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34.1: Einführung in die Pflanzenvielfalt
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Introduction to Plant Diversity
 
PROTOKOLLE

34.1: Introduction to Plant Diversity

34.1: Einführung in die Pflanzenvielfalt

From Water to Land

Kingdom Plantae first appeared about 410 million years ago as green algae transitioned from water to land. This land was a relatively uncolonized environment with ample resources. Terrestrial environments also offered more light and carbon dioxide, required by plants to grow and survive.

However, the stark differences between land and sea posed a formidable challenge to early colonizing species prompting many new adaptations that have resulted in the wide variety of plant forms observed today.

One early adaptation was the development of an outer waxy coating, called a cuticle. Cuticles serve to protect plants from desiccation, by trapping moisture inside. However, this adaptation prevented the direct exchange of gases across the surface of plants. As a result, pores developed on the outer surfaces of plants that allowed the absorption of carbon dioxide and release of oxygen.

Additional structures were necessary to facilitate the transport of water and nutrients from soil to the superior portions of the plant. As a result, vascular tissue developed that not only serves to transport water and nutrients to all areas of the plant but also provided structural support as stems grow taller and stronger.

To accommodate reproduction on land, terrestrial plants developed gametangia - reproductive structures that protect gametes and embryos from the harsh environment outside the plant. In males, this structure is called the antheridia, while in females, it is called the archegonia.

Different strategies evolved to facilitate the transport of sperm from the antheridia to the eggs within the archegonia. These include sperm swimming from one structure to the next, being carried by the wind, or being transported by pollinators like bees and birds. The specific mode used is unique to each classification of plants. Following fertilization, eggs are retained within the archegonia to protect and nourish the developing embryo, or sporophyte.

Another major reproductive adaptation was the generation of seeds. Though not all terrestrial plants are seeded, seeds are advantageous for many reasons. Without these structures, plants require moist environments to transport gametes from one place to another. Often in seedless plants, male and female spores are approximately the same size and both travel. However, seeded plants generally contain small male spores adapted to be highly mobile, called pollen grains, which travel to female gametophytes to deposit sperm directly to the egg. Once fertilization occurs, a seed forms that contains the plant embryo and a supply of nutrients.

These adaptations have created plant species well adapted to life in terrestrial environments.

Major Lineages of Plants

Though countless varieties of plants now exist, all can be divided into one of three groups: non-vascular, vascular seedless, and vascular seeded. Non-vascular plants are the most ancestral and least complex, including mosses, liverworts, and hornworts. Next, the vascular seedless plants include ferns and horsetails, and were the first group to evolve a vascular transport system. The last group, vascular seeded plants, includes all remaining species. This group is the most diverse and occupies the broadest range of habitats, and is split into two major sub-groups, angiosperms, and gymnosperms. Angiosperms include all flowering and fruiting plants, with pollen carried by the wind or transported by pollinators. Gymnosperms are non-flowering plants, including conifers, cycads, and ginkgo trees. These species produce bare seeds not protected by fruit and pollen carried by wind.

Vom Wasser ins Land

Kingdom Plantae tauchte zum ersten Mal vor etwa 410 Millionen Jahren auf, als Grünalgen von Wasser zu Land überging. Dieses Land war eine relativ unkolonisierte Umgebung mit reichlich Ressourcen. Terrestrische Umgebungen boten auch mehr Licht und Kohlendioxid, das von Pflanzen benötigt wird, um zu wachsen und zu überleben.

Die krassen Unterschiede zwischen Land und Meer stellten jedoch eine gewaltige Herausforderung für die frühe Kolonisierung von Arten dar, die viele neue Anpassungen hervorbrachten, die zu der Vielzahl der heute beobachteten Pflanzenformen geführt haben.

Eine frühe Anpassung war die Entwicklung einer äußeren wachsartigen Beschichtung, die als Nagelhaut bezeichnet wird. Nagelhaut dient dazu, Pflanzen vor Austrocknung zu schützen, indem sie Feuchtigkeit im Inneren einfangen. Diese Anpassung verhinderte jedoch den direkten Austausch von Gasen über die Pflanzenoberfläche. Als Ergebnis entwickelten sich Poren auf den äußeren Oberflächen von Pflanzen, die die Aufnahme von Kohlendioxid und die Freisetzung von Sauerstoff ermöglichten.

Zusätzliche Strukturen waren notwendig, um den Transport von Wasser und Nährstoffen vom Boden zu den oberen Teilen der Pflanze zu erleichtern. Als Ergebnis entwickelte sich Gefäßgewebe, das nicht nur dazu dient, Wasser und Nährstoffe in alle Bereiche der Pflanze zu transportieren, sondern auch strukturelle Unterstützung bietet, wenn die Stiele immer größer und stärker werden.

Um die Fortpflanzung an Land unterzubringen, entwickelten terrestrische Pflanzen Gametangia - Fortpflanzungsstrukturen, die Gameten und Embryonen vor der rauen Umgebung außerhalb der Pflanze schützen. Bei Männern wird diese Struktur als Antheridia bezeichnet, bei Weibchen die Archegonie.

Verschiedene Strategien entwickelten sich, um den Transport von Spermien aus der Antheridie zu den Eiern innerhalb der Archegonie zu erleichtern. Dazu gehören Spermien, die von einer Struktur zur nächsten schwimmen, vom Wind getragen werden oder von Bestäubern wie Bienen und Vögeln transportiert werden. Der verwendete spezifische Modus ist für jede Klassifizierung der Pflanzen eindeutig. Nach der Befruchtung werden die Eier innerhalb der Archegonie zurückgehalten, um den sich entwickelnden Embryo oder Sporophyten zu schützen und zu nähren.

Eine weitere wichtige Reproduktionsanpassung war die Erzeugung von Samen. Obwohl nicht alle terrestrischen Pflanzen gesät sind, sind Samen aus vielen Gründen vorteilhaft. Ohne diese Strukturen benötigen Pflanzen feuchte Umgebungen, um Gameten von einem Ort zum anderen zu transportieren. Oft sind männliche und weibliche Sporen in samenlosen Pflanzen ungefähr gleich groß und beide reisen. Jedoch, Samenpflanzen enthalten in der Regel kleine männliche Sporen angepasst, um hoch beweglich zu sein, genannt Pollenkörner, die zu weiblichen Gametophyten reisen, um Spermien direkt in das Ei zu deponieren. Nach der Befruchtung bildet sich ein Samen, der den Pflanzenembryon und eine Nährstoffzufuhr enthält.

Diese Anpassungen haben Pflanzenarten geschaffen, die gut an das Leben in terrestrischen Umgebungen angepasst sind.

Hauptlinien von Pflanzen

Obwohl es inzwischen unzählige Pflanzensorten gibt, lassen sich alle in eine von drei Gruppen einteilen: nicht-vaskuläre, vaskuläre kernlose und vaskuläre Samen. Nicht-vaskuläre Pflanzen sind die angestammtesten und am wenigsten komplex, einschließlich Moose, Leberwürze, und Hornwürze. Als nächstes umfassen die vaskulären samenlosen Pflanzen Farne und Schachtelhalm und waren die erste Gruppe, die ein Gefäßtransportsystem entwickelte. Die letzte Gruppe, vaskuläre Samenpflanzen, umfasst alle verbleibenden Arten. Diese Gruppe ist die vielfältigste und nimmt die breiteste Palette von Lebensräumen ein und ist in zwei große Untergruppen unterteilt, Angiospermen und Gymnospermen. Angiospermen umfassen alle blühenden und fruchtenden Pflanzen, mit Pollen, die vom Wind getragen oder von Bestäubern transportiert werden. Gymnosperms sind nicht blühende Pflanzen, einschließlich Nadelbäume, Cycads und Ginkgobäume. Diese Arten produzieren nackte Samen, die nicht durch Früchte und Pollen geschützt sind, die von Wind getragen werden.


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