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

До того, как растения колонизировали сушу с моря, континенты были бесплодными. Сейчас на суше живут миллионы видов микробов, растений и животных, и все это стало возможным благодаря эволюции наземных растений. Чтобы понять эту ошеломляющую трансформацию, нам нужно понять, что именно представляют собой растения и как они эволюционировали, чтобы справиться с проблемами жизни на суше. 
Есть определенные характеристики, которые разделяют все растения, от самых высоких деревьев до самого мелкого мха. Во-первых, все растения являются многоклеточными эукариотами. Во-вторых, растения производят фотосинтетический пигмент хлорофилл в органеллах, называемых хлоропластами, что позволяет им производить собственную пищу, используя энергию солнца. В-третьих, все растения имеют клетки, которые окружены стенками из целлюлозы. Наконец, все растения имеют жизненный цикл, характеризующийся чередованием поколений, определяемым как переход между гаплоидными и диплоидными многоклеточными стадиями в течение жизненного цикла. В данном случае поколения относятся к двум различным многоклеточным фазам в жизненном цикле. Одной из фаз является гаплоидный гаметофит. Гаметофит производит гаметы путем митоза, которые сливаются во время оплодотворения с образованием диплоидной клетки, которая затем подвергается митозу, чтобы развиться в спорофит. Спорофит, в свою очередь, продуцирует гаплоидные споры путем миоза, завершая цикл, давая начало новым гаметофитам. 
Хотя все растения имеют общие характеристики, существуют резкие различия между различными линиями растений в том, как проявляются некоторые из этих характеристик. Давайте рассмотрим это разнообразие. Наземные растения делятся на три большие группы: бессосудистые растения, бессемянные сосудистые растения и семенные растения. Каждая из этих групп содержит многие тысячи видов. 
Мхи относятся к отделу Bryophyta. Эти относительно простые растения имеют три основные характеристики: отсутствие сосудистой ткани, гаметофит является доминирующей свободноживущей стадией их жизненного цикла, а спорофит маленький, неразветвленный и зависит от гаметофита в питании. 
Следующей крупной группой наземных растений были бессемянные сосудистые растения, представленные здесь подразделением Monilophyta. К этой группе относятся папоротники и хвощи. Эти растения имеют истинную сосудистую ткань, но не производят семян, как другие сосудистые растения. Спорофит доминантный и разветвленный с восковой кутикулой и порами листьев, называемыми устьицами, которые регулируют газообмен. Гаметофит намного меньше, но у большинства представителей этой группы он ведет свободный образ жизни. Спорам и сперме папоротника требуется жидкая вода для рассеивания. Обширная корневая система и сосудистые ткани являются ключевыми инновациями в бессемянных сосудистых растениях, которые обеспечивают структурную поддержку и позволяют эффективно собирать воду из почвы. 
Семенные растения были следующей крупной группой, которая эволюционировала. В этой группе есть две основные линии: голосеменные и покрытосеменные. Несмотря на то, что они различаются во многих деталях, все семена голосеменных и покрытосеменных состоят из зародыша и запаса пищи, который окружен защитной оболочкой, называемой оболочкой семени. Запас продуктов питания обеспечивает рассаду ресурсами до тех пор, пока она не сможет прокормить себя сама. К голосеменным относятся знакомые деревья, такие как сосны, ели и гинкго. Спорофит является доминирующей стадией жизненного цикла у голосеменных растений. Гаметофиты очень мелкие и растут на мужских или женских шишках. Ветер переносит мужские гаметофиты, называемые пыльцевыми зернами, к женским гаметофитам. После оплодотворения женская структура, называемая семяпочкой, развивается в семя. Покрытосеменные, или цветковые растения, были следующей группой семенных растений, которые эволюционировали. Эта группа является наиболее распространенной и богатой видами группой растений, включающей в себя многие знакомые растения и деревья, такие как лилии, дубы и яблони. Как и голосеменные растения, спорофиты покрытосеменных крупных и свободноживущих, а гаметофиты очень малы и разделены на мужские и женские формы. Но в отличие от голосеменных растений, разнообразные животные могут опылять цветы не только ветром, но и собирать пыльцу, когда они посещают цветы, и распределять ее, когда уходят в гости к другим. После опыления и оплодотворения завязь развивается в плод, который содержит семена. 
Мы завершили наш упрощенный тур по разнообразию растений, в котором были выделены некоторые ключевые особенности растений от сосудистой ткани до эволюции фруктов. В совокупности эти адаптации позволили растениям доминировать в большинстве наземных биомов. В этой лаборатории вы будете исследовать разнообразие растений, изучая образцы различных основных линий растений и наблюдая за их структурой как в лабораторных, так и в полевых условиях.

Разнообразие растений

<h4>Из воды на сушу</h4>
Царство Plantae впервые появилось около 410 миллионов лет назад, когда зеленые водоросли перешли из воды на сушу. Несмотря на то, что этот переход был сложным, он принес пользу ранним колонизаторам в нескольких отношениях. Первоначально большинство живых организмов (включая растения и животных) обитали в океане, что делало водную среду переполненной и высококонкурентной. В отличие от этого, земля была относительно неколонизированной средой с достаточными ресурсами и практически без хищников или конкурентов. Наземная среда также предлагает больше света и углекислого газа, необходимых растениям для роста и выживания. Соответственно, созрели новые наземные ниши с возможностью для появления первых полуводных водорослей, которые перешли в сухую среду.
Тем не менее, резкие различия между сушей и морем представляли собой серьезную проблему для ранних колонизаторов. Эти проблемы вызвали множество новых адаптаций, которые привели к широкому разнообразию форм растений, наблюдаемых сегодня. Адаптация к жизни на суше потребовала фундаментальных изменений в структуре, репродуктивных стратегиях, питании и защитных механизмах видов растений. Например, водные растения обычно полагаются на жидкую среду для прямого поглощения воды и питательных веществ, плавучесть для физической поддержки и транспортировку гамет через воду для удобрения. Для наземных растений эти стратегии стали невозможными. Такие препятствия для жизни на суше сыграли решающую роль в ранней эволюции наземных растений и продолжают формировать их эволюцию сегодня.
Одной из ранних адаптаций была разработка внешнего воскового покрытия, называемого кутикулой1. Кутикула служит для защиты растений от высыхания или чрезмерного высыхания, задерживая влагу внутри. Однако это приспособление препятствовало прямому обмену газов на поверхности растений. В результате на внешних поверхностях растений образовались поры, которые позволили поглощать углекислый газ и выделять кислород. Эти поры, называемые устьицами, могут быть открыты или закрыты в зависимости от условий окружающей среды. Сжимая защитные клетки, окружающие устьица, растения закрывают эти отверстия в засушливые периоды, чтобы предотвратить чрезмерную потерю влаги. Эти приспособления помогли сохранить воду для наземных растений. Тем не менее, были необходимы дополнительные структуры, чтобы облегчить транспортировку воды и питательных веществ из почвы к верхним частям растения. В результате развивается сосудистая ткань, которая не только служит для транспортировки воды и питательных веществ ко всем частям растения, но и может обеспечивать структурную поддержку по мере того, как стебли становятся выше и сильнее.
Чтобы приспособиться к размножению на суше, произошло несколько изменений в структурах и механизмах удобрения и развития растений. Во-первых, у наземных растений развились гаметангии, которые представляют собой репродуктивные структуры, защищающие гаметы и эмбрионы от суровой окружающей среды за пределами растения. У самцов эта структура называется антеридией, а у самок – архегония. Чтобы облегчить транспортировку сперматозоидов из антеридий к яйцеклеткам в пределах архегонии, были разработаны различные стратегии. К ним относятся сперматозоиды, перелетающие с одной структуры на другую, переносимые ветром или переносимые опылителями, такими как пчелы и птицы. Конкретный используемый режим уникален для каждой классификации растений. После оплодотворения яйцеклетки сохраняются в архегонии для защиты и питания развивающегося эмбриона, или спорофита.
Еще одной важной репродуктивной адаптацией было образование семян. Несмотря на то, что не все наземные растения выращиваются семенами, использование семян выгодно по многим причинам. Без этих структур растениям требуется влажная среда для транспортировки гамет с одного места на другое. Часто у таких растений мужские и женские споры имеют примерно одинаковый размер и обе путешествуют. Тем не менее, семенные растения обычно содержат небольшие мужские споры, приспособленные к высокой подвижности, называемые пыльцевыми зернами. Пыльца перемещается к женским гаметофитам, чтобы отложить сперматозоиды непосредственно в яйцеклетке. После того, как происходит оплодотворение, образуется семя, которое содержит зародыш растения и запас питательных веществ. Многие семена также имеют защитную оболочку и способны выживать в засушливых условиях и распространяться на большие расстояния. Некоторые из них могут даже существовать в спящем состоянии в течение длительных промежутков времени, «ожидая», когда соответствующие условия окружающей среды спровоцируют прорастание. Эти адаптации создали виды растений, хорошо приспособленные к жизни в наземных условиях.
<h4>Основные линии растений</h4>
Несмотря на то, что в настоящее время существует бесчисленное множество разновидностей растений, все они могут быть разделены на одну из трех групп: несосудистые, бессемянные и сосудистые семенные. Бессосудистые растения являются наиболее предковыми и наименее сложными, включая мхи, печеночники и роголистники. Поскольку у этих растений отсутствуют сосудистые структуры и семена, а также они имеют только тонкую кутикулу или вообще не имеют ее, они зависят от воды, чтобы выжить и размножиться. Некоторые виды могут впадать в спячку в засушливые периоды до тех пор, пока дополнительные осадки не будут способствовать росту или размножению. Отсутствие поддерживающих структур у этих растений приводит к тому, что формы, как правило, низкие, кажется, обнимают поверхность, на которой они растут. Для размножения несосудистые растения выделяют голые сперматозоиды, которые должны проплыть по окружающей воде к архегониям. Хотя эти растения обладают очень небольшим количеством адаптаций, которые есть у других наземных групп, несосудистые растения специализированы для жизни во влажной среде, в которой они находятся.
Далее к сосудистым бессемянным растениям относятся папоротники и хвощи. Их можно найти во влажных средах обитания, обычно в подлеске умеренных тропических лесов. В отличие от бессосудистых видов, эти растения имеют более толстую кутикулу, функционирующую устьицу и сосудистую ткань, которая позволяет им расти выше и активно транспортировать воду и питательные вещества. Папоротники не имеют семян, а вместо этого используют споры для транспортировки гамет через влагу из антеридий в архегонии. В результате, эти виды представляют собой промежуточную эволюционную линию, которая может жить в сухих условиях, но нуждается во влажных условиях для размножения.
Последняя группа, сосудистые семенные растения, включает в себя все остальные виды. Эта группа наиболее разнообразна и занимает самый широкий спектр местообитаний2. Тем не менее, все виды характеризуются несколькими общими адаптациями, включая сосудистую ткань, высокоподвижную пыльцу и семена. Эта большая группа делится на две большие подгруппы: покрытосеменные и голосеменные растения. К покрытосеменным относятся все цветущие и плодоносящие растения, пыльца которых разносится ветром или разносится опылителями3-4. Развитие цветков и плодов адаптивно к распространению пыльцы и семян. Многие животные, в том числе пчелы и колибри, помогают в переносе пыльцы с одного цветка на другой. Фрукты, производимые этой группой, чрезвычайно важны для рациона многих животных, в том числе и человека. Согласно своему биологическому определению, плод включает в себя любую структуру, которая несет семена и формируется из завязи, включая широко известные сорта, включая яблоки и апельсины, в дополнение к таким продуктам, как помидоры, авокадо и огурцы. Потребление или транспортировка фруктов людьми и другими животными может помочь распространению семян на большие расстояния. Напротив, голосеменные растения — это нецветущие растения, включая хвойные деревья, саговники и гинкго. Эти виды производят голые семена, не защищенные плодами и пыльцой, переносимой ветром. Как покрытосеменные, так и голосеменные составляют подавляющее большинство растений, наблюдаемых сегодня.
В дополнение к видам, которые развивались естественным образом в течение больших промежутков времени, люди участвовали в искусственном отборе и разведении многих видов растений для использования или потребления человеком. Например, дикая горчица из группы Brassica подверглась обширному искусственному отбору для получения капусты, брокколи, брюссельской капусты, капусты, репы, кольраби и цветной капусты. Люди также изменили ландшафт растительной жизни, интродуцировав инвазивные виды в неродные районы. Такие виды часто вытесняют аборигенные организмы, так как в новой среде у них часто отсутствуют естественные конкуренты или хищники. Одним из примеров является кудзу, растение виноградного гороха, которое быстро растет и эффективно распространяется. Кудзу был намеренно завезен в восточную часть Соединенных Штатов из Юго-Восточной Азии в попытке стабилизировать почву и предотвратить эрозию вблизи дорог и ферм. Однако, как только кудзу появились, они быстро переросли местные виды, блокируя свет и потребляя чрезмерное количество ресурсов. В настоящее время подсчитано, что кудзу ежегодно наносит ущерб лесному и сельскохозяйственному хозяйству на сумму более 500 миллионов долларов. Экологические последствия этого и других инвазивных видов вызывают серьезную озабоченность как у биологов, так и у экономистов.
<h4>Ссылки</h4>
<ol class="ссылки">
	<li>Зив, К., и др. (2018). «Многофункциональная роль кутикулы растений во время взаимодействия растений и патогенов». Фронт завода Sci 9: 1088.</li>
	<li>Гупта, Р. и Р. Десвал (2014). «Белки-антифризы позволяют растениям выживать в условиях мороза». J Biosci 39(5): 931-944.</li>
	<li>Юргенс, А., и др. (2012). «Конфликт опылителей и жертв у плотоядных растений». Biol Rev Camb Philos Soc 87(3): 602-615.</li>
	<li>Томанн, М., и др. (2013). «Цветущие растения в условиях глобального сокращения численности опылителей». Trends Plant Sci 18(7): 353-359.</li>
</ol>

Из воды на сушу
Царство Plantae впервые появилось около 410 миллионов лет назад, когда зеленые водоросли перешли из воды на сушу. Несмотря на сложность, эта...

Education

JoVE Lab Manual

Biology

Биология

Evolution

Эволюция

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).

Подготовьтесь к преподаванию Разнообразие растений с помощью этого 1-минутного руководства для преподавателей. Охватывает ключевые этапы подготовки для лаборатории Биология на JoVE Lab Manual.

Разнообразие растений | Подготовка преподавателя, материалы и подготовка лаборатории | JoVE Lab Manual

Следуйте пошаговым процедурам Разнообразие растений в этом 6-минутном видео студенческого протокола. Часть коллекции Биология на JoVE Lab Manual.

Разнообразие растений | Студенческий протокол, процедура и результаты | 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