14.1: Ufalme wa Plant

Mimea ni kundi kubwa na tofauti la viumbe. Kuna karibu na aina 300,000 za mimea iliyoorodheshwa. ^{1 Kati} ya hizi, takriban 260,000 ni mimea inayozalisha mbegu. Mosses, ferns, conifers, na mimea ya maua ni wanachama wote wa ufalme wa mmea. Ufalme wa mimea una viumbe vingi vya photosynthetic; aina chache za vimelea zimepoteza uwezo wa photosynthesize. Mchakato wa photosynthesis hutumia chlorophyll, ambayo iko katika organelles inayoitwa chloroplasts. Mimea ina kuta za seli zenye selulosi. Mimea mingi huzalisha ngono, lakini pia ina mbinu tofauti za uzazi wa asexual. Mimea inaonyesha ukuaji wa indeterminate, maana hawana fomu ya mwisho ya mwili, lakini kuendelea kukua mwili wa mwili mpaka kufa.

Kupanda Mabadiliko ya Maisha kwenye Ardhi

Kama viumbe vinavyolingana na maisha kwenye ardhi, wanapaswa kushindana na changamoto kadhaa katika mazingira ya duniani. Maji yameelezewa kama “mambo ya maisha.” Mambo ya ndani ya kiini-kati ambayo molekuli ndogo nyingi hupasuka na kueneza, na ambapo wengi wa athari za kemikali za kimetaboliki hufanyika—ni supu ya maji. Uharibifu, au kukausha nje, ni hatari ya mara kwa mara kwa viumbe vilivyo wazi kwa hewa. Hata wakati sehemu za mmea zipo karibu na chanzo cha maji, miundo yao ya angani inawezekana kukauka. Maji hutoa buoyancy kwa viumbe wanaoishi katika makazi ya majini. Kwenye ardhi, mimea inahitaji kuendeleza msaada wa miundo katika hewa-kati ambayo haitoi kuinua sawa. Zaidi ya hayo, gametes kiume lazima kufikia gametes kike kutumia mikakati mpya kwa sababu kuogelea ni tena inawezekana. Hatimaye, gametes na zygotes lazima zihifadhiwe kutokana na kukausha nje. Mimea ya ardhi yenye mafanikio ilibadilika mikakati ya kukabiliana na changamoto hizi zote, ingawa sio marekebisho yote yalionekana mara moja. Spishi fulani hazikusonga mbali na mazingira ya majini, ilhali nyingine ziliacha maji na kuendelea kushinda mazingira kame kabisa duniani.

Ili kusawazisha changamoto hizi za kuishi, maisha kwenye ardhi hutoa faida kadhaa. Kwanza, jua ni nyingi. Katika ardhi, ubora wa spectral wa mwanga unaotumiwa na rangi ya photosynthetic, chlorophyll, haipatikani na maji au aina za photosynthetic zinazoshindana kwenye safu ya maji hapo juu. Pili, dioksidi kaboni inapatikana kwa urahisi zaidi kwa sababu ukolezi wake ni mkubwa katika hewa kuliko katika maji. Zaidi ya hayo, mimea ya ardhi ilibadilika kabla ya wanyama wa ardhi; kwa hiyo, mpaka nchi kavu ilipokoloni na wanyama, hakuna wadudu waliotishia ustawi wa mimea. Hali hii ilibadilika kadiri wanyama waliojitokeza katika maji na kupata vyanzo vingi vya virutubisho katika flora iliyoanzishwa. Kwa upande mwingine, mimea ilibadilika mikakati ya kuzuia predation: kutoka miiba na miiba kwa kemikali za sumu.

Mimea ya mapema ya ardhi, kama wanyama wa kwanza wa ardhi, haikuishi mbali na chanzo kikubwa cha maji na kuendeleza mikakati ya kuishi ili kupambana na ukame. Moja ya mikakati hii ni uvumilivu wa ukame. Mosses, kwa mfano, inaweza kukauka kwenye kitanda cha rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi Mkakati mwingine ni kutawala mazingira yenye unyevu wa juu ambapo ukame ni kawaida. Ferns, kizazi mapema ya mimea, kustawi katika maeneo ya uchafu na baridi, kama vile understory ya misitu baridi. Baadaye, mimea ilihamia mbali na mazingira ya majini kwa kutumia upinzani dhidi ya kukausha, badala ya uvumilivu. Mimea hii, kama cactus, kupunguza upotevu wa maji kwa kiwango ambacho wanaweza kuishi katika mazingira mazuri zaidi duniani.

Mbali na marekebisho maalum ya maisha juu ya ardhi, mimea ya ardhi inaonyesha marekebisho ambayo yalikuwa na jukumu la utofauti wao na predominance katika mazingira ya duniani. Nne marekebisho makubwa hupatikana katika mimea mingi duniani: mbadala ya vizazi, sporangium ambayo hutengenezwa spores, gametangium inayozalisha seli haploidi, na katika mimea ya mishipa, apical meristem tishu katika mizizi na shina.

Ubadilishaji wa Vizazi

Mchanganyiko wa vizazi huelezea mzunguko wa maisha ambapo kiumbe kina hatua zote za haploid na diploid multicellular (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Mchanganyiko wa vizazi kati ya gametophyte ya haploid (1 n) na diploid (2 n) sporophyte inavyoonyeshwa. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Peter Coxhead)

Haplontic inahusu mzunguko wa maisha ambapo kuna hatua kubwa ya haploid. Diplontic inahusu mzunguko wa maisha ambapo hatua ya diploid ni hatua kubwa, na idadi ya chromosome ya haploidi inaonekana kwa muda mfupi tu katika mzunguko wa maisha wakati wa uzazi wa ngono. Binadamu ni diplontic, kwa mfano. Mimea mingi inaonyesha mbadala ya vizazi, ambayo inaelezewa kama haplodiplontic: aina ya haploidi multicellular inayojulikana kama gametophyte inafuatiwa katika mlolongo wa maendeleo na viumbe vingi vya diploid, sporophyte. Gametophyte inatoa kupanda kwa gametes, au seli za uzazi, na mitosis. Inaweza kuwa awamu ya wazi zaidi ya mzunguko wa maisha ya mmea, kama katika mosses, au inaweza kutokea katika muundo microscopic, kama vile nafaka ya poleni katika mimea ya juu (neno la pamoja kwa mimea ya mishipa). Hatua ya sporophyte haionekani sana katika mimea ya chini (neno la pamoja kwa makundi ya mimea ya mosses, liverworts, na hornworts). Miti mirefu ni awamu ya diplontic katika maisha ya mimea kama vile sequoias na pines.

Sporangia katika mimea isiyo na mbegu

Sporophyte ya mimea isiyo na mbegu ni diploid na matokeo kutoka kwa syngamy au fusion ya gametes mbili (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Sporophyte huzaa sporangia (umoja, sporangium), viungo ambavyo vilionekana kwanza katika mimea ya ardhi. Neno “sporangia” linamaanisha “spore katika chombo,” kama ni mfuko wa uzazi ambao una spores. Ndani ya sporangia ya multicellular, sporocytes ya diploid, au seli za mama, huzalisha spores haploid na meiosis, ambayo inapunguza nambari ya chromosome ya 2 n 1. Spora zinatolewa baadaye na sporangia na kutawanyika katika mazingira. Aina mbili za spores zinazalishwa katika mimea ya ardhi, na kusababisha kujitenga kwa ngono kwa pointi tofauti katika mzunguko wa maisha. Mimea isiyo na mbegu (inayofaa zaidi inajulikana kama “mimea isiyo na mbegu yenye awamu kubwa ya gametophyte”) huzalisha aina moja tu ya spore, na huitwa homosporous. Baada ya kuota kutoka kwenye michezo, gametophyte hutoa gametangia ya kiume na ya kike, kwa kawaida kwa mtu mmoja. Kwa upande mwingine, mimea ya heterosporous huzalisha aina mbili za maumbile tofauti za spores. Spores ya kiume huitwa microspores kwa sababu ya ukubwa wao mdogo; megaspores kubwa zaidi itaendeleza katika gametophyte ya kike. Heterospory inazingatiwa katika mimea michache isiyo na mbegu na katika mimea yote ya mbegu.

Wakati spore ya haploid inakua, inazalisha gametophyte ya multicellular na mitosis. Gametophyte inasaidia zygote inayotokana na fusion ya gametes na kusababisha sporophyte vijana au fomu ya mimea, na mzunguko huanza upya (Kielelezo\(\PageIndex{2}\) na Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Mzunguko huu wa maisha ya fern unaonyesha mbadala ya vizazi na hatua kubwa ya sporophyte. (mikopo “fern”: mabadiliko ya kazi na Cory Zanker; mikopo “gametophyte”: mabadiliko ya kazi na “Vlmastra” /Wikimedia Commons)

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Mzunguko huu wa maisha wa moss unaonyesha mbadala ya vizazi na hatua kubwa ya gametophyte. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mariana Ruiz Villareal)

Spora za mimea isiyo na mbegu na poleni ya mimea ya mbegu zimezungukwa na kuta nene za seli zenye polymer mgumu inayojulikana kama sporopollenin. Dutu hii ina sifa ya minyororo ndefu ya molekuli za kikaboni zinazohusiana na asidi ya mafuta na carotenoids, na hutoa poleni zaidi rangi yake ya njano. Sporopollenin ni sugu isiyo ya kawaida kwa uharibifu wa kemikali na kibiolojia. Ushupavu wake unaelezea kuwepo kwa fossils zilizohifadhiwa vizuri za poleni. Sporopollenin mara moja ilidhaniwa kuwa uvumbuzi wa mimea ya ardhi; hata hivyo, mwani wa kijani Coleochaetes sasa anajulikana kuunda spores ambazo zina sporopollenin.

Ulinzi wa kiinitete ni mahitaji makubwa kwa mimea ya ardhi. Kiinitete kilicho na mazingira magumu lazima kihifadhiwe kutokana na kukausha na hatari nyingine za mazingira. Katika mimea isiyo na mbegu na mbegu, gametophyte ya kike hutoa lishe, na katika mimea ya mbegu, kiinitete pia kinalindwa kama kinaendelea kuwa kizazi kipya cha sporophyte.

Gametangia katika mimea isiyo na mbegu

Gametangia (umoja, gametangium) ni miundo kwenye gametophytes ya mimea isiyo na mbegu ambayo gametes huzalishwa na mitosis. Gametangium ya kiume, antheridium, hutoa mbegu. Mimea mingi isiyo na mbegu huzalisha mbegu zilizo na flagella zinazowawezesha kuogelea katika mazingira yenye unyevu hadi archegonia, gametangium ya kike. Mtoto huendelea ndani ya archegonium kama sporophyte.

Apical Meristems

Shina na mizizi ya mimea huongezeka kwa urefu kupitia mgawanyiko wa seli haraka ndani ya tishu inayoitwa meristem apical (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Meristem ya apical ni kofia ya seli kwenye ncha ya risasi au ncha ya mizizi iliyofanywa kwa seli zisizofafanuliwa ambazo zinaendelea kuenea katika maisha yote ya mmea. Siri za meristematic hutoa tishu zote maalumu za mmea. Kupanua kwa shina na mizizi inaruhusu mmea kupata nafasi ya ziada na rasilimali: mwanga katika kesi ya risasi, na maji na madini katika kesi ya mizizi. Meristem tofauti, inayoitwa meristem ya nyuma, inazalisha seli zinazoongeza kipenyo cha shina na miti ya miti. Meristems Apical ni kukabiliana na kuruhusu mimea ya mishipa kukua katika maelekezo muhimu kwa maisha yao: zaidi kwa upatikanaji mkubwa wa jua, na kushuka ndani ya udongo ili kupata maji na madini muhimu.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Mchuzi huu wa apple ni mfano wa mmea ambao meristem ya apical inatoa kupanda kwa shina mpya na ukuaji wa mizizi.

Ziada Ardhi Plant Marekebisho

Kama mimea ilichukuliwa na ardhi kavu na ikawa huru ya uwepo wa maji mara kwa mara katika makazi ya uchafu, viungo vipya na miundo vilionekana. Mimea ya mapema ya ardhi haikukua juu ya inchi chache chini, na juu ya mikeka hii ya chini, walishindana kwa mwanga. Kwa kutoa risasi na kukua mirefu, mimea ya mtu binafsi alitekwa mwanga zaidi. Kwa sababu hewa inatoa msaada mkubwa chini ya maji, mimea ya ardhi kuingizwa molekuli rigid zaidi katika shina zao (na baadaye, miti vigogo). Mageuzi ya tishu za mishipa kwa ajili ya usambazaji wa maji na solutes ilikuwa sharti muhimu kwa mimea kufuka miili mikubwa. Mfumo wa mishipa una tishu za xylem na phloem. Xylem hufanya maji na madini yaliyochukuliwa kutoka kwenye udongo hadi risasi; phloem husafirisha chakula kinachotokana na usanisinuru katika mmea mzima. Mfumo wa mizizi uliobadilika ili kuchukua maji na madini pia ulianzisha risasi ilizidi mirefu katika udongo.

Katika mimea ya ardhi, kifuniko cha maji, kinachojulikana kama nguo za cuticle sehemu za angani za mmea: majani na shina. Cuticle pia kuzuia ulaji wa dioksidi kaboni inahitajika kwa ajili ya awali ya wanga kupitia photosynthesis. Stomata, au pores, kwamba wazi na karibu na kudhibiti trafiki ya gesi na mvuke wa maji kwa hiyo alionekana katika mimea kama wao wakiongozwa katika makazi kavu.

Mimea haiwezi kuepuka wanyama wadudu. Badala yake, wao huunganisha aina kubwa ya metabolites ya sekondari yenye sumu: molekuli za kikaboni tata kama vile alkaloids, ambazo harufu mbaya na ladha isiyofaa huzuia wanyama. Misombo hii ya sumu inaweza kusababisha magonjwa makubwa na hata kifo.

Zaidi ya hayo, kama mimea ilivyotengenezwa na wanyama, metabolites tamu na lishe zilianzishwa ili kuwarubuni wanyama kutoa msaada muhimu katika kutawanya nafaka za poleni, matunda, au mbegu. Mimea imekuwa coevelving na washirika wanyama kwa mamia ya mamilioni ya miaka (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Mimea tolewa marekebisho mbalimbali ya maisha juu ya ardhi. (a) Mimea ya awali ilikua karibu na ardhi, kama moss hii, ili kuepuka kukausha. (b) Baadaye mimea ilianzisha cuticle ya wax ili kuzuia kukausha. (c) Ili kukua mirefu, kama miti hii ya maple, mimea ilibidi kubadilika kemikali mpya za kimuundo ili kuimarisha shina zao na mifumo ya mishipa ili kusafirisha maji na madini kutoka kwenye udongo na virutubisho kutoka kwenye majani. (d) Mimea ilianzisha ulinzi wa kimwili na kemikali ili kuepuka kuliwa na wanyama. (mikopo a, b: mabadiliko ya kazi na Cory Zanker; mikopo c: mabadiliko ya kazi na Christine Cimala; mikopo d: mabadiliko ya kazi na Jo Naylor)

EVOLUTION KATIKA ACTION: Paleobotany

Jinsi viumbe vilivyopata sifa ambazo zinawawezesha kutawala mazingira mapya, na jinsi mazingira ya kisasa yanavyoumbwa, ni maswali ya msingi ya mageuzi. Paleobotany inashughulikia maswali haya kwa maalumu katika utafiti wa mimea ya mwisho. Paleobotanists kuchambua sampuli retrieved kutoka masomo shamba, reconstituting morphology ya viumbe kwamba kwa muda mrefu kutoweka. Wao kufuatilia mageuzi ya mimea kwa kufuata marekebisho katika morphology kupanda, na kutoa mwanga juu ya uhusiano kati ya mimea zilizopo kwa kutambua mababu wa kawaida kwamba kuonyesha sifa sawa. Shamba hili linataka kupata spishi za mpito ambazo zinaweka daraja mapungufu katika njia ya maendeleo ya viumbe vya kisasa. Fossils ni sumu wakati viumbe ni trapped katika sediments au mazingira ambapo maumbo yao ni salama (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Paleobotanists huamua umri wa kijiolojia wa vielelezo na asili ya mazingira yao kwa kutumia sediments za kijiolojia na viumbe visukuku vinavyowazunguka. Shughuli inahitaji uangalifu mkubwa ili kuhifadhi uadilifu wa fossils maridadi na tabaka ambazo zinapatikana.

Moja ya maendeleo ya kusisimua ya hivi karibuni katika paleobotany ni matumizi ya kemia ya uchambuzi na biolojia ya molekuli kujifunza fossils. Uhifadhi wa miundo ya Masi inahitaji mazingira yasiyo ya oksijeni, kwani oxidation na uharibifu wa nyenzo kupitia shughuli za microorganisms hutegemea kuwepo kwa oksijeni. Mfano mmoja wa matumizi ya kemia ya uchambuzi na biolojia ya molekuli ni katika utambulisho wa oleanane, kiwanja kinachozuia wadudu na ambacho, hadi kufikia hatua hii, kinaonekana kuwa cha pekee kwa mimea ya maua. Oleanane ilipatikana kutoka kwenye sediments inayotokana na Permian, mapema zaidi kuliko tarehe za sasa zilizotolewa kwa kuonekana kwa mimea ya kwanza ya maua. Fossilized nucleic asidi-DNA na RNA-mavuno habari zaidi. Utaratibu wao unachambuliwa na kulinganishwa na ule wa viumbe hai na kuhusiana. Kupitia uchambuzi huu, mahusiano ya mabadiliko yanaweza kujengwa kwa ajili ya mistari ya mimea.

Baadhi ya paleobotanists wana wasiwasi juu ya hitimisho inayotokana na uchambuzi wa fossils za Masi. Kwa moja, vifaa vya kemikali vya riba vinaharibu haraka wakati wa kutengwa kwa awali wakati wa hewa, pamoja na katika uendeshaji zaidi. Kuna daima hatari kubwa ya kuchafua sampuli na vifaa vya nje, hasa kutoka kwa microorganisms. Hata hivyo, kama teknolojia inavyosafishwa, uchambuzi wa DNA kutoka kwa mimea ya fossilized itatoa taarifa muhimu juu ya mageuzi ya mimea na kukabiliana nao kwa mazingira yanayobadilika.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Hii kisukuku cha jani la mitende (Palmacites sp.) aligundua katika Wyoming tarehe ya karibu 40 miaka milioni iliyopita.

Mgawanyiko Mkubwa wa Mimea ya Ardhi

Mimea ya ardhi imewekwa katika makundi mawili makuu kulingana na kutokuwepo au kuwepo kwa tishu za mishipa, kama ilivyoelezwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{7}\). Mimea ambayo haina tishu za mishipa inayotengenezwa kwa seli maalumu kwa ajili ya usafiri wa maji na virutubisho hujulikana kama mimea isiyo na mishipa. Bryophytes, liverworts, mosses, na hornworts ni mbegu na nonvascular, na uwezekano alionekana mapema katika mageuzi ya mmea wa ardhi. Mimea ya mishipa ilianzisha mtandao wa seli zinazofanya maji na solutes kupitia mwili wa mmea. Mimea ya kwanza ya mishipa ilionekana mwishoni mwa Ordovician (miaka milioni 461—444 iliyopita) na pengine ilikuwa sawa na lycophytes, ambayo ni pamoja na klabu mosses (zisizochanganywa na mosses) na pterophytes (ferns, horsetails, na ferns whisk). Lycophytes na pterophytes hujulikana kama mimea isiyo na mbegu. Hazizalisha mbegu, ambazo ni majani na hifadhi zao za chakula zilizohifadhiwa zinalindwa na casing ngumu. Mimea ya mbegu huunda kundi kubwa la mimea yote iliyopo na, kwa hiyo, inatawala mazingira. Mimea ya mbegu ni pamoja na gymnosperms, hasa conifers, ambayo huzalisha “mbegu za uchi,” na mimea yenye mafanikio zaidi, mimea ya maua, au angiosperms, ambayo hulinda mbegu zao ndani ya vyumba katikati ya maua. Ukuta wa vyumba hivi baadaye huendeleza kuwa matunda.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Jedwali hili linaonyesha mgawanyiko mkubwa wa mimea.

Muhtasari wa sehemu

Mimea ya ardhi ilibadilika sifa ambazo ziliwezesha kutawala ardhi na kuishi nje ya maji. Mabadiliko ya maisha kwenye ardhi ni pamoja na tishu za mishipa, mizizi, majani, cuticles ya nta, na safu ngumu ya nje ambayo inalinda spores. Mimea ya ardhi ni pamoja na mimea isiyo na mishipa na mimea ya mishipa. Mimea ya mishipa, ambayo ni pamoja na mimea isiyo na mbegu na mbegu, ina meristems ya apical, na majani yenye maduka ya lishe. Mimea yote ya ardhi inashiriki sifa zifuatazo: mbadala ya vizazi, na mmea wa haploidi unaoitwa gametophyte na mmea wa diploidi unaoitwa sporophyte; malezi ya spores haploidi katika sporangium; na malezi ya gametes katika gametangium.

maelezo ya chini

1. 1 AD Chapman (2009) Hesabu ya Spishi Hai katika Australia na Dunia. 2 toleo. Ripoti ya Australia Biolojia Resources Utafiti. Australia Biodiversity Habari Services, Toowoomba, Australia. Inapatikana mtandaoni kwenye http://www.environment.gov.au/biodiv...ps-plants.html.

faharasa

meristem ya apical

hatua ya kukua katika mmea wa mishipa kwenye ncha ya risasi au mizizi ambapo mgawanyiko wa seli hutokea

diplontic

inaelezea mzunguko wa maisha ambapo hatua ya diploid ni hatua kubwa

gametangium

(wingi: gametangia) muundo ndani ambayo gametes huzalishwa

gametophyte

mmea wa haploidi unaozalisha gametes

haplodiplontic

inaelezea mzunguko wa maisha ambapo hatua za haploidi na diploid zinabadilika; pia inajulikana kama mbadala ya mzunguko wa maisha ya vizazi

ya kimsingi

inaelezea mzunguko wa maisha ambayo hatua ya haploid ni hatua kubwa

heterosporous

kuwa na aina mbili za spores zinazozalisha gametophytes ya kiume na ya kike

homosporous

kuwa na aina moja ya michezo ambayo inatoa kupanda kwa gametophytes ambayo hutoa gametes ya kiume na ya kike

mmea usio na mishipa

mmea ambao hauna tishu za mishipa, hutengenezwa kwa seli maalumu kwa usafiri wa maji na virutubisho;

sporangium

(wingi: sporangia) chombo ambacho spores huzalishwa

sporophyte

mmea wa diploid unaozalisha spores

ujanja

umoja wa gametes mbili katika mbolea

mmea wa mishipa

mmea ambao kuna mtandao wa seli zinazofanya maji na solutes kupitia viumbe

Wachangiaji na Majina

• Template:ContribOpenStaxConcepts