Name: plant adaptations for land life
Uploaded: 2019-01-29T11:04:46.000Z
Duration: 6 min 40 s
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Ecosystems: Interactions, Energy And Dynamics

HS-LS2-7

Plant Diversity

Antes que as plantas colonizassem a terra do mar, os continentes eram estéreis. Agora, milhões de espécies de micróbios, plantas e animais vivem na terra, e foi a evolução das plantas terrestres que tornou tudo isso possível. Para entender essa transformação impressionante, precisamos entender o que exatamente são as plantas e como elas evoluíram para enfrentar os desafios da vida na terra. 
Existem certas características que todas as plantas compartilham, desde as árvores mais altas até o menor musgo. Primeiro, todas as plantas são eucariotos multicelulares. Em segundo lugar, as plantas produzem o pigmento fotossintético clorofila em organelas chamadas cloroplastos, permitindo-lhes produzir seus próprios alimentos usando a energia do sol. Terceiro, todas as plantas têm células cercadas por paredes feitas de celulose. Por fim, todas as plantas têm um ciclo de vida caracterizado pela alternância de gerações, definido como a transição entre os estágios multicelulares haplóides e diplóides ao longo do ciclo de vida. Aqui, gerações referem-se a duas fases multicelulares diferentes no ciclo de vida. Uma fase é o gametófito haplóide. O gametófito produz gametas por mitose, que se fundem durante a fertilização para formar uma célula diplóide, que então sofre mitose para se desenvolver em um esporófito. O esporófito, por sua vez, produz esporos haplóides por miose, completando o ciclo dando origem a novos gametófitos. 
Embora todas as plantas compartilhem essas características, existem grandes diferenças entre as diversas linhagens de plantas na forma como algumas dessas características são expressas. Vamos examinar essa diversidade. As plantas terrestres se dividem em três grupos principais, as plantas não vasculares, as plantas vasculares sem sementes e as plantas com sementes. Cada um desses grupos contém muitos milhares de espécies. 
Os musgos pertencem à divisão Bryophyta. Essas plantas relativamente simples têm três características principais, falta de tecido vascular, o gametófito é o estágio dominante de vida livre de seu ciclo de vida e o esporófito é pequeno, não ramificado e dependente do gametófito para nutrição. 
O próximo grande grupo de plantas terrestres a evoluir foram as plantas vasculares sem sementes, representadas aqui pela divisão Monilophyta. Este grupo inclui as samambaias e cavalinhas. Essas plantas têm tecido vascular verdadeiro, mas não produzem sementes como as outras plantas vasculares. O esporófito é dominante e ramificado com uma cutícula cerosa e poros foliares chamados estômatos que regulam as trocas gasosas. O gametófito é muito menor, mas tem vida livre na maioria dos membros deste grupo. Os esporos de samambaia e o esperma requerem água líquida para dispersão. Os extensos sistemas radiculares e tecidos vasculares são inovações importantes em plantas vasculares sem sementes que fornecem suporte estrutural e permitem a coleta eficiente de água do solo. 
As plantas com sementes foram o próximo grande grupo a evoluir. Existem duas linhagens principais neste grupo, as gimnospermas e as angiospermas. Embora difiram em muitos detalhes, todas as sementes de gimnospermas e angiospermas consistem em um embrião e um estoque de alimentos que é cercado por uma casca protetora chamada tegumento da semente. O estoque de alimentos fornece recursos à muda até que ela seja capaz de se alimentar sozinha. As gimnospermas incluem árvores familiares como pinheiros, abetos e ginkgos. O esporófito é o estágio dominante do ciclo de vida nas gimnospermas. Os gametófitos são muito pequenos e crescem em cones masculinos ou femininos. O vento carrega o gametófito masculino, chamado grãos de pólen, para os gametófitos femininos. Após a fertilização, uma estrutura feminina chamada óvulo se desenvolve em uma semente. As angiospermas, ou plantas com flores, foram o próximo grupo de plantas com sementes a evoluir. Este grupo é o grupo de plantas mais difundido e rico em espécies, incluindo muitas plantas e árvores familiares como lírios, carvalhos e maçãs. Como as gimnospermas, os esporófitos das angiospermas são grandes e de vida livre e os gametófitos são muito pequenos e separados em formas masculinas e femininas. Mas, em contraste com as gimnospermas, diversos animais podem polinizar flores além do vento, coletando pólen enquanto visitam as flores e distribuindo-o quando saem para visitar outras. Após a polinização e fertilização, o ovário se desenvolve em um fruto que contém as sementes. 
Concluímos agora nosso tour simplificado pela diversidade de plantas que destacou algumas características-chave das plantas, desde o tecido vascular até a evolução dos frutos. Juntas, essas adaptações permitiram que as plantas dominassem a maioria dos biomas terrestres. Neste laboratório, você investigará a diversidade de plantas examinando espécimes das diferentes linhagens principais de plantas e observando suas estruturas em laboratório e em campo.

diversidade de plantas

<h4>Da água para a terra</h4>
O Reino Plantae apareceu pela primeira vez há cerca de 410 milhões de anos, quando as algas verdes fizeram a transição da água para a terra. Embora desafiadora, essa transição beneficiou os primeiros colonizadores de várias maneiras. Inicialmente, a maioria dos organismos vivos (incluindo plantas e animais) habitava o oceano, tornando os ambientes aquáticos lotados e altamente competitivos. Em contraste, a terra era um ambiente relativamente não colonizado, com amplos recursos e pouco ou nenhum predador ou competidor. Os ambientes terrestres também ofereciam mais luz e dióxido de carbono, exigidos pelas plantas para crescer e sobreviver. Assim, novos nichos terrestres estavam maduros com a possibilidade das primeiras algas semi-aquáticas que fizeram a transição para ambientes secos.
No entanto, as diferenças gritantes entre a terra e o mar representaram um desafio formidável para as primeiras espécies colonizadoras. Esses desafios levaram a muitas novas adaptações que resultaram na grande variedade de formas de plantas observadas hoje. A adaptação à vida na terra exigiu mudanças fundamentais na estrutura, estratégias reprodutivas, alimentação e mecanismos de defesa das espécies vegetais. Por exemplo, as plantas aquáticas geralmente dependem de um ambiente líquido para a absorção direta de água e nutrientes, flutuabilidade para suporte físico e transporte de gametas através da água para fertilização. Para plantas terrestres, essas estratégias tornaram-se impossíveis. Tais obstáculos à vida na terra desempenharam um papel crítico na evolução inicial das plantas terrestres e continuam a moldar sua evolução hoje.
Uma adaptação inicial foi o desenvolvimento de um revestimento ceroso externo, chamado cutícula1. As cutículas servem para proteger as plantas da dessecação, ou secagem extrema, retendo a umidade em seu interior. No entanto, essa adaptação impediu a troca direta de gases pela superfície das plantas. Como resultado, desenvolveram-se poros nas superfícies externas das plantas que permitiram a absorção de dióxido de carbono e a liberação de oxigênio. Esses poros, chamados estômatos, podem ser abertos ou fechados dependendo das condições ambientais. Ao contrair células-guarda ao redor dos estômatos, as plantas fecham essas aberturas durante os períodos de seca para evitar a perda excessiva de umidade. Essas adaptações ajudaram a reter água para as plantas terrestres. No entanto, estruturas adicionais foram necessárias para facilitar o transporte de água e nutrientes do solo para as porções superiores da planta. Como resultado, desenvolveu-se tecido vascular que não só serve para transportar água e nutrientes para todas as áreas da planta, mas também pode fornecer suporte estrutural à medida que os caules crescem mais altos e mais fortes.
Para acomodar a reprodução em terra, várias mudanças ocorreram nas estruturas e mecanismos de fertilização e desenvolvimento das plantas. Primeiro, as plantas terrestres desenvolveram gametângios, que são estruturas reprodutivas que protegem gametas e embriões do ambiente hostil fora da planta. Nos machos, essa estrutura é chamada de anterídios, enquanto nas fêmeas é chamada de arquegônia. Para facilitar o transporte de espermatozóides dos anterídios para os óvulos dentro da arquegônia, diferentes estratégias evoluíram. Isso inclui espermatozóides nadando de uma estrutura para outra, sendo carregados pelo vento ou transportados por polinizadores como abelhas e pássaros. O modo específico usado é exclusivo para cada classificação de plantas. Após a fertilização, os óvulos são retidos dentro da arquegônia para proteger e nutrir o embrião em desenvolvimento, ou esporófito.
Outra adaptação reprodutiva importante foi a geração de sementes. Embora nem todas as plantas terrestres sejam semeadas, o uso de sementes é vantajoso por vários motivos. Sem essas estruturas, as plantas requerem ambientes úmidos para transportar gametas de um lugar para outro. Freqüentemente, nessas plantas, os esporos masculinos e femininos têm aproximadamente o mesmo tamanho e ambos viajam. No entanto, as plantas com sementes geralmente contêm pequenos esporos masculinos adaptados para serem altamente móveis, chamados grãos de pólen. O pólen viaja para os gametófitos femininos para depositar espermatozóides diretamente no óvulo. Uma vez que ocorre a fertilização, forma-se uma semente que contém o embrião da planta e um suprimento de nutrientes. Muitas sementes também têm uma camada protetora e são capazes de sobreviver em ambientes secos e se dispersar por longas distâncias. Alguns podem até existir em estado dormente por intervalos prolongados de tempo, "esperando" que as condições ambientais apropriadas desencadeiem a germinação. Essas adaptações criaram espécies de plantas bem adaptadas à vida em ambientes terrestres.
<h4>Principais linhagens de plantas</h4>
Embora existam inúmeras variedades de plantas, todas podem ser divididas em um dos três grupos: não vasculares, vasculares sem sementes e vasculares. As plantas não vasculares são as mais ancestrais e menos complexas, incluindo musgos, hepáticas e hornworts. Como essas plantas não possuem estruturas vasculares e sementes e possuem apenas uma cutícula fina ou nenhuma, elas dependem da água para sobreviver e se reproduzir. Certas espécies podem entrar em dormência durante os períodos secos até que chuvas adicionais facilitem o crescimento ou a reprodução. A falta de estruturas de suporte nessas plantas resulta em formas geralmente baixas, parecendo abraçar a superfície em que estão crescendo. Para se reproduzir, as plantas não vasculares liberam espermatozóides nus que devem nadar através da água circundante até a arquegônia. Embora essas plantas possuam muito poucas das adaptações que outros grupos terrestres possuem, as plantas não vasculares são especializadas em viver no ambiente úmido em que são encontradas.
Em seguida, as plantas vasculares sem sementes incluem samambaias e cavalinhas. Estes podem ser encontrados em habitats úmidos, comumente no sub-bosque de florestas tropicais temperadas. Ao contrário das espécies não vasculares, essas plantas têm uma cutícula mais espessa, estômatos funcionais e tecido vascular que lhes permitem crescer mais alto e transportar ativamente água e nutrientes. As samambaias não têm sementes, mas usam esporos para transportar gametas através da umidade dos anterídios para a arquegônia. Como resultado, essas espécies representam uma linhagem evolutiva intermediária que pode viver em ambientes secos, mas requer condições úmidas para se reproduzir.
O último grupo, plantas vasculares com sementes, inclui todas as espécies restantes. Este grupo é o mais diversificado e ocupa a maior variedade de habitats2. No entanto, todas as espécies são caracterizadas por várias adaptações comuns, incluindo tecido vascular, pólen altamente móvel e sementes. Este grande grupo é dividido em dois subgrupos principais, angiospermas e gimnospermas. As angiospermas incluem todas as plantas com flores e frutíferas, com o pólen transportado pelo vento ou transportado pelos polinizadores3-4. O desenvolvimento de flores e frutos é adaptativo para a distribuição de pólen e sementes. Muitos animais, incluindo abelhas e beija-flores, auxiliam no transporte de pólen de uma flor para outra. Os frutos produzidos por este grupo são extremamente importantes para a dieta de muitos animais, incluindo humanos. Por sua definição biológica, a fruta inclui qualquer estrutura que contenha sementes e seja formada a partir do ovário, abrangendo variedades comumente conhecidas, incluindo maçãs e laranjas, além de produtos como tomates, abacates e pepinos. O consumo ou transporte de frutas por humanos e outros animais pode ajudar a espalhar sementes por grandes distâncias. Em contraste, as gimnospermas são plantas sem flores, incluindo coníferas, cicadáceas e árvores ginkgo. Essas espécies produzem sementes nuas não protegidas por frutas e pólen transportado pelo vento. Tanto as angiospermas quanto as gimnospermas constituem a grande maioria das plantas observadas hoje.
Além das espécies que evoluíram naturalmente ao longo de grandes períodos de tempo, os humanos participaram da seleção artificial e da reprodução de muitas espécies de plantas para uso ou consumo humano. Por exemplo, a planta de mostarda selvagem dentro do grupo Brassica passou por uma extensa seleção artificial para produzir couve, brócolis, couve de Bruxelas, repolho, nabo, couve-rábano e couve-flor. Os humanos também mudaram a paisagem da vida vegetal, introduzindo espécies invasoras em áreas não nativas. Essas espécies geralmente superam os organismos nativos, pois muitas vezes não têm competidores naturais ou predadores no novo ambiente. Um exemplo é o kudzu, uma planta de ervilha com videira que cresce rapidamente e se espalha com eficiência. Kudzu foi intencionalmente introduzido no leste dos Estados Unidos a partir do Sudeste Asiático na tentativa de estabilizar o solo e evitar a erosão perto de estradas e fazendas. No entanto, uma vez introduzido, o kudzu rapidamente superou as espécies nativas, bloqueando a luz e consumindo recursos em excesso. Estima-se agora que o kudzu cause mais de 500 milhões de dólares em danos florestais e agrícolas a cada ano. Os impactos ecológicos desta e de outras espécies invasoras são uma grande preocupação para biólogos e economistas.
<h4>Referências</h4>
<ol class="referências">
	<li>Ziv, C., et al. (2018). 'Papéis multifuncionais da cutícula da planta durante as interações planta-patógeno.' Planta Frontal Sci 9: 1088.</li>
	<li>Gupta, R. e R. Deswal (2014). "As proteínas anticongelantes permitem que as plantas sobrevivam em condições de congelamento." J Biosci 39(5): 931-944.</li>
	<li>Jurgens, A., et al. (2012). 'Conflito polinizador-presa em plantas carnívoras.' Biol Rev Camb Philos Soc 87(3): 602-615.</li>
	<li>Thomann, M., et al. (2013). 'Plantas com flores sob declínio global de polinizadores.' Tendências Plant Sci 18(7): 353-359.</li>
</ol>

Diversidade de plantas

Da água para a terra
O Reino Plantae apareceu pela primeira vez há cerca de 410 milhões de anos, quando as algas verdes fizeram a transição da água para a terra. Embora desafiador, este ...

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Biologia

Evolution

Evolução

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...

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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...

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

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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.

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Plant Adaptations for Land Life

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