Transformeren van de wereld

Voortzetting van de saga van hoe planten Aarde hebben veranderd, dit hoofdstuk volgt de opkomst en diversificatie van de zaadplanten. Fossielen en vergelijkende studies van levende planten bieden aanwijzingen over de herkomst van zaad planten zo'n 360 miljoen jaar geleden. Aangezien deze nieuwe groep van planten werd vastgesteld, zijn zij dramatisch veranderd in de loop van de plant evolutie. We beginnen onze verkenning van de wijze waarop dit zich heeft voorgedaan door te kijken naar de innovatie waarnaar zaadplanten worden genoemd: Zaden.
Een zaad bestaat uit een embryo en de voedselvoorziening, omgeven door een beschermende laag. Volwassen zaden worden verspreid door wind of andere middelen. Zoals we zullen zien, zijn zaden een belangrijke aanpassing die zaadplanten hielpen om de dominante producenten te worden op het land en de overgrote meerderheid van de biodiversiteit van planten te vormen vandaag.
Zaadplanten hebben ook een enorme impact gehad op de menselijke samenleving. Vanaf ongeveer 13.000 jaar geleden begon de mens tarwe, vijgen, maïs telen (gewoonlijk maïs in de Verenigde Staten), bananen en andere wilde zaadplanten. Deze praktijk kwam zelfstandig in verschillende delen van de wereld, met inbegrip van het Nabije Oosten, Oost-Azië, Afrika en Zuid-Amerika. Een bewijsstuk de goed bewaard is gebleven is squash
zaad, dit zaad werd gevonden in een grot in Mexico en dateert tussen de 8.000 en 10.000 jaar geleden. Dit zaad verschilt van wilde squash zaden, wat suggereert dat squash werd gedomesticeerd in die tijd. De domesticatie van zaadplanten, met name angiospermen, produceerde de meest belangrijke culturele verandering in de menselijke geschiedenis, transformeren van de meeste menselijke samenlevingen van zwervende groepen van jagers verzamelaars naar permanente nederzettingen verankerd door de landbouw.
In dit hoofdstuk zullen we eerst de algemene kenmerken onderzoeken van zaadplanten. Dan zullen we kijken naar de kenmerken en de evolutie van naaktzadigen en bedektzadigen.

Zaden en stuifmeelkorrels zijn de belangrijkste aanpassingen voor het leven op het land.

We beginnen met een overzicht van terrestrische aanpassingen die zaadplanten toegevoegd hebben aan de reeks aanpassingen in niet-vasculaire planten (mossen) en pitloze vaatplanten. Naast zaden, zijn de volgende gemeenschappelijk voor alle zaadplanten: verminderde gametofyten, heterospory, eitjes, en stuifmeel. Zoals u zult lezen, voorzien deze aanpassingen zaadplanten van nieuwe manieren om om te gaan met aardse omstandigheden, zoals droogte en de blootstelling aan de ultraviolette (UV) straling in zonlicht. Nieuwe aanpassingen bevrijden zaad planten ook uit het water voor de bevruchting, waardoor de voortplanting tot het kader van een breder scala van omstandigheden zich voordoet dan in zaadloze planten.

De voordelen van verminderd gametofyten

Mossen en andere bryofyten hebben levenscycli gedomineerd door gametofyten, terwijl varens en andere pitloze vasculaire planten sporofyt gedomineerd levenscycli hebben. De evolutionaire ontwikkeling van de gametofyt vermindering ging verder in de vaatplanten die leidde tot zaadplanten. Terwijl de gametofyten van pitloze vaatplanten zichtbaar zijn met het blote oog, zijn de gametofyten van zaadplanten meestal microscopisch klein.
Deze miniaturisatie is toegestaan voor een belangrijke evolutionaire innovatie in zaadplanten: hun kleine gametofyten kunnen ontwikkelen vanuit sporen behouden binnen de sporangia van de ouderlijke sporofyt. Deze regeling beschermt de delicate vrouwelijke (ei-bevattende) gametofyten van het milieu. De vochtige reproductieve weefsels van de sporofyt schild beschermd de gametofyten tegen UV-straling en tegen uitdroging. Deze relatie maakt het ook mogelijk de afhankelijke gametofyten om voedingsstoffen te verkrijgen van de sporofyt. In tegenstelling, moeten de vrijlevende gametofyten van zaadloze planten voor zichzelf zorgen.

Heterospory: De regel onder Zaadplanten

Lees je in het vorige hoofdstuk dat bijna alle planten pitloze homosporous zijn, zij produceren een soort van spore, die meestal aanleiding geeft tot een biseksuele gametofyt. De nauwste verwanten van zaadplanten zijn allemaal homosporous, wat suggereert dat zaadplanten homosporous voorouders hadden. Op een bepaald punt, werden zaadplanten of hun voorouders heterosporous: Megasporangia produceren megaspores die aanleiding geven tot vrouwelijke gametofyten en Microsporangia produceren microsporen die aanleiding geven tot mannelijke gametofyten. Elke megasporangium heeft een functionele megaspore, terwijl elke microsporangium grote aantallen microsporen bevat.
Zoals we al eerder opgemerkten, de miniaturisering van zaadplant gametofyten heeft waarschijnlijk bijgedragen tot het grote succes van deze clade. Vervolgens zullen we kijken naar de ontwikkeling van de vrouwelijke gametofyt binnen een eicel en de ontwikkeling van de mannelijke gametofyt in een stuifmeelkorrel. Dan volgen we de transformatie van een bevruchte eicel in een zaad.

Eitjes en de productie van eieren

Hoewel een paar soorten pitloze planten heterosporous zijn, zijn zaadplanten uniek in het behoud van de megasporangium en megaspore binnen de moeder sporofyt. Een laag van sporofyt weefsel genaamd integument omhult en beschermt de megasporangium. Gymnosperm megasporangia zijn omgeven door een omhulsel, terwijl die in angiospermen meestal twee integumenten hebben. De hele structuur-megasporangium, megaspore, en hun omhulsel (s)-is wel een eitje. Binnen elk eitje (van het Latijnse ovulum, kleine ei), ontwikkelt een vrouwelijke gametofyt vanuit een megaspore en produceert een of meer eieren.

Pollen en productie van sperma

Een microspore ontwikkelt zich tot een stuifmeelkorrel die bestaat uit een mannelijke gametofyt omsloten in het stuifmeel muur. De taaie pollen muur, die het polymeer sporopollenin bevat, beschermt een stuifmeelkorrel als het vervoerd wordt van de ouderplant door de wind of door te liften op het lichaam van een dier. De overdracht van stuifmeel op het deel van een zaadplant dat de zaadknoppen bevat heet bestuiving. Als een stuifmeelkorrel kiemt (begint te groeien), geeft het aanleiding tot een pollenbuis dat sperma afgeeft in de vrouwelijke gametofyt binnen de zaadknop.
Herinner dat in niet-vasculaire planten en pitloze vasculaire planten zoals varens, vrij levende gametofyten flagelated sperma hadden dat moet zwemmen door middel van een film van water om eitjes te bereiken. De afstand dat dit sperma vervoer kan bereiken wordt zelden langer dan een paar centimeter. Daarentegen, in zaadplanten kan een zaadcel-producerende mannelijke gametofyt binnen een stuifmeelkorrel worden gedragen over lange afstanden door de wind of door dieren, waardoor de afhankelijkheid van water voor sperma vervoer minder is. Het sperma van zaadplanten is voorstuwing ook niet nodig, omdat de zaadcellen direct vervoerd worden naar de eieren door pollenbuizen. Levende naaktzadigen leveren het bewijs van de evolutionaire overgang naar nonmotile sperma. Het sperma van sommige gymnosperm soorten behouden de oude flagella staat, maar flagella zijn verloren gegaan in het sperma van de meeste naaktzadigen en alle bedektzadigen.

Het evolutionaire voordeel van Seeds

Als een zaadcel een eicel bevrucht van een zaadje plant, groeit de zygote uit tot een sporofyt embryo. Het eitje ontwikkelt zich tot een zaadje: het embryo, samen met een voedselvoorziening, verpakt in een beschermende jas afgeleid van de omhulling.
Tot de komst van zaden, was de spore de enige beschermende fase in elke plant levenscyclus. Mos sporen kunnen zelfs overleven als het plaatselijke milieu te koud, te warm of te droog wordt voor de mossen om zelf te leven. Hun kleine formaat maakt het mos sporen mogelijk om verspreid te worden in een slapende toestand naar een nieuw gebied, waar ze kunnen ontkiemen en aanleiding geven tot nieuwe mos gametofyten indien en wanneer de omstandigheden gunstig genoeg zijn voor hen om kiemrust te doorbreken. Sporen waren de belangrijkste manier waarop mossen en andere pitloze planten verdeeld werden over de aarde voor de eerste 100 miljoen jaar van plantaardig leven op het land.
Hoewel mossen en andere pitloze planten zeer succesvol blijven vandaag, vormen zaden een belangrijke evolutionaire innovatie die hebben bijgedragen aan de opening van nieuwe manieren van leven voor zaaizaad planten. Welke voordelen hebben zaden meer dan sporen? Sporen zijn meestal eencellige, terwijl zaden een meercellige laag hebben van weefsel, de zaadhuid, die extra bescherming biedt aan het embryo. In tegenstelling tot de sporen, hebben zaden ook een aanbod van levensmiddelen in de kast. Dit maakt een slapend zaad levensvatbaat dagen, maanden of zelfs jaren nadat ze zijn vrijgesteld van de ouderplant. (De meeste sporen hebben een veel kortere levensduur.) Onder gunstige omstandigheden, zal het zaad dan kan ontkiemen met haar opgeslagen voedsel dat voorziet in de kritische steun voor de groei als de sporofyt embryo naar voren komt als een zaailing.