Skip to main content
Global

25.1: الحياة النباتية المبكرة

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    196797

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    المهارات اللازمة للتطوير

    • ناقش تحديات الحياة النباتية على الأرض
    • وصف التعديلات التي سمحت للنباتات باستعمار الأرض
    • وصف الجدول الزمني لتطور النبات وتأثير النباتات الأرضية على الكائنات الحية الأخرى

    تشكل مملكة Plantae مجموعات كبيرة ومتنوعة من الكائنات الحية. هناك أكثر من 300000 نوع من النباتات المفهرسة. ومن بين هذه النباتات، هناك أكثر من 260,000 نبتة بذور. الطحالب والسراخس والصنوبريات والنباتات المزهرة كلها أعضاء في المملكة النباتية. يعتبر معظم علماء الأحياء أيضًا الطحالب الخضراء نباتات، على الرغم من أن آخرين يستبعدون جميع الطحالب من المملكة النباتية. ينبع سبب هذا الخلاف من حقيقة أن الطحالب الخضراء فقط، Charophytes، تشترك في الخصائص المشتركة مع النباتات البرية (مثل استخدام الكلوروفيل a و b plus caroten بنفس نسبة النباتات). هذه الخصائص غائبة في أنواع أخرى من الطحالب.

    اتصال التطور: الطحالب والمسارات التطورية لعملية التمثيل الضوئي

    يعتبر بعض العلماء جميع الطحالب نباتات، بينما يؤكد آخرون أن Charophytes فقط تنتمي إلى مملكة Plantae. ترتبط هذه الآراء المتباينة بالمسارات التطورية المختلفة لعملية التمثيل الضوئي المختارة في أنواع مختلفة من الطحالب. في حين أن جميع الطحالب تقوم بعملية التمثيل الضوئي - أي أنها تحتوي على شكل من أشكال البلاستيدات الخضراء - إلا أنها لم تتحول جميعها إلى عملية التمثيل الضوئي عبر نفس المسار.

    أصبح أسلاف الطحالب الخضراء يقومون بعملية التمثيل الضوئي عن طريق التمثيل الداخلي للبكتيريا الخضراء التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي منذ حوالي 1.65 مليار سنة. تطور هذا الخط الطحلبي إلى الشاروفيت، وفي النهاية إلى الطحالب الحديثة والسراخس والجمنازيوم وكاسيات الحيوانات المنوية. كان مسارهم التطوري مستقيمًا نسبيًا وأحاديًا. وعلى النقيض من ذلك، أصبحت الطحالب الأخرى - الحمراء والبنية والذهبية والخشرية وما إلى ذلك - جميعها عبارة عن عملية التمثيل الضوئي عن طريق الأحداث التكافلية الداخلية الثانوية، أو حتى الثالثة؛ أي أنها خلايا مندمجية داخل الجسم سبق لها أن قامت بالرمز الداخلي للسيانوباكتيريوم. ويتشابه هؤلاء المتأخرون في عملية التمثيل الضوئي مع الشاروفيت من حيث التغذية الذاتية، لكنهم لم يتوسعوا إلى نفس الدرجة التي اتسع بها الشاروفيت، كما أنهم لم يستعمروا الأرض.

    تنشأ وجهات النظر المختلفة حول ما إذا كانت جميع الطحالب عبارة عن نباتات من كيفية النظر إلى هذه المسارات التطورية. العلماء الذين يتتبعون الخطوط المستقيمة التطورية فقط (أي بشكل أحادي)، يعتبرون الشاروفيتات فقط نباتات. بالنسبة لعلماء الأحياء الذين يطرحون شبكة واسعة فوق الكائنات الحية التي تشترك في خاصية مشتركة (في هذه الحالة، حقيقيات النواة الضوئية)، فإن جميع الطحالب هي نباتات.

    رابط إلى التعلم

    انتقل إلى هذا الموقع التفاعلي للحصول على عرض أكثر تعمقًا لـ Charophytes.

    تكيفات النبات مع الحياة على الأرض

    عندما تكيفت الكائنات الحية مع الحياة على الأرض، كان عليها مواجهة العديد من التحديات في البيئة الأرضية. تم وصف الماء بأنه «مادة الحياة». الجزء الداخلي للخلية عبارة عن حساء مائي: في هذه الوسيلة، تذوب معظم الجزيئات الصغيرة وتنتشر، وتحدث غالبية التفاعلات الكيميائية لعملية التمثيل الغذائي. يشكل الجفاف أو الجفاف خطرًا دائمًا على الكائن الحي المعرض للهواء. حتى عندما تكون أجزاء النبات قريبة من مصدر للمياه، فمن المحتمل أن تجف الهياكل الهوائية. يوفر الماء أيضًا الطفو للكائنات الحية. على الأرض، تحتاج النباتات إلى تطوير الدعم الهيكلي في وسط لا يعطي نفس الرفع مثل الماء. يخضع الكائن الحي أيضًا للقصف بالإشعاع المطفر، لأن الهواء لا يقوم بتصفية الأشعة فوق البنفسجية لأشعة الشمس. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تصل الأمشاج الذكورية إلى الأمشاج الأنثوية باستخدام استراتيجيات جديدة، لأن السباحة لم تعد ممكنة. لذلك، يجب حماية كل من الأمشاج والزيجوت من الجفاف. وضعت النباتات البرية الناجحة استراتيجيات للتعامل مع كل هذه التحديات. لم تظهر جميع التعديلات دفعة واحدة. لم تبتعد بعض الأنواع أبدًا عن البيئة المائية، بينما استمر البعض الآخر في التغلب على أكثر البيئات جفافاً على الأرض.

    لتحقيق التوازن بين تحديات البقاء هذه، توفر الحياة على الأرض العديد من المزايا. أولاً، ضوء الشمس وفير. يعمل الماء كمرشح، مما يغير الجودة الطيفية للضوء الذي تمتصه صبغة الكلوروفيل التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. ثانيًا، يتوفر ثاني أكسيد الكربون بسهولة أكبر في الهواء منه في الماء، لأنه ينتشر بشكل أسرع في الهواء. ثالثًا، تطورت النباتات البرية قبل الحيوانات البرية؛ لذلك، حتى استعمرت الحيوانات الأراضي الجافة، لم تكن هناك حيوانات مفترسة تهدد الحياة النباتية. تغير هذا الوضع مع خروج الحيوانات من الماء وتغذيتها على المصادر الوفيرة للمغذيات في النباتات القائمة. في المقابل، طورت النباتات استراتيجيات لردع الافتراس: من الأشواك والأشواك إلى المواد الكيميائية السامة.

    لم تعيش النباتات البرية المبكرة، مثل الحيوانات البرية المبكرة، بعيدًا جدًا عن مصدر وفير للمياه وطورت استراتيجيات البقاء على قيد الحياة لمكافحة الجفاف. إحدى هذه الاستراتيجيات تسمى التسامح. يمكن أن تجف العديد من الطحالب، على سبيل المثال، إلى حصيرة بنية وهشة، ولكن بمجرد أن يوفر المطر أو الفيضان المياه، ستمتصها الطحالب وتستعيد مظهرها الأخضر الصحي. هناك استراتيجية أخرى تتمثل في استعمار البيئات ذات الرطوبة العالية، حيث يكون الجفاف غير شائع. تزدهر السرخس، التي تعتبر سلالة مبكرة من النباتات، في الأماكن الرطبة والباردة مثل الطبقة السفلية للغابات المعتدلة. في وقت لاحق، ابتعدت النباتات عن البيئات الرطبة أو المائية باستخدام مقاومة الجفاف، بدلاً من التحمل. تقلل هذه النباتات، مثل الصبار، من فقدان الماء إلى الحد الذي يمكنها فيه البقاء في بيئات شديدة الجفاف.

    كان حل التكيف الأكثر نجاحًا هو تطوير هياكل جديدة أعطت النباتات ميزة عند استعمار البيئات الجديدة والجافة. توجد أربعة تكيفات رئيسية في جميع النباتات الأرضية: تناوب الأجيال، والبورانيوم الذي تتشكل فيه الجراثيم، والأميتانيوم الذي ينتج خلايا أحادية الصبغيات، ونسيج المريستم القمي في الجذور والبراعم. كما ساهم تطور البشرة الشمعية وجدار الخلية مع اللجنين في نجاح النباتات البرية. تفتقر الطحالب الخضراء ذات الصلة الوثيقة إلى هذه التعديلات بشكل ملحوظ - وهو سبب آخر للنقاش حول وضعها في المملكة النباتية.

    تناوب الأجيال

    يصف تناوب الأجيال دورة حياة يكون فيها للكائن الحي مراحل أحادية الصبغية وثنائية الصبغيات متعددة الخلايا (الشكل\(\PageIndex{1}\)).

    تحتوي دورة حياة النبات على مراحل أحادية الصبغية وثنائية الصبغيات. تبدأ الدورة عندما تخضع جراثيم أحادية الصبغيات (1n) للانقسام الفتيلي لتشكيل مشيج متعدد الخلايا. ينتج المشيجيت المشيج الأمشاج، حيث يندمج اثنان منها لتكوين زيجوت ثنائي الصبغيات. يخضع الزيجوت ثنائي الصبغيات (2n) للانقسام الفتيلي لتشكيل سبورات متعددة الخلايا. ينتج الانقسام الاختزالي للخلايا في الأبواغ 1n من الجراثيم، مما يكمل الدورة.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): يظهر تناوب الأجيال بين النتوفيت المشيجي 1 ن و 2 ن سبوروفيت. (تصوير: بيتر كوكسهيد)

    يشير مصطلح هابلونتيك إلى دورة الحياة التي توجد فيها مرحلة أحادية الصيغة الصبغية السائدة، ويشير مصطلح الديبلونتيك إلى دورة حياة يكون فيها ثنائي الصيغة الصبغية هو مرحلة الحياة السائدة. البشر دبلوماسيون. تُظهر معظم النباتات تناوبًا بين الأجيال، وهو ما يوصف بأنه أحادي الصبغيات: الشكل أحادي الصبغيات متعدد الخلايا، المعروف باسم الفطريات المشيمية، يتبعه في تسلسل التطور كائن ثنائي الصبغيات متعدد الخلايا: البوروفيت. تؤدي الفطريات المشيمية إلى ظهور الأمشاج (الخلايا التناسلية) عن طريق الانقسام الفتيلي. يمكن أن تكون هذه المرحلة الأكثر وضوحًا في دورة حياة النبات، كما هو الحال في الطحالب، أو يمكن أن تحدث في بنية مجهرية، مثل حبوب اللقاح، في النباتات العليا (مصطلح جماعي شائع للنباتات الوعائية). بالكاد يمكن ملاحظة مرحلة البوروفيت في النباتات السفلية (المصطلح الجماعي للمجموعات النباتية من الطحالب وحشيشة الكبد والأشنات). الأشجار الشاهقة هي المرحلة الدبلوماسية في دورات حياة النباتات مثل السيكويا والصنوبر.

    حماية الجنين هي مطلب رئيسي للنباتات الأرضية. يجب حماية الجنين الضعيف من الجفاف والمخاطر البيئية الأخرى. في كل من النباتات الخالية من البذور والبذور، توفر الفطريات المشيجية الأنثوية الحماية والعناصر الغذائية للجنين أثناء تطوره إلى الجيل الجديد من البوغروفيت. أعطت هذه الميزة المميزة للنباتات البرية المجموعة اسمها البديل للفيتات الجنينية.

    سبورانجيا في النباتات الخالية من البذور

    يتكاثر نبات سبوروت النباتات الخالية من البذور وينتج عن تزاوج (اندماج) اثنين من الأمشاج. يحمل الأبواغ السبورانجيا (المفرد، سبورانجيوم): الأعضاء التي ظهرت لأول مرة في النباتات البرية. مصطلح «سبورانجيا» يعني حرفيًا «بوغ في وعاء»، لأنه كيس تناسلي يحتوي على جراثيم الشكل\(\PageIndex{2}\). داخل الأبواغ متعددة الخلايا، تنتج البوغرويات ثنائية الصبغيات، أو الخلايا الأم، جراثيم أحادية الصبغيات عن طريق الانقسام الاختزالي، حيث يتم تقليل عدد الكروموسوم 2 n إلى 1 ن (لاحظ أن العديد من البوغروفيتات النباتية متعددة الصبغيات: على سبيل المثال، القمح الصلب رباعي الصبغيات، وقمح الخبز سداسي الصبغيات، وبعض السرخس عبارة عن 1000 صبغي). يتم إطلاق الجراثيم لاحقًا بواسطة الأبواغ وتنتشر في البيئة. يتم إنتاج نوعين مختلفين من الجراثيم في النباتات البرية، مما يؤدي إلى فصل الجنسين في مراحل مختلفة من دورة الحياة. تنتج النباتات غير الوعائية الخالية من البذور نوعًا واحدًا فقط من الجراثيم وتسمى متجانسة المسام. تعتبر مرحلة المشيمية هي السائدة في هذه النباتات. بعد الإنبات من البوغ، تنتج الفطريات المشيمية الناتجة كلا من الذبحة الصدرية الذكرية والأنثوية، وعادة على نفس الفرد. في المقابل، تنتج النباتات غير المتجانسة نوعين مختلفين من الجراثيم من الناحية الشكلية. تُسمى جراثيم الذكور بالجراثيم المجهرية، نظرًا لصغر حجمها، وتتطور إلى الفطريات المشيجية الذكرية؛ وتتطور المسام الكبيرة نسبيًا إلى الفطريات المشيجية الأنثوية. لوحظ عدم التغاير في عدد قليل من نباتات الأوعية الدموية الخالية من البذور وفي جميع نباتات البذور.

    تظهر الصورة سبورانجيا في نبات بريوم كابيلار الخالي من البذور.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): تنمو الأكياس المنتجة للأبواغ والتي تسمى سبورانجيا في نهايات السيقان الطويلة والرقيقة في هذه الصورة لطحلب Esporangios bryum. (مصدر الصورة: خافيير مارتن)

    عندما تنبت البوغ أحادي الصيغة الصبغية في بيئة مضيافة، فإنها تولد بكتيريا مشيمية متعددة الخلايا عن طريق الانقسام الفتيلي. تدعم الفطريات المشيمية الزيجوت المتكون من اندماج الأمشاج والبوروفيت الصغير الناتج (الشكل النباتي). ثم تبدأ الدورة من جديد.

    تُحاط جراثيم النباتات الخالية من البذور بجدران خلوية سميكة تحتوي على بوليمر قوي يعرف باسم سبوروبولينين. تتميز هذه المادة المعقدة بسلاسل طويلة من الجزيئات العضوية المتعلقة بالأحماض الدهنية والكاروتينات: ومن هنا جاء اللون الأصفر لمعظم حبوب اللقاح. سبوروبولينين مقاوم بشكل غير عادي للتحلل الكيميائي والبيولوجي. في نباتات البذور، التي تستخدم حبوب اللقاح لنقل الحيوانات المنوية الذكرية إلى البويضة الأنثوية، تفسر صلابة سبوروبولينين وجود أحافير حبوب اللقاح المحفوظة جيدًا. كان يُعتقد سابقًا أن سبوروبولينين هو ابتكار للنباتات البرية؛ ومع ذلك، فإن الطحالب الخضراء Coleochaetes تشكل جراثيم تحتوي على سبوروبولينين.

    Gametangia في النباتات الخالية من البذور

    Gametangia (المفرد، gametangium) عبارة عن تراكيب تمت ملاحظتها في الفطريات المشيجية أحادية الخلية متعددة الخلايا. في المشيج، تؤدي الخلايا السليفة إلى ظهور الأمشاج عن طريق الانقسام الفتيلي. يطلق الجاميتانيوم الذكري (أنثيريديوم) الحيوانات المنوية. تنتج العديد من النباتات الخالية من البذور الحيوانات المنوية المجهزة بالأسواط التي تمكنها من السباحة في بيئة رطبة إلى الأرشيغونيا: أنثى الجاميتانيوم. يتطور الجنين داخل الأرشيغونيوم باسم البوروفيت. تعتبر Gametangia بارزة في النباتات الخالية من البذور، ولكنها نادرًا ما توجد في نباتات البذور.

    القيم القمية

    يزداد طول براعم وجذور النباتات من خلال الانقسام الخلوي السريع في نسيج يسمى المريستم القمي، وهي منطقة صغيرة من الخلايا الموجودة في طرف النبتة أو طرف الجذر (الشكل\(\PageIndex{3}\)). يتكون الميريستيم القمي من خلايا غير متمايزة تستمر في التكاثر طوال عمر النبات. تؤدي الخلايا المريستيمية إلى ظهور جميع الأنسجة المتخصصة للكائن الحي. يسمح استطالة البراعم والجذور للنبات بالوصول إلى مساحة وموارد إضافية: الضوء في حالة البراعم، والماء والمعادن في حالة الجذور. ينتج ميريستم منفصل، يسمى المريستم الجانبي، خلايا تزيد من قطر جذوع الأشجار.

    يوضح الرسم التوضيحي طرف الجذر. تكون الخلايا الموجودة في الطرف أصغر من الخلايا الأكثر نضجًا في الأعلى.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): تحدث إضافة خلايا جديدة في الجذر عند الميرستم القمي. يؤدي التوسيع اللاحق لهذه الخلايا إلى نمو العضو واستمراره. يحمي غطاء الجذر المرستم القمي الهش حيث يتم دفع طرف الجذر عبر التربة عن طريق استطالة الخلية.

    تعديلات إضافية على نباتات الأراضي

    عندما تكيفت النباتات مع الأراضي الجافة وأصبحت مستقلة عن الوجود المستمر للمياه في الموائل الرطبة، ظهرت أعضاء وهياكل جديدة. لم تنمو النباتات البرية المبكرة أكثر من بضع بوصات عن الأرض، وتنافست على الضوء على هذه الحصائر المنخفضة. من خلال تطوير اللقطة وزيادة طولها، التقطت النباتات الفردية مزيدًا من الضوء. نظرًا لأن الهواء يوفر دعمًا أقل بكثير من الماء، فقد أدرجت النباتات البرية جزيئات أكثر صلابة في سيقانها (ولاحقًا، جذوع الأشجار). في النباتات الصغيرة مثل الطحالب أحادية الخلية، يكفي الانتشار البسيط لتوزيع الماء والمواد المغذية في جميع أنحاء الكائن الحي. ومع ذلك، لكي تتطور النباتات أشكالًا أكبر، كان تطور الأنسجة الوعائية لتوزيع الماء والمواد المذابة شرطًا أساسيًا. يحتوي نظام الأوعية الدموية على أنسجة نسيج الخشب والقشريات. ينقل الزيلم الماء والمعادن الممتصة من التربة حتى النبتة، بينما ينقل الفلوم الطعام المشتق من عملية التمثيل الضوئي في جميع أنحاء النبات بأكمله. تم تطوير نظام الجذر لامتصاص الماء والمعادن من التربة، وتثبيت البراعم الأطول بشكل متزايد في التربة.

    في النباتات البرية، يحمي الغطاء الشمعي المقاوم للماء المسمى البشرة الأوراق والسيقان من الجفاف. ومع ذلك، فإن البشرة تمنع أيضًا تناول ثاني أكسيد الكربون اللازم لتخليق الكربوهيدرات من خلال عملية التمثيل الضوئي. وللتغلب على ذلك، ظهرت الثغور أو المسام التي تفتح وتغلق لتنظيم حركة الغازات وبخار الماء في النباتات أثناء ابتعادها عن البيئات الرطبة إلى موائل أكثر جفافاً.

    تقوم المياه بتصفية ضوء الأشعة فوق البنفسجية B (UVB)، والتي تضر بجميع الكائنات الحية، وخاصة تلك التي يجب أن تمتص الضوء من أجل البقاء. لا يحدث هذا التصفية للنباتات الأرضية. شكل هذا تحديًا إضافيًا لاستعمار الأرض، والذي قابله تطور مسارات التخليق الحيوي لتخليق مركبات الفلافونويد الواقية والمركبات الأخرى: الأصباغ التي تمتص الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية للضوء وتحمي الأجزاء الهوائية للنباتات من التلف الديناميكي الضوئي.

    لا يمكن للنباتات تجنب أن تأكلها الحيوانات. بدلاً من ذلك، يقومون بتجميع مجموعة كبيرة من المستقلبات الثانوية السامة: الجزيئات العضوية المعقدة مثل القلويات، التي تردع رائحتها الضارة وطعمها غير السار الحيوانات. يمكن أن تسبب هذه المركبات السامة أيضًا أمراضًا خطيرة وحتى الموت، وبالتالي تثبط الافتراس. استخدم البشر العديد من هذه المركبات لعدة قرون كأدوية أو أدوية أو توابل. في المقابل، مع تطور النباتات مع الحيوانات، أدى تطور المستقلبات الحلوة والمغذية إلى جذب الحيوانات إلى تقديم مساعدة قيمة في توزيع حبوب اللقاح أو الفاكهة أو البذور. تقوم النباتات بتجنيد الحيوانات لتكون مساعدين لها بهذه الطريقة لمئات الملايين من السنين.

    تطور نباتات الأرض

    لا يمكن إجراء أي مناقشة لتطور النباتات على الأرض دون مراجعة موجزة للجدول الزمني للعصور الجيولوجية. تنقسم الحقبة المبكرة، المعروفة باسم الباليوزويك، إلى ست فترات. ويبدأ العصر الكمبري، يليه الأوردوفيشي والسيلوريان والديفوني والكربوني والبرمي. كان الحدث الرئيسي للاحتفال بالأوردوفيشي، منذ أكثر من 500 مليون سنة، هو استعمار الأرض من قبل أسلاف النباتات البرية الحديثة. يعود تاريخ الخلايا المتحجرة والبشرة وجراثيم النباتات البرية المبكرة إلى الفترة الأوردوفيسية في أوائل عصر الباليوزويك. تم التعرف على أقدم نباتات الأوعية الدموية المعروفة في رواسب من العصر الديفوني. يعد Rhynie chert أحد أغنى مصادر المعلومات، وهو عبارة عن رواسب صخرية رسوبية تم العثور عليها في Rhynie، اسكتلندا (الشكل\(\PageIndex{4}\))، حيث تم التعرف على الحفريات المضمنة لبعض النباتات الوعائية المبكرة.

    تُظهر الصورة صخرة رخامية باللونين البني والأسود مع العديد من المسافات البادئة والميزات غير المنتظمة والمزخرفة التي تحتوي على الديدان المتحجرة والجريزويد.
    الشكل\(\PageIndex{4}\): تحتوي ورقة Rhynie هذه على مادة متحجرة من نباتات الأوعية الدموية. تحتوي المنطقة الموجودة داخل الدائرة على سيقان بصلية تحت الأرض تسمى الديدان، وهياكل تشبه الجذور تسمى الجذور. (المرجع: تعديل عمل بيتر كوكسهيد استنادًا إلى الصورة الأصلية لـ «Smith609" /ويكيميديا كومنز؛ بيانات المقياس من مات راسل)

    يميز علماء الحفريات القديمة بين الأنواع المنقرضة، كأحافير، والأنواع الموجودة، التي لا تزال حية. غالبًا ما كانت النباتات الوعائية المنقرضة، المصنفة على أنها زوستروفيلز وتريميروفيتس، تفتقر على الأرجح إلى الأوراق والجذور الحقيقية وشكلت حصائر نباتية منخفضة مماثلة في الحجم للطحالب الحديثة، على الرغم من أن بعض النباتات الثلاثية يمكن أن تصل إلى متر واحد في الارتفاع. تمت دراسة الجنس الأخير Cooksonia، الذي ازدهر خلال العصر السيلوري، على نطاق واسع من الأمثلة المحفوظة جيدًا. تُظهر بصمات Cooksonia سيقانًا متفرعة نحيلة تنتهي بما يبدو أنه سبرانجيا. من العينات المستردة، لا يمكن تحديد ما إذا كانت Cooksonia تمتلك أنسجة وعائية على وجه اليقين. تشير الحفريات إلى أنه بحلول نهاية الفترة الديفونية، كانت السرخس وذيل الحصان ونباتات البذور تملأ المناظر الطبيعية، مما أدى إلى ارتفاع الأشجار والغابات. ساعدت هذه النباتات الوفيرة في إثراء الغلاف الجوي بالأكسجين، مما يسهل على الحيوانات التي تتنفس الهواء استعمار الأراضي الجافة. أقامت النباتات أيضًا علاقات تكافلية مبكرة مع الفطريات، مما أدى إلى تكوين الفطريات: وهي علاقة تزيد فيها الشبكة الفطرية من الشعيرات من كفاءة نظام جذر النبات، وتزود النباتات الفطريات بمنتجات ثانوية لعملية التمثيل الضوئي.

    الاتصال الوظيفي: عالم نباتات قديمة

    إن كيفية اكتساب الكائنات الحية للسمات التي تسمح لها باستعمار بيئات جديدة - وكيفية تشكيل النظام البيئي المعاصر - هي أسئلة أساسية للتطور. يتناول علم النبات القديم (دراسة النباتات المنقرضة) هذه الأسئلة من خلال تحليل العينات المتحجرة التي تم استردادها من الدراسات الميدانية، وإعادة تشكيل مورفولوجيا الكائنات الحية التي اختفت منذ فترة طويلة. يتتبع علماء الحفريات تطور النباتات باتباع التعديلات في مورفولوجيا النبات: تسليط الضوء على العلاقة بين النباتات الموجودة من خلال تحديد الأسلاف المشتركين الذين يظهرون نفس السمات. يسعى هذا الحقل إلى إيجاد الأنواع الانتقالية التي تسد الفجوات في مسار تطور الكائنات الحية الحديثة. تتشكل الأحافير عندما تكون الكائنات الحية محاصرة في الرواسب أو البيئات حيث يتم الحفاظ على أشكالها. يقوم علماء الحفريات القديمة بجمع العينات الأحفورية في الحقل ووضعها في سياق الرواسب الجيولوجية والكائنات المتحجرة الأخرى المحيطة بها. يتطلب النشاط عناية كبيرة للحفاظ على سلامة الحفريات الدقيقة وطبقات الصخور التي توجد فيها.

    يعد استخدام الكيمياء التحليلية والبيولوجيا الجزيئية لدراسة الحفريات من أكثر التطورات الأخيرة إثارة في علم النبات القديم. يتطلب الحفاظ على الهياكل الجزيئية بيئة خالية من الأكسجين، لأن الأكسدة وتدهور المواد من خلال نشاط الكائنات الحية الدقيقة يعتمدان على وجودها. أحد الأمثلة على استخدام الكيمياء التحليلية والبيولوجيا الجزيئية هو تحديد أوليانان، وهو مركب يردع الآفات. حتى هذه اللحظة، بدا أوليانان فريدًا للنباتات المزهرة؛ ومع ذلك، فقد تم استرداده الآن من الرواسب التي يرجع تاريخها إلى العصر البرمي، في وقت أبكر بكثير من التواريخ الحالية المحددة لظهور النباتات المزهرة الأولى. يمكن لعلماء الحفريات أيضًا دراسة الحمض النووي الأحفوري، والذي يمكن أن ينتج كمية كبيرة من المعلومات، من خلال تحليل ومقارنة تسلسل الحمض النووي للنباتات المنقرضة مع تلك الخاصة بالكائنات الحية والكائنات الحية ذات الصلة. من خلال هذا التحليل، يمكن بناء علاقات تطورية لسلالات النباتات.

    يشكك بعض علماء الحفريات القديمة في الاستنتاجات المستخلصة من تحليل الحفريات الجزيئية. على سبيل المثال، تتحلل المواد الكيميائية ذات الأهمية بسرعة عند تعرضها للهواء أثناء عزلتها الأولية، وكذلك في عمليات التلاعب الإضافية. هناك دائمًا خطر كبير لتلويث العينات بمواد غريبة، معظمها من الكائنات الحية الدقيقة. ومع ذلك، مع تحسين التكنولوجيا، سيوفر تحليل الحمض النووي من النباتات المتحجرة معلومات لا تقدر بثمن عن تطور النباتات وتكيفها مع بيئة دائمة التغير.

    الأقسام الرئيسية للنباتات الأرضية

    يتم تجميع الطحالب الخضراء والنباتات البرية معًا في طبقة فرعية تسمى Streptophytina، وبالتالي تسمى Streptophytes. في قسم آخر، يتم تصنيف النباتات البرية إلى مجموعتين رئيسيتين وفقًا لغياب أو وجود الأنسجة الوعائية، كما هو مفصل في الشكل\(\PageIndex{5}\). يشار إلى النباتات التي تفتقر إلى الأنسجة الوعائية، والتي تتكون من خلايا متخصصة لنقل المياه والمواد المغذية، بالنباتات غير الوعائية. تعتبر الديدان الحية والطحالب والديدان من النباتات الخالية من البذور وغير الوعائية التي ظهرت على الأرجح في وقت مبكر من تطور النباتات البرية. طورت النباتات الوعائية شبكة من الخلايا التي تنقل الماء والمواد المذابة. ظهرت النباتات الوعائية الأولى في أواخر العصر الأوردوفيشي وربما كانت مشابهة للليكوفيت، والتي تشمل الطحالب (التي لا ينبغي الخلط بينها وبين الطحالب) والفيتروفيتس (السرخس وذيل الحصان والسراخس المخفقة). يشار إلى الليكوفيت والبتروفيتات بالنباتات الوعائية الخالية من البذور، لأنها لا تنتج البذور. تشكل نباتات البذور، أو النباتات المنوية، أكبر مجموعة من جميع النباتات الموجودة، وبالتالي تهيمن على المناظر الطبيعية. تشمل نباتات البذور نباتات الجمنازيوم، وأبرزها الصنوبريات (Gymnosperms)، التي تنتج «بذورًا عارية»، والأكثر نجاحًا من بين جميع النباتات، وهي النباتات المزهرة (Angiosperms). تحمي كاسيات البذور بذورها داخل الغرف في مركز الزهرة؛ وتتطور جدران الحجرة لاحقًا إلى فاكهة.

    آرت كونيكشن

    يوضح الجدول تقسيم Streptophytes: النباتات الخضراء. تشمل هذه المجموعة Charophytes و Embryphytes. النباتات الجنينية هي نباتات برية تنقسم إلى نباتات وعائية وغير وعائية. جميع النباتات غير الوعائية خالية من البذور، وهي في مجموعة Bryophyte، والتي تنقسم إلى حشيشة الكبد، وحشيشة الأبواق، والطحالب. تنقسم نباتات الأوعية الدموية إلى نباتات بدون بذور وبذور. تنقسم النباتات الخالية من البذور إلى اللايكوفيت، والتي تشمل طحالب النادي، وطائر السنابق، والطحالب الفخارية، والبيروفيتات، والتي تشمل سرخس الخفق وذيل الحصان والسراخس. توجد نباتات البذور في مجموعة الحيوانات المنوية وتتكون من الجمنازيوم والأوعية الدموية.
    الشكل\(\PageIndex{5}\): يوضح هذا الجدول الأقسام الرئيسية للنباتات الخضراء.

    أي من العبارات التالية عن أقسام النباتات خاطئة؟

    1. تعتبر الليكوفيت والبتروفيتات نباتات وعائية خالية من البذور.
    2. تنتج جميع نباتات الأوعية الدموية البذور.
    3. جميع النباتات الجنينية غير الوعائية هي نباتات بريوفيت.
    4. تشمل نباتات البذور كاسيات البذور والجمنازيوم.

    ملخص

    اكتسبت النباتات البرية سمات جعلت من الممكن استعمار الأرض والبقاء على قيد الحياة خارج الماء. تشترك جميع النباتات البرية في الخصائص التالية: تناوب الأجيال، حيث يُطلق على النبات أحادي الصبغيات اسم النبتة المشيجية، والنبات ثنائي الصبغيات الذي يُطلق عليه اسم البوروفيت؛ حماية الجنين، تكوين جراثيم أحادية الصبغيات في الأبواغ، وتشكيل الأمشاج في المشيج، والمريستم القمي. ساهمت الأنسجة الوعائية والجذور والأوراق وغطاء البشرة والطبقة الخارجية الصلبة التي تحمي الجراثيم في تكيف النباتات مع الأرض الجافة. ظهرت النباتات الأرضية منذ حوالي 500 مليون سنة في الفترة الأوردوفيسية.

    اتصالات فنية

    الشكل\(\PageIndex{5}\): أي من العبارات التالية عن أقسام النباتات خاطئة؟

    1. تعتبر الليكوفيت والبتروفيتات نباتات وعائية خالية من البذور.
    2. تنتج جميع نباتات الأوعية الدموية البذور.
    3. جميع النباتات الجنينية غير الوعائية هي نباتات بريوفيت.
    4. تشمل نباتات البذور كاسيات البذور والجمنازيوم.
    إجابة

    ب.

    مسرد المصطلحات

    أنثيريديوم
    ذكر جيميتانيوم
    الأرشيغونيوم
    أنثى جيميتنيوم
    شاروفيت
    مصطلح آخر للطحالب الخضراء؛ تعتبر أقرب الأقارب للنباتات البرية
    دبلوماسي
    المرحلة ثنائية الصيغة الصبغية هي المرحلة السائدة
    جنيت
    اسم آخر لنبات الأرض؛ يتم حماية الجنين وتغذيته بواسطة الأبواغ
    متبقية
    الأنواع التي لا تزال حية
    منقرض
    لم تعد الأنواع الموجودة
    جيميتانيوم
    هيكل على النمط المشيمي الذي يتم فيه إنتاج الأمشاج
    مزيل لأصغ الأسنان
    تتناوب المراحل أحادية الصبغية وثنائية الصبغية
    هابلونتيك
    المرحلة أحادية الصيغة الصبغية هي المرحلة السائدة
    غير متجانسة المسامية
    تنتج نوعين من الجراثيم
    متجانسة
    تنتج نوعًا واحدًا من الأبواغ
    مسام ضخمة
    بوغ أنثوي
    ميكروسبوغ
    بوغ ذكر
    نبات غير وعائي
    نبات يفتقر إلى الأنسجة الوعائية، والذي يتكون من خلايا متخصصة لنقل المياه والمواد المغذية
    نبات وعائي بدون بذور
    النبات الذي لا ينتج البذور
    سبوروسيت
    خلية ثنائية الصيغة الصبغية تنتج الجراثيم عن طريق الانقسام الاختزالي
    سبوروبولينين
    بوليمر قوي يحيط بالبوغ
    نبات الأوعية الدموية
    نبات يحتوي على شبكة من الخلايا التي تنقل الماء وتذوب عبر الكائن الحي