von großer Bedeutung. Nach seiner biologischen Definition umfasst Obst jede Struktur, die Samen trägt und aus dem Eierstock gebildet wird, und umfasst neben Produkten wie Tomaten, Avocados und Gurken auch allgemein bekannte Sorten wie Äpfel und Orangen. Der Verzehr oder Transport von Früchten durch Menschen und andere Tiere kann dazu beitragen, dass sich die Samen über große Entfernungen verbreiten. Im Gegensatz dazu sind Gymnospermen nicht blühende Pflanzen wie Nadelbäume, Cycadeen und Ginkgobäume. Diese Arten produzieren nackte Samen, die nicht durch Früchte und Pollen geschützt sind, die vom Wind getragen werden. Sowohl Angiospermen als auch Gymnospermen machen die überwiegende Mehrheit der heute beobachteten Pflanzen aus.
Zusätzlich zu den Arten, die sich über große Zeiträume auf natürliche Weise entwickelt haben, hat der Mensch an der künstlichen Selektion und Züchtung vieler Pflanzenarten für den menschlichen Gebrauch oder Verzehr teilgenommen. So wurde beispielsweise die wilde Senfpflanze aus der Brassica-Gruppe einer umfangreichen künstlichen Selektion unterzogen, um Grünkohl, Brokkoli, Rosenkohl, Kohl, Rüben, Kohlrabi und Blumenkohl zu produzieren. Der Mensch hat auch die Pflanzenlandschaft verändert, indem er invasive Arten in gebietsfremde Gebiete eingeführt hat. Solche Arten verdrängen oft einheimische Organismen, da sie in der neuen Umgebung oft keine natürlichen Konkurrenten oder Raubtiere haben. Ein Beispiel ist Kudzu, eine Weinerbsenpflanze, die schnell wächst und sich effizient ausbreitet. Kudzu wurde absichtlich aus Südostasien in den Osten der Vereinigten Staaten eingeschleppt, um den Boden zu stabilisieren und Erosion in der Nähe von Straßen und Farmen zu verhindern. Einmal eingeführt, wuchs Kudzu jedoch schnell aus den einheimischen Arten heraus, blockierte das Licht und verbrauchte zu viele Ressourcen. Schätzungen zufolge verursacht Kudzu jedes Jahr Schäden in der Forst- und Landwirtschaftswirtschaft in Höhe von über 500 Millionen Dollar. Die ökologischen Auswirkungen dieser und anderer invasiver Arten bereiten Biologen und Ökonomen gleichermaßen große Sorgen.
<h4>Referenzen</h4>
<ol class="Referenzen">
	<li>Ziv, C., et al. (2018). "Multifunktionale Rollen der pflanzlichen Kutikula bei Interaktionen zwischen Pflanzen und Krankheitserregern." Frontpflanze Sci 9: 1088.</li>
	<li>Gupta, R. und R. Deswal (2014). "Frostschutzproteine ermöglichen es Pflanzen, unter Frostbedingungen zu überleben." J Biosci 39(5): 931-944.</li>
	<li>Jürgens, A., et al. (2012). "Bestäuber-Beute-Konflikt bei fleischfressenden Pflanzen." Biol Rev Camb Philos Soc 87(3): 602-615.</li>
	<li>Thomann, M., et al. (2013). "Blütenpflanzen unter globalem Rückgang der Bestäuber." Trends Plant Sci 18(7): 353-359.</li>
</ol>

Pflanzenvielfalt

Vom Wasser auf das Land
Kingdom Plantae tauchten erstmals vor etwa 410 Millionen Jahren auf, als Grünalgen vom Wasser auf das Land übergingen. Obwohl es eine Herausforderung ist, ...

Education

Lehre

JoVE Lab Manual

Biology

Biologie

Evolution

plant adaptations for land life

Plant adaptations for land life explain how plants moved from water to land and diversified over time. Kingdom Plantae first appeared about 410 million years ago, when green algae began transitioning from aquatic environments to dry land. That shift was difficult, but land offered more light, more carbon dioxide, and far less competition than crowded oceans.

Life on land forced plants to solve new problems. Aquatic plants can absorb water and nutrients directly from the surrounding liquid, use buoyancy for support, and move gametes through water for fertilization. On land, those strategies no longer worked, so early plants evolved new structures and reproductive methods that shaped the plant forms we see today.

One early change was the cuticle, a waxy outer layer that helps prevent desiccation, or extreme drying. But the cuticle also blocked direct gas exchange. Plants responded by developing stomata, which are surface pores that let carbon dioxide in and oxygen out, and by using guard cells to close those pores during dry conditions and limit water loss.

Plants also needed a way to move water and nutrients upward. Vascular tissue evolved for this job. It transports water and nutrients through the plant and also gives stems support so plants can grow taller and stronger.

Reproduction on land required more protection for gametes and embryos. Terrestrial plants developed gametangia, which are reproductive structures that protect gametes and embryos from the outside environment. Male gametangia are called antheridia, and female gametangia are called archegonia. Sperm may swim, be carried by wind, or be moved by pollinators such as bees and birds, depending on the plant group.

Seeds became another major advantage for many land plants. Seeded plants use small male spores called pollen grains, which carry sperm directly to the egg. After fertilization, the seed forms with a plant embryo, nutrients, and often a protective coat. Many seeds can survive dry conditions, spread long distances, or remain dormant until the right conditions trigger germination.

Modern plants are grouped into three main lineages: non-vascular, vascular seedless, and vascular seeded plants. Non-vascular plants, such as mosses, liverworts, and hornworts, are the most ancestral and least complex. They lack vascular tissue and seeds, have a thin cuticle or none at all, stay low to the ground, and depend on water for survival and reproduction. Their bare sperm must swim through water to reach the archegonia, and some can enter dormancy during dry periods until rain returns.

Vascular seedless plants, such as ferns and horsetails, are found in wet habitats, including the understory of temperate rain forests. They have a thicker cuticle, functioning stomata, and vascular tissue, so they can grow taller and move water and nutrients more efficiently. However, they still do not make seeds, and they need moist conditions to move gametes through water during reproduction.

Vascular seeded plants include the most diverse and widespread plant species. They share vascular tissue, mobile pollen, and seeds, and they are divided into angiosperms and gymnosperms. Angiosperms are flowering and fruiting plants, and their flowers and fruits help move pollen and seeds. Bees and hummingbirds often carry pollen between flowers, and fruits such as apples, oranges, tomatoes, avocados, and cucumbers help spread seeds when animals eat or transport them.

Gymnosperms are non-flowering plants such as conifers, cycads, and ginkgo trees. They produce bare seeds that are not protected by fruit, and their pollen is carried by wind. Together, angiosperms and gymnosperms make up most of the plants seen today. Human activity has also changed plant diversity through artificial selection, as seen in the Brassica group, where wild mustard was bred into kale, broccoli, Brussels sprouts, cabbage, turnips, kohlrabi, and cauliflower. Humans have also introduced invasive species, such as kudzu, which was brought from Southeast Asia to the eastern United States but now outcompetes native plants and causes major damage each year.

Plant Adaptations for Land Life

natural selection

Fitness and Selection in Populations

Fitness and natural selection shape how traits spread through a population over time. Variation in inherited phenotypes gives evolution its raw material. When a trait is heritable and affects survival or reproduction, natural selection can change how common that trait becomes in later generations. Fitness means reproductive success compared with others in the same population. A heritable trait that improves fitness is called an adaptation. Individuals with higher lifetime reproductive success...

artificial selection

Selective Breeding in Dogs and Crops

Artificial selection, also called selective breeding, is the human choice of which plants or animals reproduce. It uses natural variation in a population to produce traits people want. Over many generations, this can create domesticated organisms that look very different from their wild ancestors. Natural selection is a different process, but it helps explain how change happens in nature. In adaptive evolution, differences in traits can lead to differences in survival and reproductive success.

hardy-weinberg and genetic drift

Hardy-Weinberg Tests for Population Change

Hardy-Weinberg tests help scientists check whether a population is changing over time. Because evolution happens slowly and over large areas, researchers often use mathematical models to study it. These models use measurable data and computer simulations to predict how allele frequencies may shift across many generations. The Hardy-Weinberg equilibrium equation is one common model. It was developed independently in 1908 by G. H. Hardy and Wilhelm Weinberg. The equation gives the expected...

evolutionary relationships

DNA Evidence in Evolutionary Trees

DNA evidence helps scientists map evolutionary relationships between living things. Early classification began with Aristotle in the 4th century BC and was later improved during the Renaissance and by Carolus Linnaeus in the mid-1700s. These systems grouped species by physical similarity, such as the presence or absence of a backbone in vertebrates and invertebrates. Traits like a backbone are called synapomorphies, which are shared traits that likely came from a common ancestor. Physical...

plant diversity

Plant adaptations for land life explain how plants moved from water to land and diversified over time. Kingdom Plantae first appeared about 410 million years ago, when green algae began transitioning from aquatic environments to dry land. That shift was difficult, but land offered more light, more carbon dioxide, and far less competition than crowded oceans. Life on land forced plants to solve new problems. Aquatic plants can absorb water and nutrients directly from the surrounding liquid, use...

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Animal Classification and Adaptation

Kingdom Animalia includes a wide range of organisms that share a few basic traits. Most animals are multicellular eukaryotes that move, consume organic matter, and reproduce sexually. Even with those shared features, animals are extremely diverse because each species adapts to a different niche. A niche is the place, role, and set of interactions a species has with living and nonliving parts of its environment. Specialization helps species survive, reproduce, and reduce competition with others...

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How Scientists Identify Bacteria and Fungi

Bacteria and fungi are highly diverse organisms, and scientists identify them by looking at their structure, growth, and role in health. Some species help people, while others can cause disease, so learning how to tell them apart matters in biology and medicine. Biological taxonomists group organisms by evolutionary relatedness. Life is divided into three domains: Bacteria, Archaea, and Eukaryota. Bacteria belong to the domain Bacteria, which includes single-celled prokaryotes. Prokaryotic...

evolution

Trace how plants adapted from water to land, from cuticle and stomata to vascular tissue, seeds, flowers, and the major plant groups.

Plant Adaptations for Land Life | JoVE K12

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Coevolution of plant morphological and anatomical structures with animals (i.e., pollination), Rhizobium (i.e., nitrogen fixation), and Mycorrhiza (i.e., fungi in rhizosphere).

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What is an Ecosystem?

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An ecosystem is the interaction between all abiotic and biotic factors in an environment and can be classified as terrestrial or aquatic. ...

Trophic Levels

All organisms in an ecosystem occupy a trophic level in the food chain. The lowest level consists of primary producers, which synthesize their food from ...

Primary Production

The total amount of energy acquired by primary producers in an ecosystem is called gross primary production (GPP). However, of this energy, producers use ...

Production Efficiency

Net production efficiency (NPE) is the efficiency at which organisms assimilate energy into biomass for the next trophic level. Due to low metabolic rates ...

Trophic Efficiency

Trophic level transfer efficiency (TLTE) is a measure of the total energy transfer from one trophic level to the next. Due to extensive energy loss as ...

Life Histories

Constrained by limited energy and resources, organisms must compromise between offspring quantity and parental investment. This trade-off is represented ...

Energy Budgets and Reproductive Strategies

Organisms must balance energy intake with the energy required for growth, maintenance, and reproduction. These trade-offs result in a variety of ...

Population Growth

Population size is dynamic, increasing with birth rates and immigration, and decreasing with death rates and emigration. In ideal conditions with ...

Ecological Niches

All organisms have a position within an ecosystem. The complete set of living and nonliving factors&#x2014;including food resources, climate, and ...

Ecological Succession

Ecological succession is influenced by the processes of facilitation, inhibition, and toleration. Facilitation occurs when early successional species ...

Keystone Species

Measures of species biodiversity, such as richness (i.e., the number of species present) and evenness (i.e., their relative abundance), describe an ...

Symbiosis

Symbiotic relationships are long-term, close interactions between individuals of different species that affect the distribution and abundance of those ...

Competition

When organisms require the same limited resources within an environment, they may have to compete for them. Competition is a net-negative interaction. ...

Predator-Prey Interactions

Predators consume prey for energy. Predators that acquire prey and prey that avoid predation both increase their chances of survival and reproduction ...

Ecological Disturbance

An ecological disturbance is a temporary disruption in the environment resulting from abiotic, biotic, or anthropogenic factors, causing a pronounced ...

What is Biodiversity?

Biodiversity describes the variety of living things at multiple organizational levels: genetic, species and ecosystem diversity. Species diversity ...

Threats to Biodiversity

There have been five major extinction events throughout geological history, resulting in the elimination of biodiversity, followed by a rebound of species ...

Biodiversity and Human Values

Human civilization relies on biodiversity in many ways. Sudden changes in species biodiversity result in environmental changes that can modify weather ...

What is Photosynthesis?

All living organisms on Earth are directly or indirectly dependent on photosynthesis. It is the only biological process that can capture energy from ...

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The Anatomy of Chloroplasts

Green algae and plants, including green stems and unripe fruit, harbor specialized organelles called chloroplasts to carry out photosynthesis. They ...

Sustainable Development

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Photosystems

Photosystems are multiprotein complexes that form the functional units of photosynthesis in plants, algae, and cyanobacteria. They are found embedded in ...

Conservation of Small Populations

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The Photochemical Reaction Center

Reaction centers are pigment-protein complexes that initiate energy conversion from photons to chemical entities. Therefore, photochemical reaction center ...

What is Weather?

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What are Biogeochemical Cycles?

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The Water Cycle

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The Phosphorus Cycle

Unlike carbon, water, and nitrogen, phosphorus is not present in the atmosphere as a gas. Instead, most phosphorus in the ecosystem exists as compounds, ...

The Sulfur Cycle

Sulfur, an important element in the chemical makeup of proteins, is recycled through the atmosphere and aquatic and terrestrial environments. Found in the ...

Use mathematical representations to support claims for the cycling of matter and flow of energy among organisms in an ecosystem. Emphasis is on using a mathematical model of stored energy in biomass to describe the transfer of energy from one trophic level to another and that matter and energy are conserved as matter cycles and energy flows through ecosystems. Emphasis is on atoms and molecules such as carbon, oxygen, hydrogen and nitrogen being conserved as they move through an ecosystem.

HS-LS2-4

Plant Adaptations for Land Life

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