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Vom Wasser aufs Land
Das Reich der Pflanzen (Plantae) erschien zum ersten Mal vor etwa 410 Millionen Jahren auf, als Grünalgen vom Wasser auf das Land kamen. Das Land war eine relativ nicht bewohnte Umgebung mit reichlichen Ressourcen. Die terrestrische Umgebung bot auch mehr Licht und Kohlenstoffdioxid, das von Pflanzen benötigt wird, um zu wachsen und zu überleben.
Die großen Unterschiede zwischen dem Land und dem Meer stellten jedoch eine gewaltige Herausforderung für die Kolonisierung der frühen Arten dar. Dadurch wurden viele neue Anpassungen durchgeführt, die zu der Vielzahl der heute existierenden Pflanzenformen geführt haben.
Eine frühe Anpassung war die Entwicklung einer äußeren wachsartigen Beschichtung, die Cuticula genannt wird. Die Cuticula schützt die Pflanzen vor Austrocknung, da sie die Feuchtigkeit im Inneren einschließen. Diese Adaption verhinderte jedoch den direkten Austausch von Gasen durch die Pflanzenoberfläche. Als Ergebnis entwickelten sich Poren an der äußeren Oberfläche der Pflanzen, die die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid und die Freisetzung von Sauerstoff ermöglichten.
Zusätzliche Strukturen waren notwendig, um den Transport des Wassers und der Nährstoffe vom Boden zu den oberen Teilen der Pflanze zu ermöglichen. Als Ergebnis entwickelte sich ein Gefäßgewebe, das nicht nur dazu dient, Wasser und Nährstoffe in alle Bereiche der Pflanze zu transportieren, sondern auch eine strukturelle Unterstützung bietet, als die Stiele größer und stärker wuchsen.
Um die Fortpflanzung an Land zu ermöglichen, entwickelten Landpflanzen ein Gametangium, das ist eine Fortpflanzungsstruktur, die Gameten und Embryonen vor der äußeren Umgebung der Pflanze schützen. Bei männlichen Pflanzen wird diese Struktur als Antheridium bezeichnet und bei weiblichen Archegonium.
Verschiedene Strategien entwickelten sich, um den Transport der Spermatozoiden von dem Antheridium zu den Eizellen innerhalb des Archegonium zu erleichtern. Dazu gehören Spermatozoiden, die von einer Struktur zur nächsten schwimmen, vom Wind getragen werden oder durch Bestäuber wie Bienen und Vögeln transportiert werden. Der spezifische verwendete Modus ist für jede Klasse der Pflanzen eindeutig. Nach der Befruchtung werden die Eizellen im Archegonium zurückgehalten, um den sich entwickelnden Embryo oder Sporophyten zu schützen und zu nähren.
Eine weitere wichtige Reproduktionsadaption war die Bildung der Samen. Obwohl nicht alle Landpflanzen gesät werden, sind Samen aus vielen Gründen vorteilhaft. Ohne diese Strukturen benötigen Pflanzen feuchte Umgebungen, um die Gameten von einem Ort zum anderen zu transportieren. Oft sind männliche und weibliche Sporen in samenlosen Pflanzen ungefähr gleich groß und beide werden transportiert. Samenpflanzen enthalten jedoch in der Regel kleine männliche Sporen, die sich angepasst haben um sehr bewegbar zu sein. Diese sogenannten Pollenkörner werden dann zu weiblichen Gametophyten transportiert, so dass sich die Spermatozoiden direkt in die Eizelle einlagern. Nach der Befruchtung bildet sich der Samen, der den pflanzlichen Embryo und die Nährstoffversorgung enthält.
Diese Adaptionen führten zu Pflanzenarten, die sich gut an das Leben in der terrestrischen Umgebungen angepasst sind.
Abstammungen der Pflanzen
Obwohl es inzwischen unzählige Pflanzensorten gibt, lassen sich alle in eine von drei Gruppen einteilen: gefäßlose Pflanzen, samenlose Gefäßpflanzen und Gefäßpflanzen. Gefäßlose Pflanzen sind die ältesten und einfachsten Pflanzen, dazu gehören die Moose, Lebermoose, und Hornmoose. Zu den samenlosen Gefäßpflanzen gehören Farne und Schachtelhalme. Diese Gruppe war die Erste, die ein Gefäßtransportsystem entwickelte. Die letzte Gruppe, die Gefäßpflanzen, umfasst alle verbleibenden Arten. Diese Gruppe ist die vielfältigste und nimmt die breiteste Palette an Lebensräumen ein und ist in zwei große Untergruppen unterteilt, die Bedecktsamer (Angiospermen) und die Nacktsamer (Gymnospermae). Angiospermen umfassen alle blühenden und fruchtenden Pflanzen, wobei der Pollen von dem Wind transportiert wird oder durch Bestäubern. Nacktsamer sind nicht-blühende Pflanzen, dazu gehören die Nadelbäume, Palmfarne und Ginkgobäume. Diese Arten produzieren nackte Samen, die nicht durch Früchte und Pollen geschützt sind, die von Wind getragen werden.
Bevor Pflanzen das Land vom Meer aus kolonisierten
waren die Kontinente karg.
Nun leben Millionen von Arten von Mikroben, Pflanzen und Tieren
auf dem Land, und es war die Evolution der Landpflanzen,
die all das möglich machte.
Um diese atemberaubende Transformation zu verstehen,
ist es zunächst notwendig, zu begreifen,
was Pflanzen genau sind, und wie sie sich entwickelt haben,
um die Herausforderungen des Lebens auf dem Land zu bewältigen.
Es gibt bestimmte Eigenschaften,
die alle Pflanzen gemeinsam haben, von den höchstgewachsenen Bäumen
bis zum kleinsten Moos.
Zuerst sind alle Pflanzen mehrzellige Eukaryoten.
Zweitens, Pflanzen produzieren das photosynthetische Pigment
Chlorophyll in Organellen, die Chloroplasten genannt werden,
was es ihnen ermöglicht, ihre eigene Nahrung zu erzeugen, indem sie
die Energie der Sonne nutzen.
Drittens, alle Pflanzen haben Zellen, die von Wänden aus Zellulose
umgeben sind.
Als Letztes, alle Pflanzen haben einen Lebenszyklus, der
durch eine Abfolge von Generationen gekennzeichnet ist,
was als Übergang zwischen haploiden und diploiden
mehrzelligen Phasen über den Lebenszyklus definiert ist.
Hier bezieht sich „Generationen“ auf zwei verschiedene mehrzellige
Phasen im Lebenszyklus.
Eine Phase ist der haploide Gametophyt.
Der Gametophyt produziert Gameten durch Mitose,
die während der Befruchtung verschmelzen, um eine diploide Zelle zu formen,
die dann der Mitose unterzogen wird, um sich in einen Sporophyten zu entwickeln.
Der Sporophyt dagegen erzeugt haploide Sporen
durch Meiose, was den Zyklus vervollständigt, indem
neue Gametophyten entstehen.
Obwohl alle Pflanzen diese Charakteristiken teilen,
gibt es große Unterschiede unter den verschiedenen Pflanzenabstammungen
darin, wie einige dieser Charakteristiken sich ausdrücken.
Landpflanzen fallen in drei Hauptgruppen, die gefäßlosen
Pflanzen, die samenlos-vaskulären Pflanzen und die Samenpflanzen.
Jede dieser Gruppen enthält viele Tausende von Arten.
Indem die Zeit der Evolution fortschritt, haben diese drei
Gruppen verschiedene Merkmale entwickelt, die sie jeweils charakterisieren -
von Gefäßgewebe, bis hin zur Evolution von Früchten.
Zusammen ermöglichten diese Anpassungen den Pflanzen,
die meisten terrestrischen Biome zu dominieren.
