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

ecosystems-interactions-energy-and-dynamics

Ecosystems: Interactions, Energy And Dynamics

HS-LS2-7

Plant Diversity

לפני שהצמחים התיישבו ביבשה מהים, היבשות היו שוממות. כיום מיליוני מינים של מיקרובים, צמחים ובעלי חיים חיים על היבשה, והאבולוציה של צמחי היבשה היא שאפשרה את כל זה. כדי להבין את השינוי המדהים הזה, עלינו להבין מהם בדיוק צמחים וכיצד הם התפתחו כדי לעמוד באתגרי החיים על היבשה. 
ישנם מאפיינים מסוימים המשותפים לכל הצמחים, מהעצים הגבוהים ביותר ועד הטחב הקטן ביותר. ראשית, כל הצמחים הם איקריוטים רב-תאיים. שנית, צמחים מייצרים את הפיגמנט הפוטוסינתטי כלורופיל באברונים הנקראים כלורופלסטים, מה שמאפשר להם לייצר את מזונם בעצמם באמצעות אנרגיה מהשמש. שלישית, לכל הצמחים יש תאים המוקפים בקירות העשויים מתאית. לבסוף, לכל הצמחים יש מחזור חיים המאופיין בחילופי דורות, המוגדר כמעבר בין השלבים הרב-תאיים הפלואידים והדיפלואידים לאורך מחזור החיים. כאן, דורות מתייחסים לשני שלבים רב-תאיים שונים במחזור החיים. שלב אחד הוא הגמטופיט הפלואידי. הגמטופיט מייצר גמטות על ידי מיטוזה, אשר מתמזגות במהלך ההפריה ליצירת תא דיפלואידי, אשר לאחר מכן עובר מיטוזה כדי להתפתח לספורופיט. הספורופיט, בתורו, מייצר נבגים הפלואידים על ידי מיוזה, ומשלים את המחזור על ידי יצירת גמטופיטים חדשים. 
למרות שכל הצמחים חולקים מאפיינים אלה, ישנם הבדלים ניכרים בין שושלות הצמחים המגוונות באופן שבו חלק ממאפיינים אלה באים לידי ביטוי. בואו נבחן את המגוון הזה. צמחי היבשה מתחלקים לשלוש קבוצות עיקריות, הצמחים הלא-וסקולריים, צמחי כלי הדם חסרי הזרעים וצמחי הזרעים. כל אחת מהקבוצות הללו מכילה אלפים רבים של מינים. 
הטחבים שייכים לחטיבה בריופיטה. לצמחים פשוטים יחסית אלה שלושה מאפיינים עיקריים, מחסור ברקמת כלי דם, הגמטופיט הוא שלב החיים החופשי הדומיננטי במחזור חייהם, והספורופיט קטן, לא מסועף ותלוי בגמטופיט לתזונה. 
הקבוצה העיקרית הבאה של צמחי יבשה שהתפתחה הייתה צמחי כלי הדם חסרי הזרעים, המיוצגים כאן על ידי החלוקה Monilophyta. קבוצה זו כוללת את השרכים ואת זנבות הסוס. לצמחים אלה יש רקמת כלי דם אמיתית אך הם אינם מייצרים זרעים כמו צמחים וסקולריים אחרים. הספורופיט דומיננטי ומסועף בקוטיקולה שעווה ובנקבוביות עלים הנקראות פיוניות המווסתות את חילופי הגזים. הגמטופיט קטן בהרבה, אך הוא חי חופשי ברוב חברי קבוצה זו. נבגי שרך וזרע זקוקים שניהם למים נוזליים לפיזור. מערכות השורשים הנרחבות ורקמות כלי הדם הן חידושים מרכזיים בצמחים וסקולריים נטולי זרעים המספקים תמיכה מבנית ומאפשרים איסוף יעיל של מים מהקרקע. 
צמחי הזרעים היו הקבוצה העיקרית הבאה שהתפתחה. ישנן שתי שושלות עיקריות בקבוצה זו, ההתעמלות והאנגיוספרם. למרות שהם שונים בפרטים רבים, כל זרעי הג'ימנוספרם והאנגיוספרם מורכבים מעובר ומאגר מזון המוקף במעטפת מגן הנקראת מעיל הזרע. חנות המזון מספקת לשתיל משאבים עד שהוא מסוגל להאכיל את עצמו. ההתעמלות כוללת עצים מוכרים כמו אורנים, אשוחית וגינקגוס. הספורופיט הוא שלב מחזור החיים הדומיננטי בהתעמלות. הגמטופיטים קטנים מאוד וגדלים על מדוכים זכריים או נקביים. הרוח נושאת את הגמטופיט הזכרי, הנקרא גרגרי אבקה, אל נקבות הגמטופיטים. לאחר ההפריה, מבנה נקבי הנקרא ביצית, מתפתח לזרע. האנגיוספרמים, או הצמחים הפורחים, היו הקבוצה הבאה של צמחי זרעים שהתפתחה. קבוצה זו היא קבוצת הצמחים הנפוצה והעשירה ביותר במינים, הכוללת צמחים ועצים מוכרים רבים כמו חבצלות, אלונים ותפוחים. בדומה להתעמלות, ספורופיטים אנגיוספרם הם גדולים וחופשיים והגמטופיטים קטנים מאוד ומופרדים לצורות זכר ונקבה. אבל בניגוד להתעמלות, בעלי חיים מגוונים יכולים להאביק פרחים בנוסף לרוח, לאסוף אבקה כשהם מבקרים פרחים ולהפיץ אותה כשהם יוצאים לבקר אחרים. לאחר האבקה והפריה, השחלה מתפתחת לפרי המכיל את הזרעים. 
כעת השלמנו את הסיור הפשוט שלנו במגוון הצמחים, שהדגיש כמה תכונות מפתח של צמחים, מרקמת כלי הדם ועד לאבולוציה של פירות. יחד, התאמות אלה אפשרו לצמחים לשלוט ברוב הביומים היבשתיים. במעבדה זו תוכלו לחקור את מגוון הצמחים על ידי בחינת דגימות מהשושלות העיקריות השונות של צמחים והתבוננות במבנים שלהם הן במעבדה והן בשטח.

מגוון צמחים

<h4>ממים ליבשה</h4>
צמח הממלכה הופיע לראשונה לפני כ-410 מיליון שנה, כאשר אצות ירוקות עברו ממים ליבשה. למרות היותו מאתגר, מעבר זה הועיל למתיישבים הראשונים בכמה דרכים. בתחילה, רוב האורגניזמים החיים (כולל צמחים ובעלי חיים) התגוררו באוקיינוס, מה שהפך את סביבות המים לצפופות ותחרותיות מאוד. לעומת זאת, האדמה הייתה סביבה יחסית לא מיושבת עם משאבים רבים ומעט טורפים או מתחרים. סביבות יבשתיות הציעו גם יותר אור ופחמן דו חמצני, הדרושים לצמחים כדי לגדול ולשרוד. בהתאם לכך, גומחות יבשתיות חדשות היו בשלות עם אפשרות לאצות מימיות למחצה ראשונות שעברו לסביבות יבשות.
עם זאת, ההבדלים החדים בין היבשה לים הציבו אתגר עצום למינים המתיישבים המוקדמים. אתגרים אלה הניעו התאמות חדשות רבות שהביאו למגוון הרחב של צורות צמחים הנצפות כיום. ההסתגלות לחיים על היבשה דרשה שינויים יסודיים במבנה, אסטרטגיות הרבייה, מנגנוני ההזנה וההגנה של מיני צמחים. לדוגמה, צמחי מים מסתמכים בדרך כלל על סביבה נוזלית לספיגה ישירה של מים וחומרי מזון, ציפה לתמיכה פיזית, והובלת גמטות דרך מים להפריה. עבור צמחי קרקע, אסטרטגיות אלה הפכו בלתי אפשריות. מכשולים כאלה לחיים על היבשה מילאו תפקיד קריטי באבולוציה המוקדמת של צמחים יבשתיים וממשיכים לעצב את התפתחותם כיום.
אחת ההתאמות המוקדמות הייתה פיתוח ציפוי שעווה חיצוני, שנקרא קוטיקולה1. ציפורניים משמשות להגנה על צמחים מפני התייבשות, או ייבוש קיצוני, על ידי לכידת לחות בפנים. עם זאת, הסתגלות זו מנעה חילופי גזים ישירים על פני השטח של צמחים. כתוצאה מכך, נקבוביות התפתחו על פני השטח החיצוניים של צמחים שאפשרו ספיגה של פחמן דו חמצני ושחרור חמצן. נקבוביות אלה, הנקראות פיוניות, ניתנות לפתיחה או סגירה בהתאם לתנאי הסביבה. על ידי כיווץ תאי השמירה המקיפים את הפיוניות, צמחים סוגרים פתחים אלה בתקופות יובש כדי למנוע אובדן לחות עודף. התאמות אלה סייעו לאגור מים עבור צמחים שוכני קרקע. עם זאת, מבנים נוספים היו נחוצים כדי להקל על הובלת מים וחומרים מזינים מהאדמה לחלקים העליונים של המפעל. כתוצאה מכך, התפתחה רקמת כלי דם שלא רק משמשת להובלת מים וחומרים מזינים לכל אזורי הצמח, אלא יכולה גם לספק תמיכה מבנית ככל שהגבעולים גדלים גבוה וחזק יותר.
כדי להתאים את הרבייה על היבשה, חלו מספר שינויים במבנים ובמנגנונים של דישון והתפתחות צמחים. ראשית, צמחים יבשתיים פיתחו גמטאנגיה, שהם מבני רבייה המגנים על הגמטות והעוברים מפני הסביבה הקשה שמחוץ לצמח. אצל זכרים, מבנה זה נקרא אנתרידיה ואילו אצל נקבות הוא נקרא ארכיגוניה. כדי להקל על הובלת הזרע מהאנתרידיה, לביציות בתוך הארכיגוניה, התפתחו אסטרטגיות שונות. אלה כוללים תאי זרע ששוחים ממבנה אחד למשנהו, נישאים על ידי הרוח, או מועברים על ידי מאביקים כמו דבורים וציפורים. המצב הספציפי המשמש הוא ייחודי לכל סיווג של צמחים. לאחר ההפריה, הביציות נשמרות בתוך הארכיגוניה כדי להגן ולהזין את העובר המתפתח, או ספורופיט.
הסתגלות רבייה חשובה נוספת הייתה יצירת זרעים. למרות שלא כל הצמחים היבשתיים נזרעים, השימוש בזרעים הוא יתרון מסיבות רבות. ללא מבנים אלה, צמחים זקוקים לסביבות לחות כדי להעביר גמטות ממקום למקום. לעתים קרובות בצמחים כאלה, נבגי זכר ונקבה הם בערך באותו גודל ושניהם נוסעים. עם זאת, צמחי זרעים מכילים בדרך כלל נבגים זכריים קטנים המותאמים להיות ניידים מאוד, הנקראים גרגרי אבקה. האבקה מגיעה לנקבות הגמטופיטים כדי להפקיד זרע ישירות לביצית. לאחר ההפריה, נוצר זרע המכיל את עובר הצמח ואספקה של חומרים מזינים. לזרעים רבים יש גם מעטפת מגן והם מסוגלים לשרוד בסביבות יבשות ולהתפזר למרחקים ארוכים. חלקם יכולים אפילו להתקיים במצב רדום לפרקי זמן ממושכים, "מחכים" לתנאים הסביבתיים המתאימים שיגרמו לנביטה. התאמות אלה יצרו מיני צמחים המותאמים היטב לחיים בסביבות יבשתיות.
<h4>שושלות עיקריות של צמחים</h4>
למרות שקיימים כיום אינספור זנים של צמחים, ניתן לחלק את כולם לאחת משלוש קבוצות: זרעים לא וסקולריים, חסרי כלי דם וזרעים וסקולריים. צמחים לא וסקולריים הם הקדומים ביותר והפחות מורכבים, כולל טחבים, תולעי כבד וקרניים. מכיוון שלצמחים אלה אין מבנים וזרעים של כלי דם ויש להם רק קוטיקולה דקה או שהם כלל לא, הם מסתמכים על מים כדי לשרוד ולהתרבות. מינים מסוימים עשויים להיכנס לתרדמה בתקופות יובש עד שגשמים נוספים יאפשרו צמיחה או רבייה. היעדר מבנים תומכים בצמחים אלה גורם לצורות נמוכות בדרך כלל, לכאורה לחבק את המשטח שעליו הם גדלים. כדי להתרבות, צמחים לא וסקולריים משחררים זרע חשוף שחייב לשחות דרך המים שמסביב לארכיגוניה. אף על פי שלצמחים אלה יש מעט מאוד התאמות שיש לקבוצות יבשתיות אחרות, צמחים שאינם וסקולריים מתמחים לחיות בסביבה הלחה שבה הם נמצאים.
לאחר מכן, צמחים ללא זרעים כלי הדם כוללים שרכים horsetails. ניתן למצוא אותם בבתי גידול לחים, בדרך כלל ביערות גשם ממוזגים. שלא כמו מינים שאינם וסקולריים, לצמחים אלה יש קוטיקולה עבה יותר, פיוניות מתפקדות ורקמת כלי דם המאפשרים להם לגדול גבוה יותר ולהעביר באופן פעיל מים וחומרי מזון. לשרכים אין זרעים, אלא משתמשים בנבגים כדי להעביר גמטות דרך לחות מאנתרידיה, לארכגוניה. כתוצאה מכך, מינים אלה מייצגים שושלת אבולוציונית בינונית שיכולה לחיות בסביבות יבשות, אך זקוקה לתנאים לחים כדי להתרבות.
הקבוצה האחרונה, צמחי זרעים וסקולריים, כוללת את כל המינים הנותרים. קבוצה זו היא המגוונת ביותר ותופסת את המגוון הרחב ביותר של בתי גידול2. עם זאת, כל המינים מאופיינים במספר התאמות נפוצות, כולל רקמת כלי דם, אבקה ניידת מאוד וזרעים. קבוצה גדולה זו מחולקת לשתי תת-קבוצות עיקריות, אנגיוספרם והתעמלות. אנגיוספרמים כוללים את כל צמחי הפריחה והפרי, עם אבקה הנישאת על ידי הרוח או מועברת על ידי מאביקים3-4. התפתחות פרחים ופירות הם אדפטיביים להפצת אבקה וזרעים. בעלי חיים רבים, כולל דבורים ויונקי דבש, מסייעים בהובלת אבקה מפרח אחד למשנהו. פירות המיוצרים על ידי קבוצה זו חשובים ביותר לתזונה של בעלי חיים רבים, כולל בני אדם. על פי הגדרתו הביולוגית, פרי כולל כל מבנה הנושא זרעים ונוצר מהשחלה, וכולל זנים ידועים הכוללים תפוחים ותפוזים בנוסף למוצרים כמו עגבניות, אבוקדו ומלפפונים. צריכה או הובלה של פירות על ידי בני אדם ובעלי חיים אחרים יכולה לעזור להפיץ זרעים על פני מרחקים גדולים. לעומת זאת, התעמלויות הן צמחים שאינם פורחים כולל עצי מחט, ציקסים וגינקגו. מינים אלה מייצרים זרעים חשופים שאינם מוגנים על ידי פירות ואבקה הנישאים על ידי הרוח. גם אנגיוספרם וגם התעמלות, מהווים את הרוב המכריע של הצמחים הנצפים כיום.
בנוסף למינים שהתפתחו באופן טבעי לאורך פרקי זמן גדולים, בני האדם השתתפו בברירה מלאכותית וברבייה של מינים רבים של צמחים לשימוש או לצריכה אנושית. לדוגמה, צמח חרדל הבר מקבוצת Brassica עבר ברירה מלאכותית נרחבת לייצור קייל, ברוקולי, כרוב ניצנים, כרוב, לפת, קולורבי וכרובית. בני האדם גם שינו את נוף חיי הצמחים על ידי החדרת מינים פולשים לאזורים שאינם מקומיים. מינים כאלה לעתים קרובות מתחרים באורגניזמים מקומיים, מכיוון שלעתים קרובות הם חסרים מתחרים טבעיים או טורפים בסביבה החדשה. דוגמה אחת היא קודזו, צמח אפונה מוין שגדל במהירות ומתפשט ביעילות. קודזו הובא במכוון למזרח ארצות הברית מדרום מזרח אסיה בניסיון לייצב את הקרקע ולמנוע סחף ליד כבישים וחוות. עם זאת, ברגע שהוצג, קודזו גדל במהירות מינים מקומיים, חוסם אור וצורך יתר על המידה. כיום מעריכים כי קודזו גורם ליותר מ-500 מיליון דולר ביערות ובנזקים חקלאיים מדי שנה. ההשפעות האקולוגיות של מין פולש זה ושל מינים פולשים אחרים הן דאגה גדולה לביולוגים וכלכלנים כאחד.
<h4>הפניות</h4>
<ol class="references">
	<li>זיו, ג. ואח' (2018). "תפקידים רב-תכליתיים של הקוטיקולה הצמחית במהלך אינטראקציות בין צמח לפתוגן." צמח קדמי Sci 9: 1088.</li>
	<li>גופטה, ר 'ור' דסוול (2014). "חלבונים מונעי קיפאון מאפשרים לצמחים לשרוד בתנאי הקפאה". J Biosci 39 (5): 931-944.</li>
	<li>Jurgens, A., et al. (2012). "קונפליקט מאביקים-נטרפים בצמחים טורפים". Biol Rev Camb Philos Soc 87 (3): 602-615.</li>
	<li>Thomann, M., et al. (2013). "צמחים פורחים תחת דעיכת המאביקים העולמית". מגמות צמח Sci 18 (7): 353-359.</li>
</ol>

ממים ליבשה
צמח הממלכה הופיע לראשונה לפני כ-410 מיליון שנה, כאשר אצות ירוקות עברו ממים ליבשה. למרות מאתגר, זה ...

Education

JoVE Lab Manual

Biology

ביולוגיה

Evolution

אבולוציה

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...

animal diversity

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...

microbial and fungal diversity

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

Tennessee Academic Standards

Biological Change: Unity and Diversity

BIO1.LS4.3

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

BIO.8

BIO.8.d

Life Science

LS.3

LS.3.c

new-jersey-student-learning-standards-for-science

New Jersey Student Learning Standards for Science

Ecosystems: Interactions, Energy, and Dynamics

HS-LS2-2

Arizona Science Standards

HS.L2

HS.L2U3.18

Alabama Course of Study Science

9-12

Ecosystems: Interactions Energy and Dynamics

9-12.B.2.9

Next Generation Science Standards

heredity-inheritance-and-variation-of-traits

Heredity: Inheritance and Variation of Traits

HS-LS4-6

Georgia Standards of Excellence

Botany

SBO2.

All Standards

south-carolina-college-and-career-ready-science-standards

South Carolina College and Career Ready Science Standards

Biological Evolution: Unity and Diversity

B-LS4-6.

Environmental Science

SEV2.

SEV2.a

SBO1.

coevolution-plant-morphological-anatomical-structures-with-animals-ie

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

התכוננו ללמד את מגוון צמחים עם מדריך מדריכים זה באורך 1 דקות. כולל שלבי הכנה מרכזיים עבור מעבדת ביולוגיה ב-JoVE Lab Manual.

מגוון צמחים | הכנת מדריך, חומרים והכנת מעבדה | JoVE Lab Manual

עקבו אחר הנהלים של מגוון צמחים שלב אחר שלב בסרטון פרוטוקול סטודנטים זה באורך 6 דקות. חלק מאוסף ביולוגיה ב-JoVE Lab Manual.

מגוון צמחים | פרוטוקול סטודנטים, הליך ותוצאות | JoVE Lab Manual

What is an Ecosystem?

Overview

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 ...

What is Conservation Biology?

Conservation biology is a scientific field that focuses on the preservation of biodiversity in order to protect ecosystems while meeting the needs of the ...

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

As the human population continues to grow and use resources, we must be mindful of our planet&rsquo;s natural limits. Sustainable development provides a ...

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

Small population sizes put a species at extreme risk of extinction due to a lack of variation, and a consequent decrease in adaptability. This weakens ...

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?

Overview

Weather refers to the current state of atmospheric conditions at a specific time and place. Weather is temporary and is influenced by the ...

The Antenna Complex

Plants and other photosynthetic organisms comprise pigments capable of absorption of direct sunlight. These pigments are present in the reaction center - ...

What is Climate?

Climate refers to the prevailing weather conditions in a specific area over an extended period. As the saying goes, &#8220;Climate is what you expect. ...

the-z-scheme-of-electron-transport-in-photosynthesis

The Z-Scheme of Electron Transport in Photosynthesis

The light reactions of photosynthesis assume a linear flow of electrons from water to NADP+. During this process, light energy drives the splitting of ...

Global Climate Change

Throughout its ~4.5 billion year history, the Earth has experienced periods of warming and cooling. However, the current drastic increase in global ...

The Calvin Benson Cycle

Ribulose 1,5- bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCo) is a critical enzyme that catalyzes carbon dioxide assimilation during photosynthesis. However, ...

Conservation of Declining Populations

Conservation of declining population focuses on ways of detecting, diagnosing, and halting a population decline. The approach uses methods to prevent ...

Introduction to Cellular Respiration

Organisms harvest energy from food, but this energy cannot be directly used by cells. Cells convert the energy stored in nutrients into a more usable ...

Habitat Fragmentation

Habitat fragmentation describes the division of a more extensive, continuous habitat into smaller, discontinuous areas. Human activities such as land ...

What is Glycolysis?

Overview
Cells make energy by breaking down macromolecules. Cellular respiration is the biochemical process that converts &#34;food energy&#34; (from the ...

Energy-requiring Steps of Glycolysis

Glucose is the source of nearly all energy used by organisms. The first step of converting glucose into usable energy is called glycolysis. Glycolysis ...

Energy-releasing Steps of Glycolysis

Glycolysis is divided into two phases based on whether energy is utilized or released. While the first phase consumes ATP, the second phase produces ...

ATP Synthase: Mechanism

In animals, the mitochondrial F1F0 ATP synthase is the key protein that synthesizes ATP molecules through a complex catalytic mechanism. While the nuclear ...

Outcomes of Glycolysis

Nearly all the energy used by cells comes from the bonds that make up complex organic compounds. These organic compounds are broken down into simpler ...

The ADP/ATP Carrier Protein

ADP/ATP carrier or AAC protein is the most abundant carrier protein in the inner mitochondrial membrane. It transports large quantities of ADP and ATP, ...

Pyruvate Oxidation

After glycolysis, the charged pyruvate molecules enter the mitochondria via active transport and undergo three enzymatic reactions. These reactions ensure ...

The Citric Acid Cycle: Overview

In aerobic organisms, the citric acid cycle is the second stage of cellular respiration wherein molecules derived from the breakdown of carbohydrates, ...

The Citric Acid Cycle: Output

The citric acid cycle is termed an amphibolic pathway as it operates both anabolically and catabolically. The cyclic reactions balance the flux of the ...

electron-transport-chain-complex-i-and-ii

Electron Transport Chain: Complex I and II

The mitochondrial electron transport chain (ETC) is the main energy generation system in the eukaryotic cells. However, mitochondria also produce ...

electron-transport-chain-complex-iii-and-iv

Electron Transport Chain: Complex III and IV

During the electron transport chain, electrons from NADH and FADH2 are first transferred to complexes I and II, respectively. These two complexes then ...

The Electron Transport Chain

The electron transport chain or oxidative phosphorylation is an exothermic process in which free energy released during electron transfer reactions is ...

the-supercomplexes-in-the-crista-membrane

The Supercomplexes in the Crista Membrane

The mitochondrial cristae membrane is the primary site for the oxidative phosphorylation (OXPHOS) process of energy conversion mediated through ...

ATP Synthase: Structure

ATP synthase or ATPase is among the most conserved proteins found in bacteria, mammals, and plants. This enzyme can catalyze a forward reaction in ...

Use mathematical and/or computational representations to support explanations of factors that affect carrying capacity, biodiversity and populations of ecosystems at different scales. Emphasis is on quantitative analysis and comparison of the relationships among interdependent factors including boundaries, resources, climate and competition. Examples of mathematical comparisons could include graphs, charts, histograms, or population changes gathered from simulations or historical data sets.

HS-LS2-1

What are Biogeochemical Cycles?

The most common elements in organic molecules, carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur, and phosphorus, are only available in the ecosystem in limited ...

The Water Cycle

The Earth&rsquo;s hydrosphere includes all of the areas where the storage and movement of water occurs. Since water is the basis of all living processes, ...

The Carbon Cycle

Carbon is the basis of all organic matter on Earth, and is recycled through the ecosystem in two primary processes: one in which carbon is exchanged among ...

The Nitrogen Cycle

Nitrogen atoms, present in all proteins and DNA, are recycled between abiotic and biotic components of the ecosystem. However, the primary form of ...

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

Description

Transcript

More videos by Standards