SPERMATOFITY LUB FANEROGAMY: CHARAKTERYSTYKA, KLASYFIKACJA, EWOLUCJA - BIOLOGIA - 2026

W espermatofitas lub rośliny kwitnące, znane również jako „roślin nasiennych” są doskonałym monofiletyczny linia roślin należących do grupy lignofitas (zdrewniałe rośliny), i które są sklasyfikowane zarówno okrytonasiennych (rośliny kwitnące) jako nagonasiennych ( drzewa iglaste i tym podobne).

Spermatofity tworzą odrębną grupę od lignofitów dzięki wspólnemu cechowi rozwoju nasion, który w podręcznikach określany jest jako „ewolucyjna nowość” dla tej grupy.

Zdjęcie jabłoni, rośliny spermatofita (źródło: W. carter / CC0, za Wikimedia Commons)

Słowo „spermatofit” dosłownie oznacza „rośliny z nasionami”, ponieważ pochodzi od greckich słów „sperma”, co oznacza nasienie, oraz „fiton”, co oznacza roślinę.

Spermatofity to jedne z najważniejszych organizmów na Ziemi, ponieważ zarówno rośliny okrytonasienne, jak i nagonasienne to dwie niezwykle obfite grupy, niezbędne do funkcjonowania praktycznie wszystkich ekosystemów lądowych.

Jeśli myślisz szybko, rośliny z nasionami są prawdopodobnie najbardziej znaną większości ludzi, nie tylko z punktu widzenia żywieniowego (ponieważ oleje, skrobie i białka pozyskuje się z nasion wielu roślin), ale także z krajobrazowego punktu widzenia.

Spermatofity to gigantyczne sekwoje Kalifornii, duże i liściaste drzewa w lasach deszczowych Amazonii, lilie i róże, ryż, owies, kukurydza, pszenica i jęczmień, wśród tysięcy innych.

Charakterystyka spermatofitów

- Główną cechą spermatofitów czy fanerogamów jest produkcja nasion po zapyleniu, czyli jako produkt powstały w wyniku połączenia dwóch komórek płciowych.

- Są organizmami fotosyntetyzującymi, to znaczy mają chloroplasty, które zawierają chlorofil, dzięki czemu mogą przekształcić energię świetlną promieni słonecznych w użyteczną energię chemiczną.

- Ciało tych warzyw jest podzielone na korzenie, łodygę i liście.

- Niektóre plemniki, okrytozalążkowe, wytwarzają kwiaty, z których pochodzą owoce, czyli te, które zawierają nasiona.

- Nagonasienne nie wytwarzają kwiatów, ale posiadają wyspecjalizowane struktury podtrzymujące nasiona.

- Większość plemników ma dobrze rozwiniętą tkankę naczyniową, złożoną z tkanki ksylemu i tchawicy.

- Są szeroko rozpowszechnione w biosferze, więc zajmują setki różnych siedlisk.

- Mogą mieć tkanki z wtórnym wzrostem lub nie.

Siedlisko

Rośliny kwitnące (okrytozalążkowe) rosną praktycznie w każdym nadającym się do zamieszkania regionie na ziemi (z wyjątkiem lasów iglastych) i mogą nawet dominować w niektórych ekosystemach wodnych. Dlatego są w stanie zamieszkać:

- Pustynie

- Równiny

- Serranías

- Oceany, morza i rzeki

Podobnie rośliny nagonasienne, inne rośliny nasienne, również mają dużą plastyczność w odniesieniu do siedliska, które mogą zajmować, chociaż są bardziej ograniczone do środowisk lądowych i innych niż wodne.

Klasyfikacja i taksonomia

Rośliny nasienne należą do dywizji Spermatophyta. W tym dziale zgrupowane są paprocie z nasionami „paprospermy”, nagonasienne i okrytozalążkowe.

Paprocie nasienne to grupa składająca się głównie z roślin kopalnych, dlatego plemniki często uważa się za rośliny nagonasienne i okrytozalążkowe.

Nagonasienne

Szyszki sosny, nagonasienne (źródło: Sridhar Rao / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) przez Wikimedia Commons)

Słowo „nagonasienne” oznacza „rośliny z nagimi nasionami” (gymnos, co oznacza „nagie” i nasienie, co oznacza „nasienie”).

W zależności od analizowanych badań ta grupa roślin jest grupą „nienaturalną”, gdyż jej członkowie mają pochodzenie parafiletyczne, co oznacza, że ​​nie wszystkie mają tego samego wspólnego przodka; lub jest to grupa monofiletyczna, brat roślin okrytozalążkowych.

- Członkowie grupy spotykają się w tym podziale, ponieważ łączy ich wspólna cecha (apomorfia), że nie produkują kwiatów.

- Ponadto rośliny te mają struktury znane jako „szyszki”, niektóre żeńskie i jeden męski.

- Po zapłodnieniu nasiona nie są otoczone ścianką owocu.

- Mają zwinięte liście, igiełkowate i obfite w woski.

Nagonasienne dzielą się na następujące linie:

- Cycadophyta , linia uważana za najbardziej podstawową

- Ginkgophyta

- Coniferophyta , iglaki

- Gnetophyta lub Gnetales, czasami zaliczane do grupy drzew iglastych

Okrytozalążkowe

Kwiaty rośliny okrytozalążkowej Tetradenia riparia. Conrado / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Przeciwnie, rośliny kwitnące to sprawdzona grupa monofiletyczna, uważana za grupę siostrzaną nagonasiennych. Są to zdecydowanie najbardziej obfita, różnorodna i odnosząca sukcesy grupa roślin, obejmująca ponad 95% wszystkich żyjących obecnie gatunków roślin.

Są też jednymi z najważniejszych roślin dla światowego systemu gospodarczego, ponieważ są wykorzystywane nie tylko do produkcji żywności, ale także do wydobywania różnego rodzaju surowców.

- Wszystkie rośliny okrytonasienne mają kwiaty, zwykle biseksualne (u obu płci ten sam kwiat).

- Jego nasiona są zamknięte w jajniku, który przekształca się w owoc.

- Na ogół wykazują podwójne zapłodnienie.

Rośliny okrytozalążkowe stanowią niezwykle liczną i zróżnicowaną grupę, której klasyfikacja jest przedmiotem badań wielu specjalistów w tej dziedzinie, dlatego istnieją pewne rozbieżności między jedną a drugą klasyfikacją. Jednak jednym z najbardziej akceptowanych jest to, że ta grupa obejmuje klady:

- Amborellales

lub Nymphaeales

- Austrobaileyales

- Magnolides

lub Laurales

lub Magnoliales

lub Canellales

o Piperales

o Monocotyledons

• Petrosavials
• Acorales
• Alismatales
• Szparagi
• Dioscoreales
• Liliales
• Pandanales

lub Commelinidos

• Arecales
• Commelinales
• Zingiberales
• Poales

lub Eudicotyledons

• Buxales
• Trochodendrales
• Ranunculales
• Białka
• Berberidopsidales
• Dillenials
• Gunnerales
• Caryophyllales
• Santalales
• Saxifragales
• Rosides
• Istotny
• Crossosomatales
• Geraniales
• Myrtales
• Zygophyllales
• Celastrales
• Cucurbitals
• Fabales
• Fagales
• Malpighiales
• Szczawiowy
• Rosales
• Sady
• Brassicales
• Malvales
• Sapindales
• Asterids
• Cornales
• Ericales
• Garryales
• Gentianales
• Lamiales
• Solanales
• Apiales
• Aquifoliales
• Asterales
• Dipsacales

Cykl życia i rozmnażanie

Cykl życiowy spermatofitów jest znany jako „zarodnik”, w którym przeważa sporofit i wytwarzane są nasiona, a gametofit, w przeciwieństwie do innych grup roślin, jest redukowany w zalążku lub ziarnie pyłku.

Przemiana pokoleń

Z tego wynika, że ​​wszystkie rośliny z nasionami mają przemianę pokoleń, jedną gametofityczną i drugą sporofityczną, ale gametofit rozwija się tylko wtedy, gdy rośliny osiągną dojrzałość lub etap reprodukcji.

Sporofity to te, które posiadają wyspecjalizowane struktury, w których wytwarzane są gametofity żeńskie i męskie. Mikrosporangia produkują ziarna pyłku (samce), a megasporangie wytwarzają megaspory lub zalążki (samice).

W niektórych przypadkach zarówno megasporangium, jak i mikrosporangium znajdują się u różnych osobników lub struktur (nagonasienne), ale generalnie u większości roślin oba mają tę samą strukturę znaną jako kwiat (okrytozalążkowe).

Kwiaty

Kwiat jest wyspecjalizowaną strukturą do rozmnażania i wyrasta z łodygi jako „przedłużenie” korpusu rośliny.

Megasporangium zawarte w kwiatach ma „pojemnik” (jajnik), który służy do przyjmowania ziaren pyłku, które są wytwarzane przez mikrosporangium (z tego samego kwiatu lub z różnych kwiatów).

Zalążki w jajniku zawierają wszystkie niezbędne składniki odżywcze wspomagające rozwój zarodka, nasion i owocu, proces zachodzący po zapyleniu i zapłodnieniu zalążka ziarnem pyłku.

Wytworzone w ten sposób nasiona można rozproszyć na różne sposoby, a po wykiełkowaniu tworzą nowy sporofit, który może powtórzyć cykl życiowy.

Przykłady gatunków spermatofitów

Spermatofity to niezwykle różnorodne rośliny o bardzo różnych cyklach życiowych, kształtach, rozmiarach i sposobach życia.

Do tej grupy należą wszystkie znane nam kwitnące rośliny, praktycznie wszystkie rośliny, które spożywamy jako pokarm oraz wielkie i majestatyczne drzewa, które tworzą lasy i dżungle, które wspierają życie zwierząt.

- Jabłko, typowe dla sezonu jesiennego w wielu krajach sezonowych, należy do gatunku Malus domestica , należy do rejonu Magnoliophyta i rzędu Rosales.

- Pinus mugo to gatunek sosny krzewiastej rosnącej w Alpach, z którego pozyskuje się niektóre związki o właściwościach wykrztuśnych, przeciwastmatycznych i dezynfekujących.

- Chleb, który człowiek codziennie spożywa, składa się z mąki produkowanej z nasion pszenicy, gatunku okrytozalążkowego należącego do rodzaju Triticum i nazywanego Triticum aestivum .

Ewolucja spermatofitów

Ewolucja roślin nasiennych jest ściśle związana z ewolucją dwóch struktur: nasion i ziaren pyłku.

- Ewolucja nasion

Ewolucja nasion to proces, który przebiegał w kilku etapach, ale dokładna kolejność tego samego nie jest znana i mogło się zdarzyć, że dwa lub więcej wystąpiło w tym samym czasie. Następnie przedstawiono „etapy” ewolucji nasion, jak proponują niektórzy autorzy:

1-Heterosporia

Termin odnosi się do tworzenia dwóch rodzajów haploidalnych zarodników (z połową ładunku chromosomalnego rośliny, która dała im początek) wewnątrz dwóch różnych zarodni

- Megaspory: duże i małe, wytwarzane przez mejozę w strukturze znanej jako megasporangium. Każda megaspora rozwija się wewnątrz żeńskiego gametofitu, w którym znajduje się archegonia.

- Mikrospory: mejotyczne produkty mikrosporangium. Mikrospory pochodzą z męskiego gametofitu, w którym znajdują się antheridia.

Uważa się, że jest to jeden z podstawowych „etapów” ewolucji spermatofitów, ponieważ stan przodków obejmował homosporium, czyli produkcję tylko jednego rodzaju zarodników (równych zarodników).

2-Endosporia

Oprócz powstania dwóch różnych typów zarodników, u plemników rozwinęła się inna choroba zwana endosporią, która polega na całkowitym rozwoju żeńskiego gametofitu wewnątrz pierwotnej ściany zarodnika.

Stan przodków jest znany jako „egzosporia” i ma związek z kiełkowaniem zarodników i ich wzrostem jako zewnętrznego gametofitu.

3-Zmniejszenie liczby megasporów

Rośliny nasienne charakteryzują się produkcją pojedynczego megaspora, co uważa się za cechę, która ewoluowała na dwa sposoby.

Początkowo musieli zdobyć umiejętność zmniejszania liczby komórek mejozy w megasporangium do tylko jednej; Należy zauważyć, że każda z tych komórek jest znana jako komórka macierzysta megasporocytów lub megasporów.

Po mejozie pojedynczy diploidalny megasporocyt daje początek 4 haploidalnym megasporom. Trzy z tych megasporów „przerywają”, pozostawiając pojedynczy funkcjonalny megaspor, który powiększa się, co jest skorelowane ze wzrostem rozmiaru i zasobów odżywczych w megasporze.

4-Retencja megaspory

Jednym z warunków lub cech przodków spermatofitów jest to, że megaspora jest uwalniana z megasporangium, co uległo zmianie w tej grupie, ponieważ w tych roślinach megaspora, raz wyprodukowana, jest zatrzymywana w megasporangium.

Tej nowej ewolucyjnej „akwizycji” towarzyszyło z kolei zmniejszenie grubości ściany komórkowej megasporów.

5-Ewolucja powłoki

Wielu autorów uważa to za jedno z ostatnich wydarzeń, jakie miały miejsce podczas ewolucji roślin nasiennych. Jest to „pokrycie” megasporangium specjalną tkanką zwaną powłoką, która otacza je prawie całkowicie, z wyrazem dystalnego końca.

Powłoka wyrasta z podstawy megasporangium, które w wielu tekstach można nazwać nucela.

Z zapisów kopalnych wynika, że ​​powłoka początkowo wyewoluowała jako dwa oddzielne płaty, jednak wszystkie rośliny nasienne, które istnieją obecnie, mają powłokę składającą się z ciągłego pokrycia otaczającego nukelę, z wyjątkiem mikropyle, który jest skrajnym dystalny.

Mikropyl jest miejscem przedostawania się ziaren pyłku lub łagiewki pyłkowej podczas zapłodnienia megaspory, więc aktywnie uczestniczy w tym procesie.

- Ewolucja ziaren pyłku

Ewolucji nasion bezpośrednio towarzyszyła ewolucja ziaren pyłku, ale czym jest ziarno pyłku?

Ziarno pyłku jest niedojrzałym endosporycznym gametofitem męskim. Endosporium w tych strukturach ewoluowało w podobny sposób do tego, co działo się w nasionach, ponieważ obejmowało rozwój męskiego gametofitu w ścianach zarodnika.

Są niedojrzałe, ponieważ po uwolnieniu nie są jeszcze w pełni zróżnicowane.

W przeciwieństwie do innych rodzajów roślin i jak omówiono powyżej, ziarna pyłku bardzo różnią się od megasporów. Są to niezwykle małe męskie gametofity, które składają się z kilku komórek.

Po uwolnieniu z mikrosporangium ziarna pyłku muszą zostać przetransportowane do mikropylu zalążka w celu zapłodnienia. Rodowity charakter zapylenia był anemofilny (zapylanie przez wiatr).

Po kontakcie z komórką jajową męski gametofit kończy swój rozwój, dzieląc się przez mitozę i różnicując. Z tego wyrasta egzosporyczna łagiewka pyłkowa (poza zarodnikiem), która działa jako organ wchłaniający składniki odżywcze wokół tkanki sporofitycznej.

Łagiewka pyłkowa

Wszystkie dzisiejsze rośliny nasienne mają męskie gametofity zdolne do tworzenia łagiewki pyłkowej wkrótce po kontakcie z tkanką megaspory (nucela). Tworzenie łagiewki pyłkowej jest znane jako syfonogamia.

Oprócz pełnienia funkcji organu wchłaniającego pokarm, łagiewka pyłkowa służy także do dostarczania plemników do „jajeczka” komórki jajowej.

Bibliografia

1. Merriam-Webster. (nd). Spermatofit. W słowniku Merriam-Webster.com. Pobrano 7 kwietnia 2020 r. Z merriam-webster.com
2. Nabors, MW (2004). Wprowadzenie do botaniki (nr 580 N117i). Osoba.
3. Simpson, MG (2019). Systematyka roślin. Prasa akademicka.
4. Raven, PH, Evert, RF i Eichhorn, SE (2005). Biologia roślin. Macmillan.
5. Westoby, M. i Rice, B. (1982). Ewolucja roślin nasiennych i włącznie z przystosowaniem tkanek roślinnych. Ewolucja, 36 (4), 713-724.