Evoluce rostlin

1. Evoluce rostlin 2008

3. Greening of Earth • první suchozemské povlaky sinic snad před 2,1 miliardami let • 500 miliónů let – rostliny, fungi a animalia kolonizují suchou zem • i když se některé vrátily do vod, rostliny jako takové jsou suchozemské

4. Výhody invaze na pevninu • sluneční světlo je přímé a je ho dost, není filtrováno skrze vrstvu fytoplanktonu • ve vzduchu je mnohem více CO2 pro fotosyntézu než ve vodě • na souši nejsou žádní nepřátelé ani býložravci… …alespoň prozatím • v půdě je mnohem více minerálů než ve vodě

5. „Rostliny“ a řasy • dodnes pořádně nevíme, jak oddělit „rostliny“ od řas • tradiční schéma: Plantae = Embryophyta • jiné schéma: Plantae = širší rostliny, určitě by do nich měly patřit i Charophyceae • ještě jiné schéma: Plantae = včetně všech zelených řas, nejenom Charophyceae

6. Embryophyta • = suchozemské rostliny • embryophyta je ale přesnější, neboť některé druhy řas se dostaly též na suchou zemi • mají mnohobuněčný sporofyt, mnohobuněčná gametangia a mnohobuněčná sporangia, kutikulu a spory chráněné silnou stěnou • tradičně se dělí na bryophyta a cévnaté rostliny

7. Znaky, které se vyvinuly až na suché zemi (…a které nemají řasy) • apikální meristém • rodozměna (ale viz dále) • spory opatřené stěnou ve vznikají ve sporangiích • mnohobuněčná gametangia • mnohobuněčná, závislá embrya • je ale třeba být opatrný: některé z těchto znaků se vyvinuly nezávisle u řas a jiné znaky byly u suchozemských rostlin druhotně ztraceny

8. 1. Apikální meristém • pro fotosyntézu jsou potřeba látky ve dvou odlišných prostředích: ve vzduchu (světlo a CO2) a v půdě (voda a minerály) • protože se rostliny nemohou pohybovat, řeší problém růstem v apexech

9. 2. Rodozměna • životní cyklus suchozemských rostlin alternuje mezi dvěma odlišnými typy těl, z nichž vždy jedno produkuje to druhé • rodozměna existuje též u různých skupin řas, ale neexistuje u Charophyceae! – řas příbuzensky nejbližším suchozemským rostlinám • předkové Charophycae a zelených rostlin tedy rodozměnu zřejmě neznali a je ji tak možno považovat za znak, který se vyvinul až na suché zemi • P.S. u člověka o rodozměně mluvit nelze. Rodozměna je situace, při níž existuje mnohobuněčná haploidní a mnohobuněčná diploidní fáze

10. 2. Rodozměna • gametofyt = útvar (např. řasa či rostlina), který je tvořen pouze z haploidních buněk (obsahujících tedy pouze 1n chromosomů, úplně stejně jako gameta) • gametofyt vzniká opakovanými mitózamize spory • gametofyt produkuje gamety! • sporofyt = útvar (např. řasa nebo rostlina), který je tvořen pouze z diploidních buněk (obsahujících tedy 2n chromosomů). • Sporofyt vzniká opakovanými mitózamize zygoty • sporofyt produkuje spory!

12. 3. Spory opatřené stěnou vznikají ve sporangiích • spora = výtrus = haploidní buňka, ze které vzniká mitózami gametofyt • sporopolenin způsobuje, že stěny spor jsou velmi pevné a tuhé • sporofyt má mnohobuněčná tzv. sporangia, ve kterých vznikají meiosou haploidní spory • specializované buňky ve sporangiích, tzv. sporocyty dají meiosou vznik sporám

13. 3. Spory opatřené stěnou vznikají ve sporangiích • mnohobuněčná sporangia produkující spory v obalech ze sporopoleninu jsou klíčovou adaptací k pobytu na suché zemi • i když Charophyceae produkují spory, nemají mnohobuněčná sporangia a spory nejsou chráněny sporopoleninem

14. 4. Mnohobuněčná gametangia • gametangia = mnohobuněčné útvary ve kterých vznikají gamety • archegonium = vázovitý útvar, ve kterém vzniká vajíčko • antheridium = produkuje spermie a uvolňuje je do prostředí • u semenných rostlin došlo k tak velké redukci gametofytu, že archegonia a antheridia byly u některých skupin druhotně ztraceny

15. 5. Mnohobuněčná, závislá embrya • mnohobuněčná rostlinná embrya vznikají ze zygoty a jsou uchovávána v mateřské rostlině… • …která dodává embryu živiny, jako cukry a aminokyseliny • tento přenos živin mezi embryem a mateřskou tkání umožňují „placental transfer cells“ • přenos je umožněn specializovanými póry mezi buňkami, které jsou vystlány plasmatickou membránou • celý mechanismus silně připomíná situaci u placentálů (jako např. člověka)

16. 5. Mnohobuněčná, závislá embrya • tento znak je natolik charakteristický, že se někdy „rostliny“ nazývají Embryophyta

17. Další znaky • protože jsou suchozemské rotliny vystaveny nebezpečí vyschnutí, vzniká odolná epidermis, krytá na povrchu vrstvou vosků, tzv. kutikulou • mnohé suchozemské rostliny produkují tzv. sekundární metabolity – odbočky z „klasických“ metabolických drah (kofein, teofylin, teobromin, chinin a alkaloidy, terpeny, taniny, flavonoidy…) • sekundární metabolity mají často ostrou chuť, jsou jedovaté, silně vonící – a chrání proti parazitům a býložravcům • flavonoidy o sebe absorbují škodlivé UV záření

18. Vznik suchozemských rostlin • 1970:nalezeny fosilní spory datované do ordoviku, 475 miliónů let staré • 2003: nalezeny fosilní spory rovněž 475 milionů let staré ve shlucích po čtyřech • podle molekulárních hodin se odhaduje společný předek všech rostlin na dobu 700 miliónů let • jiné odhady molekulárních hodin hovoří pro dobu 490 – 425 miliónů let

19. Systematikacelkem 10 kmenů • necévnaté: 3 (Hepatophyta, Anthoceratophyta, Bryophyta) • cévnaté: 7 • bez semene: 2 (Lycophyta, Pterophyta) • se semenem: 5 • nahosemenné: 4 (Ginkgophyta, Cycadophyta, Gnetophyta, Conifera) • krytosemenné: 1 (Anthophyta)

21. Systematikacelkem 10 kmenů • semeno = embryo chráněné obalem a zásobeno živinami • nahosemenné: semeno není umístěno v ochranných obalech • krytosemenné: semeno je chráněno v obalech zvaných ovaria, které jsou umístěny ve květu a dozrávají v plodech

22. Systém • dnes odhadováno 290 000 druhů rostlin • cévnaté rostliny tvoří 93 %