Plante cu semințe

Figura 26.1 Plantele cu semințe domină peisajul și joacă un rol enorm și integral în succesul tuturor societăților umane. Iată câteva exemple: (a) Palmierii cresc de-a lungul țărmului, servind în numeroase scopuri pentru hrană, adăpost și chiar transport; (b) grâul este o cultură importantă cultivată în cea mai mare parte a lumii; (c) fructul plantei de bumbac produce fibre care sunt folosite în țesături; (d) alcaloizii puternici ai frumosului mac de opiu au influențat mult timp viața umană atât ca remediu medicinal, cât și ca drog periculos de dependență.

Palmierii luxurianți de pe țărmurile tropicale nu depind de apă pentru împrăștierea polenului, fertilizarea sau supraviețuirea zigotului – spre deosebire de mușchi, hepatice și ferigi care trăiesc în același teren. Acești palmieri sunt plante cu semințe, care s-au eliberat de nevoia de a se baza pe apă pentru nevoile lor de reproducere. Plantele cu semințe joacă un rol esențial în toate aspectele vieții de pe planetă, modelând terenul fizic, influențând clima și menținând viața așa cum o cunoaștem. De milenii, societățile umane au depins de plantele cu semințe pentru nutriție și compușii medicinali. Ceva mai recent, plantele cu semințe au servit ca sursă de produse manufacturate, cum ar fi lemnul și hârtia, coloranții și textilele. Ca exemplu, au fost găsite utilizări multiple pentru fiecare dintre plantele prezentate mai sus. Palmierii furnizează materiale, inclusiv ratan, uleiuri și curmale. Cerealele precum grâul sunt cultivate pentru a hrăni atât populațiile umane, cât și animalele sau sunt fermentate pentru a produce băuturi alcoolice. Fructul florii de bumbac este recoltat sub formă de capsulă, cu fibrele sale transformate în îmbrăcăminte sau pulpă pentru hârtie. Macul de opiu este apreciat atât ca floare ornamentală, cât și ca sursă de compuși opiacei puternici.

Primele plante care au colonizat pământul au fost cel mai probabil legate de strămoșii mușchilor (briofite) moderni, despre care se crede că au apărut acum aproximativ 500 de milioane de ani. Au fost urmate de hepatice (de asemenea briofite) și de plante vasculare primitive – pterofitele – din care descind ferigile moderne. Ciclul de viață al briofitelor și pterofitelor este caracterizat de alternanța generațiilor, care se manifestă și la gimnosperme și angiosperme. Cu toate acestea, ceea ce diferențiază briofitele și pterofitele de gimnosperme și angiosperme este nevoia lor de reproducere pentru apă. Finalizarea ciclului de viață al briofitului și al pterofitului necesită apă, deoarece gametofitul masculin eliberează spermatozoizi flagelati, care trebuie să înoate pentru a ajunge și a fertiliza gametul sau ovulul feminin. După fertilizare, zigotul suferă diviziune celulară și crește într-un sporofit diploid, care, la rândul său, va forma sporangi sau „vase spori”. În sporangi, celulele mamă suferă meioză și produc sporii haploizi. Eliberarea sporilor într-un mediu adecvat va duce la germinare și la o nouă generație de gametofite.

La plantele cu semințe, tendința evolutivă a condus la o generare dominantă de sporofit însoțită de o reducere corespunzătoare a dimensiunii gametofitului de la o structură vizibilă la un grup microscopic de celule închise în țesuturile sporofitului. În timp ce plantele vasculare inferioare, cum ar fi mușchii și ferigile, sunt în mare parte homosporoase (producând un singur tip de spor), toate plantele cu semințe, sau spermatofitele, sunt heterosporoase, producând două tipuri de spori: megaspori (femele) și microspori (masculi). Megasporii se dezvoltă în gametofite feminine care produc ouă, iar microsporii se maturizează în gametofite masculine care generează spermatozoizi. Deoarece maturarea gametofiților depinde de aprovizionarea cu apă și nutrienți din țesutul sporofit dominant, aceștia nu trăiesc liber, așa cum sunt gametofitele plantelor vasculare fără semințe.

Plantele ancestrale heterosporoase fără semințe, reprezentate de plantele moderne, cum ar fi mușchiul cu vârf Selaginella, sunt văzute ca precursori evolutivi ai plantelor cu semințe. În ciclul de viață al Selaginella, sporangiile masculine și feminine se dezvoltă în cadrul aceluiași strobil asemănător tulpinii. În fiecare sporangiu masculin, prin meioză sunt produși mai mulți microspori. Fiecare microspor produce un mic anteridiu conținut într-o carcasă de spori. Pe măsură ce se dezvoltă, este eliberat din strobil și se produc un număr de spermatozoizi flagelati care părăsesc apoi carcasa sporilor. În sporangiul feminin, o singură celulă mamă de megaspori suferă meioză pentru a produce patru megaspori. Gametofitele se dezvoltă în fiecare megaspor, constând dintr-o masă de țesut care mai târziu va hrăni embrionul și câteva arhegonii. Gametofitul feminin poate rămâne în resturile peretelui sporilor din megasporangium până după ce a avut loc fertilizarea și embrionul începe să se dezvolte. Această combinație de embrion și celule nutriționale este puțin diferită de organizarea unei semințe, deoarece endospermul nutritiv dintr-o sămânță este format dintr-o singură celulă, mai degrabă decât mai multe celule.

Atât semințele, cât și polenul disting plantele cu semințe de plantele vasculare fără semințe. Aceste structuri inovatoare au permis plantelor cu semințe să reducă sau să elimine dependența lor de apă pentru fertilizarea gameților și dezvoltarea embrionului și să cucerească uscatul. Boabele de polen sunt gametofite masculine, care conțin sperma (gameții) plantei. Micile celule haploide (1n) sunt învelite într-un strat protector care previne deshidratarea (uscarea) și deteriorarea mecanică. Boabele de polen pot călători departe de sporofitul lor original, răspândind genele plantei. Semințele oferă protecție embrionului, hrănire și un mecanism de menținere a repausului timp de zeci sau chiar mii de ani, asigurând că germinarea poate avea loc atunci când condițiile de creștere sunt optime. Prin urmare, semințele permit plantelor să disperseze generația următoare atât în spațiu, cât și în timp. Cu astfel de avantaje evolutive, plantele cu semințe au devenit cel mai de succes și familiar grup de plante.

Ambele adaptări au extins colonizarea pământului începută de briofite și strămoșii lor. Fosilele plasează cele mai timpurii plante cu semințe distincte la aproximativ 350 de milioane de ani în urmă. Prima înregistrare de încredere a gimnospermelor datează apariția lor din perioada Pennsylvania, cu aproximativ 319 milioane de ani în urmă (Figura 26.2). Gimnospermele au fost precedate de progimnosperme, primele plante cu semințe goale, care au apărut acum aproximativ 380–390 de milioane de ani. Progimnospermele erau un grup de tranziție de plante care semănau superficial cu coniferele (purtători de con) deoarece produceau lemn din creșterea secundară a țesuturilor vasculare; cu toate acestea, ele încă se reproduceau ca niște ferigi, eliberând spori în mediu. Cel puțin unele specii au fost heterospore. Progimnospermele, precum Archaeopteris dispărută (a nu se confunda cu pasărea antică Archaeopteryx), au dominat pădurile din perioada devoniană târzie. Cu toate acestea, în perioada mezozoicului timpuriu (Triasic, c. 240 milioane ani în urmă) și mijlociu (Jurasic, cca. 205 milioane ani în urmă), peisajul era dominat de adevăratele gimnosperme. Angiospermele le-au depășit pe gimnosperme la mijlocul Cretacicului (aproximativ 100 milioane ani în urmă) la sfârșitul erei mezozoice, iar astăzi sunt grupul de plante cel mai abundent și cel mai divers din punct de vedere biologic din majoritatea biomilor terestre.

Figura 26.2 Cronologia plantei. Diverse specii de plante au evoluat în diferite epoci. (credit: United States Geological Survey. Imaginea modificată de la sursă).

Sursa: Biology 2e, by OpenStax, access for free at https://openstax.org. ©2020 Rice University, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu, © 2024 MultiMedia Publishing