14.2: نباتات بدون بذور
- Page ID
- 191677
مجموعة متنوعة مذهلة من النباتات الخالية من البذور تملأ المناظر الطبيعية الأرضية. تنمو الطحالب على جذوع الأشجار، وتعرض ذيل الحصان (الشكل\(\PageIndex{1}\)) سيقانها المفصلية وأوراقها المغزولة على أرضية الغابة. ومع ذلك، لا تمثل النباتات الخالية من البذور سوى جزء صغير من النباتات في بيئتنا. قبل ثلاثمائة مليون سنة، هيمنت النباتات الخالية من البذور على المناظر الطبيعية ونمت في غابات المستنقعات الضخمة في الفترة الكربونية. خلقت أجسامهم المتحللة رواسب كبيرة من الفحم الذي نستخرجه اليوم.
الكائنات الحية
تعتبر نباتات البريوفيت، وهي مجموعة غير رسمية من النباتات غير الوعائية، أقرب الأقارب الموجودين للنباتات الأرضية المبكرة. ظهرت النباتات البريوفيتية الأولى على الأرجح في الفترة الأوردوفيسية، منذ حوالي 490 مليون سنة. بسبب نقص اللجنين - البوليمر الصلب في جدران الخلايا في سيقان النباتات الوعائية - والهياكل المقاومة الأخرى، فإن احتمالية تكوين نباتات البريوفيت للحفريات صغيرة نوعًا ما، على الرغم من اكتشاف بعض الجراثيم المكونة من سبوروبولينين والتي نُسبت إلى النباتات البريوفية المبكرة. ومع ذلك، بحلول الفترة السيلورية (قبل 440 مليون سنة)، انتشرت النباتات الوعائية في جميع أنحاء القارات. تُستخدم هذه الحقيقة كدليل على أن النباتات غير الوعائية يجب أن تكون قد سبقت فترة السيلوري.
هناك حوالي 18000 نوع من النباتات الفطرية، والتي تزدهر في الغالب في الموائل الرطبة، على الرغم من أن بعضها ينمو في الصحاري. إنها تشكل النباتات الرئيسية في البيئات القاسية مثل التندرا، حيث يوفر حجمها الصغير وتحملها للجفاف مزايا مميزة. لا تحتوي على الخلايا المتخصصة التي تنقل السوائل الموجودة في النباتات الوعائية، وتفتقر عمومًا إلى اللجنين. في النباتات البريوفيتية، تنتشر المياه والمواد المغذية داخل الخلايا الموصلة المتخصصة. على الرغم من أن اسم النباتات غير الرغامية أكثر دقة، إلا أن النباتات البريوفية يشار إليها عادةً بالنباتات غير الوعائية.
في نبات البريوفيت، تنتمي جميع الأعضاء النباتية الظاهرة إلى الكائن الحي أحادي الصيغة الصبغية، أو المشيجيت. بالكاد يمكن ملاحظة البوروفيت ثنائي الصبغيات. تسبح الأمشاج التي شكلتها نباتات البريوفيت باستخدام الأسواط. يوجد السوبرانجيوم، وهو التركيب التناسلي الجنسي متعدد الخلايا، في النباتات البريوفية. يظل الجنين أيضًا مرتبطًا بالنبات الأم الذي يغذيه. هذه سمة من سمات النباتات البرية.
تنقسم نباتات البريوفيت إلى ثلاثة أقسام (في النباتات، يتم استخدام «التقسيم» على المستوى التصنيفي بدلاً من الفيلوم): حشيشة الكبد، أو المارشانتيوفيتا؛ والقرون، أو الأنثوسيروتوفيتا؛ والطحالب، أو بريوفيتا الحقيقية.
ليفيروورتس
يمكن النظر إلى Liverworts (Marchantiophyta) على أنها النباتات الأكثر ارتباطًا بالسلف الذي انتقل إلى الأرض. استعمرت Liverworts العديد من الموائل على الأرض وتنوعت لتشمل أكثر من 6000 نوع موجود (الشكل\(\PageIndex{2}\) أ). تشكل بعض النباتات المشيمية هياكل خضراء مفلوطة، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{2}\) ب. يشبه الشكل فصوص الكبد، وبالتالي يوفر أصل الاسم الشائع الذي يطلق على القسم.
هورنوورتس
استعمرت الدبابير (Anthocerotophyta) مجموعة متنوعة من الموائل على الأرض، على الرغم من أنها ليست بعيدة أبدًا عن مصدر الرطوبة. هناك حوالي 100 نوع موصوف من نبات الأبواق. المرحلة السائدة من دورة حياة هورندورتس هي النباتات المشيجية القصيرة ذات اللون الأزرق والأخضر. البوروفيت هو السمة المميزة للمجموعة. إنه هيكل طويل وضيق يشبه الأنبوب ينبثق من المشيج الأصلي ويحافظ على النمو طوال عمر النبات (الشكل\(\PageIndex{3}\)).
الطحالب
تم تصنيف أكثر من 12,000 نوع من الطحالب. تختلف موائلها من التندرا، حيث تشكل الغطاء النباتي الرئيسي، إلى الجزء السفلي من الغابات الاستوائية. في التندرا، تسمح لها جذورها الضحلة بالربط بالركيزة دون الحفر في التربة المجمدة. تعمل على إبطاء التآكل وتخزين الرطوبة ومغذيات التربة وتوفير المأوى للحيوانات الصغيرة والغذاء للحيوانات العاشبة الكبيرة، مثل ثور المسك. الطحالب حساسة جدًا لتلوث الهواء وتستخدم لمراقبة جودة الهواء. إن حساسية الطحالب لأملاح النحاس تجعل هذه الأملاح مكونًا شائعًا للمركبات التي يتم تسويقها للقضاء على الطحالب في المروج (الشكل\(\PageIndex{4}\)).
نباتات الأوعية الدموية
النباتات الوعائية هي المجموعة المهيمنة والأكثر وضوحًا من النباتات البرية. هناك حوالي 275000 نوع من النباتات الوعائية، والتي تمثل أكثر من 90 في المائة من الغطاء النباتي للأرض. تشرح العديد من الابتكارات التطورية نجاحها وانتشارها إلى العديد من الموائل.
الأنسجة الوعائية: زيليم وفلوم
تعود الحفريات الأولى التي تظهر وجود الأنسجة الوعائية إلى العصر السيلوري، قبل حوالي 430 مليون سنة. يُظهر أبسط ترتيب للخلايا الموصلة نمطًا من نسيج الخشب في المركز محاطًا بالفلوم. Xylem هو النسيج المسؤول عن نقل المياه والمعادن لمسافات طويلة، ونقل عوامل النمو القابلة للذوبان في الماء من أجهزة التخليق إلى الأعضاء المستهدفة، وتخزين المياه والمواد المغذية.
النوع الثاني من الأنسجة الوعائية هو الفلوم، الذي ينقل السكريات والبروتينات والمواد المذابة الأخرى عبر النبات. تنقسم خلايا الفلوم إلى عناصر غربية أو خلايا موصلة وأنسجة داعمة. معًا، تشكل أنسجة الزيلم والفلوم نظام الأوعية الدموية للنباتات.
الجذور: دعم النبات
لا يتم حفظ الجذور جيدًا في السجل الأحفوري؛ ومع ذلك، يبدو أنها ظهرت لاحقًا في التطور مقارنة بالنسيج الوعائي. يمثل تطوير شبكة واسعة من الجذور ميزة جديدة مهمة للنباتات الوعائية. ربطت الروزويدات الرقيقة النباتات البريوفيت بالركيزة. لم توفر خيوطها الواهية نوعًا ما مرساة قوية للنبات؛ كما أنها لم تمتص الماء والمواد الغذائية. في المقابل، تنقل الجذور، بنظام الأنسجة الوعائية البارز، الماء والمعادن من التربة إلى بقية النبات. تعمل الشبكة الواسعة من الجذور التي تخترق عمق الأرض للوصول إلى مصادر المياه أيضًا على استقرار الأشجار من خلال العمل كصابورة ومرساة. تنشئ غالبية الجذور علاقة تكافلية مع الفطريات وتشكل الفطريات الفطرية. في الفطريات، تنمو خيوط فطرية حول الجذر وداخل الجذر حول الخلايا، وفي بعض الحالات داخل الخلايا. هذا يفيد النبات من خلال زيادة مساحة السطح للامتصاص بشكل كبير.
الأوراق والمسبوروفيل وستروبيلي
التكيف الثالث يشير إلى نباتات الأوعية الدموية الخالية من البذور. أدى ظهور الأوراق الحقيقية إلى تحسين كفاءة التمثيل الضوئي إلى مصاحبة بروز الأبواغ وتطور الأنسجة الوعائية. تلتقط الأوراق المزيد من ضوء الشمس مع زيادة مساحة سطحها.
بالإضافة إلى التمثيل الضوئي، تلعب الأوراق دورًا آخر في حياة النباتات. تعتبر أكواز الصنوبر والسعف الناضجة من السرخس والزهور كلها سبوروفيل - أوراق تم تعديلها هيكليًا لتحمل سبورانجيا. Strobili هي هياكل تحتوي على سبورانجيا. وهي بارزة في الصنوبريات وتُعرف باسم المخاريط: على سبيل المثال، مخاريط الصنوبر لأشجار الصنوبر.
نباتات الأوعية الدموية الخالية من البذور
بحلول أواخر العصر الديفوني (قبل 385 مليون سنة)، طورت النباتات أنسجة الأوعية الدموية والأوراق المحددة جيدًا وأنظمة الجذر. مع هذه المزايا، زادت النباتات في الطول والحجم. خلال الفترة الكربونية (منذ 359-299 مليون سنة)، غطت غابات المستنقعات من طحالب النوادي وذيل الخيل، مع وصول بعض العينات إلى أكثر من 30 مترًا، معظم الأراضي. أدت هذه الغابات إلى ظهور رواسب الفحم الواسعة التي أعطت الكربونيفير اسمها. في نباتات الأوعية الدموية الخالية من البذور، أصبحت الأبواغ المرحلة المهيمنة من دورة الحياة.
لا تزال المياه مطلوبة لتخصيب النباتات الوعائية الخالية من البذور، ويفضل معظمها بيئة رطبة. تشمل نباتات الأوعية الدموية الحديثة الخالية من البذور الطحالب وذيول الخيل والسراخس والسراخس المخفقة.
نادي موسيس
تعد طحالب النادي، أو Lycophyta، أول مجموعة من نباتات الأوعية الدموية الخالية من البذور. سيطرت على المناظر الطبيعية في الفترة الكربونية، ونمت إلى أشجار طويلة وشكلت غابات مستنقعات كبيرة. طحالب النادي اليوم هي نباتات صغيرة دائمة الخضرة تتكون من ساق (قد يكون متفرعًا) وأوراق صغيرة تسمى الميكروفيل (الشكل\(\PageIndex{5}\)). يتكون قسم Lycophyta من ما يقرب من 1000 نوع، بما في ذلك الكويلدورتس (Isoetales) وطحالب النادي (Lycopodiales) وطحالب السنبلة (Selaginellales): لا يعتبر أي منها طحلبًا حقيقيًا.
ذيل الحصان
تنتمي السرخس والسراخس المخفقة إلى قسم Pteropheta. يتم أحيانًا تصنيف مجموعة ثالثة من النباتات في البتروفيتا، وهي ذيل الحصان، بشكل منفصل عن السرخس. ذيل الحصان له جنس واحد، Equisetum. لقد نجوا من مجموعة كبيرة من النباتات، المعروفة باسم Arthrophyta، والتي أنتجت أشجارًا كبيرة وغابات مستنقعات كاملة في العصر الكربوني. عادة ما توجد النباتات في البيئات الرطبة والمستنقعات (الشكل\(\PageIndex{6}\)).
يتميز جذع ذيل الحصان بوجود المفاصل أو العقد: ومن هنا جاء اسم Arthrophyta، والذي يعني «النبات الموصول». تخرج الأوراق والأغصان على شكل دوامات من الحلقات المتباعدة بشكل متساوٍ. لا تساهم الأوراق على شكل إبرة بشكل كبير في عملية التمثيل الضوئي، ومعظمها يحدث في الجذع الأخضر (الشكل\(\PageIndex{7}\)).
السرخس والسراخس المخفقة
تعتبر السرخس أكثر نباتات الأوعية الدموية الخالية من البذور تقدمًا وتظهر الخصائص التي يتم ملاحظتها بشكل شائع في نباتات البذور. تشكل السرخس أوراقًا كبيرة وجذور متفرعة. في المقابل، تفتقر سرخس الخفق، السيلوفيتات، إلى كل من الجذور والأوراق، والتي ربما فقدت بسبب الاختزال التطوري. التخفيض التطوري هو عملية يؤدي من خلالها الانتقاء الطبيعي إلى تقليل حجم الهيكل الذي لم يعد مناسبًا في بيئة معينة. تتم عملية التمثيل الضوئي في الجذع الأخضر لسرخس الخفق. تتشكل المقابض الصفراء الصغيرة عند طرف جذع الفرع وتحتوي على السبورانجيا. تم تصنيف سرخس الخفق خارج السرخس الحقيقي؛ ومع ذلك، يشير التحليل المقارن الأخير للحمض النووي إلى أن هذه المجموعة ربما فقدت كل من أنسجة الأوعية الدموية والجذور من خلال التطور، وترتبط في الواقع ارتباطًا وثيقًا بالسراخس.
تعتبر السرخس، بسعفها الكبيرة، أكثر نباتات الأوعية الدموية الخالية من البذور التي يسهل التعرف عليها (الشكل\(\PageIndex{8}\)). يعيش حوالي 12000 نوع من السرخس في بيئات تتراوح من المناطق الاستوائية إلى الغابات المعتدلة. على الرغم من أن بعض الأنواع تعيش في البيئات الجافة، إلا أن معظم السرخس تقتصر على الأماكن الرطبة والمظللة. ظهرت في السجل الأحفوري خلال الفترة الديفونية (قبل 416-359 مليون سنة) وتوسعت خلال الفترة الكربونية، قبل 359-299 مليون سنة (الشكل\(\PageIndex{9}\)).
مفهوم في العمل
شاهد هذا الفيديو الذي يوضح دورة حياة السرخس وقم بتقييم معرفتك.
وظائف في العمل: مصمم المناظر الطبيعية
بالنظر إلى حدائق الزهور والنوافير المزروعة جيدًا التي شوهدت في القلاع الملكية والمنازل التاريخية في أوروبا، من الواضح أن مبدعي تلك الحدائق كانوا يعرفون أكثر من الفن والتصميم. كانوا أيضًا على دراية ببيولوجيا النباتات التي اختاروها. تصميم المناظر الطبيعية له أيضًا جذور قوية في تقاليد الولايات المتحدة. ومن الأمثلة البارزة على التصميم الكلاسيكي الأمريكي المبكر مونتايسلو، وهو عقار خاص لتوماس جيفرسون؛ ومن بين اهتماماته العديدة الأخرى، حافظ جيفرسون على شغفه بعلم النبات. يمكن أن يشمل تخطيط المناظر الطبيعية مساحة خاصة صغيرة، مثل حديقة الفناء الخلفي؛ أماكن التجمعات العامة، مثل سنترال بارك في مدينة نيويورك؛ أو مخطط المدينة بأكمله، مثل تصميم بيير لينفانت لواشنطن العاصمة.
سيقوم مصمم المناظر الطبيعية بتخطيط المساحات العامة التقليدية - مثل الحدائق النباتية والمتنزهات والحرم الجامعي والحدائق والتطورات الأكبر - بالإضافة إلى المناطق الطبيعية والحدائق الخاصة (الشكل\(\PageIndex{10}\)). تتطلب استعادة الأماكن الطبيعية التي يتعدى عليها التدخل البشري، مثل الأراضي الرطبة، أيضًا خبرة مصمم المناظر الطبيعية.
مع هذه المجموعة من المهارات المطلوبة، يتضمن تعليم مصمم المناظر الطبيعية خلفية صلبة في علم النبات وعلوم التربة وعلم أمراض النبات وعلم الحشرات والبستنة. الدورات الدراسية في الهندسة المعمارية وبرامج التصميم مطلوبة أيضًا لإكمال الدرجة. يعتمد التصميم الناجح للمناظر الطبيعية على معرفة واسعة بمتطلبات نمو النبات، مثل الضوء والظل، ومستويات الرطوبة، والتوافق بين الأنواع المختلفة، والقابلية للإصابة بمسببات الأمراض والآفات. على سبيل المثال، سوف تزدهر الطحالب والسراخس في منطقة مظللة حيث توفر النوافير الرطوبة؛ من ناحية أخرى، لن يكون الصبار جيدًا في تلك البيئة. يجب أن يؤخذ النمو المستقبلي للنباتات الفردية في الاعتبار لتجنب الازدحام والمنافسة على الضوء والمواد المغذية. يعد ظهور المساحة بمرور الوقت مصدر قلق أيضًا. يجب موازنة الأشكال والألوان والبيولوجيا من أجل مساحة خضراء جيدة الصيانة ومستدامة. يمتزج الفن والهندسة المعمارية والبيولوجيا في منظر طبيعي تم تصميمه وتنفيذه بشكل جميل.
ملخص القسم
النباتات غير الوعائية الخالية من البذور صغيرة. المرحلة المهيمنة من دورة الحياة هي المشيمية. بدون نظام الأوعية الدموية والجذور، فإنها تمتص الماء والمواد الغذائية من خلال جميع أسطحها المكشوفة. هناك ثلاث مجموعات رئيسية: الديدان الكبدية، والأبواق، والطحالب. تُعرف بشكل جماعي باسم bryophytes.
تتكون أنظمة الأوعية الدموية من نسيج الخشب، الذي ينقل الماء والمعادن، وأنسجة البلغم، التي تنقل السكريات والبروتينات. مع نظام الأوعية الدموية، ظهرت أوراق - أعضاء كبيرة في التمثيل الضوئي - وجذور لامتصاص الماء من الأرض. تشمل نباتات الأوعية الدموية الخالية من البذور الطحالب، وهي الأكثر بدائية؛ والسراخس المخفقة، التي فقدت أوراقها وجذورها بسبب التطور الاختزالي؛ وذيل الحصان والسراخس.
مسرد المصطلحات
- كلوب موس
- أول مجموعة من نباتات الأوعية الدموية الخالية من البذور
- سرخس
- نبات وعائي خالٍ من البذور ينتج سعف كبير؛ المجموعة الأكثر تقدمًا من نباتات الأوعية الدموية الخالية من البذور
- نبتة القرن
- مجموعة من النباتات غير الوعائية التي تظهر فيها الثغور
- ذيل الحصان
- نبات وعائي خالٍ من البذور يتميز بجذع مفصلي
- عشبة الكبد
- المجموعة الأكثر بدائية من النباتات غير الوعائية
- طحلب
- مجموعة من النباتات التي يظهر فيها نظام موصل بدائي
- بلويم
- الأنسجة الوعائية المسؤولة عن نقل السكريات والبروتينات والمواد المذابة الأخرى
- سبوروفيل
- ورقة معدلة هيكليًا لتحمل سبورانجيا
- ستروبيلي
- هياكل تشبه المخروط تحتوي على السبورانجيا
- مخفقة السرخس
- نبات وعائي بدون بذور فقد جذوره وأوراقه عن طريق الاختزال التطوري
- زايلم
- الأنسجة الوعائية المسؤولة عن النقل لمسافات طويلة للمياه والمواد المغذية