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34.1: Introdução à Diversidade de Plantas
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Introduction to Plant Diversity
 
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34.1: Introduction to Plant Diversity

34.1: Introdução à Diversidade de Plantas

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.

Da Água para a Terra

O reino Plantae apareceu pela primeira vez há cerca de 410 milhões de anos, quando algas verdes transitaram da água para a terra. Esta terra era um ambiente relativamente não colonizado com amplos recursos. Ambientes terrestres também ofereciam mais luz e dióxido de carbono, exigidos pelas plantas para crescer e sobreviver.

No entanto, as diferenças acentuadas entre a terra e o mar representaram um desafio formidável para as espécies colonizadoras iniciais, provocando muitas novas adaptações que resultaram na grande variedade de formas vegetais observadas hoje.

Uma adaptação inicial foi o desenvolvimento de um revestimento encerado externo, chamado cutícula. As cutículas servem para proteger as plantas da dessecação, prendendo humidade no interior. No entanto, essa adaptação impediu a troca direta de gases pela superfície das plantas. Como resultado, desenvolveram-se os poros nas superfícies externas das plantas que permitiram a absorção de dióxido de carbono e a libertação de oxigénio.

Foram necessárias estruturas adicionais para facilitar o transporte de água e nutrientes do solo para as porções superiores da planta. Como resultado, desenvolveu-se o tecido vascular que serve não só para transportar água e nutrientes para todas as áreas da planta, mas também para fornecer suporte estrutural à medida que os caules se tornam mais altos e mais fortes.

Para acomodar a reprodução em terra, as plantas terrestres desenvolveram gametângios - estruturas reprodutivas que protegem gâmetas e embriões do ambiente severo fora da planta. No sexo masculino, essa estrutura é chamada de anterídeo, enquanto que nas fêmeas, é chamada de arquegónio.

Diferentes estratégias evoluíram para facilitar o transporte de esperma do anterídeo para os óvulos dentro do arquegónio. Estes incluem esperma a nadar de uma estrutura para outra, a ser transportado pelo vento, ou a ser transportado por polinizadores como abelhas e pássaros. O modo específico utilizado é exclusivo para cada classe de plantas. Após a fertilização, os óvulos são retidos dentro do arquegónio para proteger e nutrir o embrião em desenvolvimento, ou esporófito.

Outra grande adaptação reprodutiva foi a criação de sementes. Embora nem todas as plantas terrestres tenham sementes, as sementes são vantajosas por muitas razões. Sem essas estruturas, as plantas exigem ambientes húmidos para transportar gâmetas de um local para outro. Muitas vezes em plantas sem sementes, esporos masculinos e femininos são aproximadamente do mesmo tamanho e ambos viajam. No entanto, as plantas com sementes geralmente contêm pequenos esporos masculinos adaptados para serem altamente móveis, chamados de grãos de pólen, que viajam para gametófitos femininos para depositar esperma diretamente no óvulo. Assim que a fertilização ocorre, uma semente é formada contendo o embrião vegetal e um suprimento de nutrientes.

Essas adaptações criaram espécies vegetais bem adaptadas à vida em ambientes terrestres.

Principais Linhagens de Plantas

Embora existam inúmeras variedades de plantas, todas podem ser divididas em um de três grupos: não vasculares, vasculares sem sementes e vasculares com sementes. Plantas não vasculares são as mais ancestrais e menos complexas, incluindo musgos, hepáticas e antóceros. Em seguida, as plantas vasculares sem sementes incluem samambaias e cavalinhas, e foram o primeiro grupo a evoluir um sistema de transporte vascular. O último grupo, plantas vasculares com sementes, inclui todas as espécies restantes. Este grupo é o mais diverso e ocupa a mais ampla gama de habitats, e é dividido em dois subgrupos principais, angiospérmicas e gimnospérmicas. As angiospérmicas incluem todas as plantas com flores e frutos, com pólen transportado pelo vento ou transportado por polinizadores. As gimnospérmicas são plantas sem flores, incluindo coníferas, cicadófitas e árvores de ginkgo. Essas espécies produzem sementes nuas não protegidas por frutos e pólen transportado pelo vento.


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