Anpassung der Struktur und Reproduktion machte Eroberung des

29. Pflanzen und die Eroberung des Festlandes
Anpassung der Struktur und Reproduktion machte Eroberung des
Festlandes möglich
Pflanzen: - photosynthetisch aktive, vielzellige Eukaryoten, autotroph
- Wachshaltige Cuticula umgibt Stengel und Blätter, verhindert Austrocknung
- Spaltöffnungen (Stomata, Poren in der Blattoberfläche) ermöglichen den Gasaustausch von Kohlendioxid und Sauerstoff
Embryophyten:
Von Hülle umgebende Gametangien schützen Gameten und Embryo vor dem Austrocknen.
Eizelle wird in Archegonium (weibl. Gametangium) befruchtet, Entwicklung zur Zygote,
dann zum Embryo. Dieser bleibt für einige Zeit dort, wird ernährt und geschützt.
Heteromorpher Generationswechsel:
Gametophyt (1n) – Mitosen – Gameten – Befruchtung – Zygote - Sporophyt
Sporophyt (2n) – Meiose – Sporen – direkte Entwicklung zum Gametophyten
Homosporie: Sporophyt – Spore – bisex. Gametophyt – Eizelle und Spermatozoiden
Heterosporie: Sporophyt – Megaspore – Archegonium - Eizelle
Sporophyt – Mikrospore – Antheridium - Spermatozoiden
Hauptperioden der Pflanzenevolution:
1.
2.
3.
4.
5.
aquatisch lebende Grünalgen
Bryophyten (Moose)
samenlose Gefässpflanzen: z.B.Farne
Gymnospermen: erste Samenpflanzen
Angiospermen: Blütenpflanzen
seit 1.2 Mia. Jahren
seit 460 Mio. Jahren
seit 360 Mio. Jahren
seit 130 Mio. Jahren
1. Charophyten: den Pflanzen am nächsten stehende Grünalgengruppe
Homologien zwischen Pflanzen und Charophyten:
- Chlorophyll b und beta-Carotin als Pigmente, Chloroplasten als gestapelte Grana
- Cellulose in Zellwand enthalten
- Aehnlichkeit der Mitose und Cytokinese
- Aehnlichkeit der Spermatozoiden und der Nucleinsäuren
Rezente Charophyten sind nicht Vorgänger der Pflanzen, haber aber gemeinsamen Vorfahr!
Rezente Charophyten haben keinen Generationswechsel. Wie entstand dieser bei den Pflanzen?
Hypothese:
Befruchtung – Zygote bleibt im elterlichen Thallus – Meiose hinauszögern, bis sich Zygote
mehrmals mitotisch geteilt hat – Masse 2n Zellen entsteht = rudimentärer Sporophyt, mit 1n
Gametophyt verbunden
Vorteil:
Durch anschliessende Meiose vieler diploider Zellen entstehen grössere Mengen haploider
Gametophyten. Bessere Umweltanpassung möglich.
1
Viele Charophyten lebten im Flachwasser oder Uferbereich. Durch natürliche Selektion wurden jene favorisiert, die Trockenperioden überstanden, d.h. eine Anpassung ans Landleben
durchmachten (Emryophytenkonzept, Entwicklung einer Cuticula)
2. Bryophyten ( Moose )
Landmerkmale:
- Embryophyten
- Erste Andeutungen einer wachshaltigen Cuticula: schützt vor Wasserverlust
Wassermerkmale:
- brauchen Wasser um sich zu reproduzieren, weil Spermatozoiden begeisselt sind.
Regen- oder Tauwasser reicht. Benötigen feuchten Lebensraum
- keine Leitbündel, um Wasser aus dem Boden nach oben zu schaffen. Nehmen Wasser
über ihre Oberfläche auf (vgl. mit Schwamm), Verteilung durch Diffusion, Kapillarkräfte und Cytoplasmaströmung. Feuchter Lebensraum notwendig
- Holzgewebe fehlt. Daher kein Höhenwachstum möglich.
Allgemeines:
- Generationswechsel: Gametophyt dominierende Generation!!
- viele Pflanzen zusammen bilden Moosteppiche, die sich durch Rhizoiden an Unterlage
festhalten
- 3 Abteilungen: Laub-, Leber-, Hornmoose
3. Samenlose Gefässpflanzen/ Farne
Merkmale:
- Cuticula
- Emryophyten: geschützte Sexualorgane
- Spezialisierung von Pflanzenteilen: - unterirdisches Wurzelsystem nimmt Wasser und
Mineralstoffe auf
- oberirdischer Vegetationskörper (Stengel, Blätter) stellt organische Nährstoffe her
- Lignin: hartes Gewebe in der Zellulosewand - Stützfunktion
- Leitbündelsystem: - Xylem: Wasser- und Mineralstofftransport, Wände lignifiziert,
totes Gewebe
- Phloem: Nährstofftransport, lebendes Gewebe
- Generationswechsel: zunehmende Dominanz des Sporophyten
- Homospor
- 4 Abteilungen: Nacktfarne, Bärlappe, Schachtelfarne, Farnpflanzen
- dominierende Pflanzen im Karbon/ Steinkohlewälder. In den Sümpfen und stehenden
Gewässern sanken die abgestorbenen Pflanzen auf den Grund – Torf – Kohle
4. Samenpflanzen / Gymnospermen
Erfolg der Samenpflanzen, weil:
- Gametophyt noch weiter reduziert. Kleinen Gametophyten befinden sich im wässrigen
Gewebe des Sporophyten – Austrocknungsschutz – diploider Sporophyt überlebt
besser bei mutagener Strahlung der Sonne.
- Pollen mit männl. Keimzellen ersetzt begeisselte Spermatozoiden – Pollen werden
durch Wind, Insekten oder andere Tiere auf Eizelle übertragen
2
-
Samen: Zygote wächst nicht sofort zu Sporophyt heran, sondern zu Embryo. Dieser
wird mit Reservestoffen von Samenhülle umgeben – Schutz vor Trockenheit und
Kälte – Verbreitung durch Wind, Wasser, Tiere
Merkmale:
- Grösste der 4 Abteilungen: Coniferophyten = Nadelhölzer (z.B. Kiefern, Fichten,
Tannen, Lärchen)
- Meistens grosse Bäume
- Reproduktionsstruktur: Zapfen
- Immergrün, können immer Photosynthese machen
- Meist nadelförmige Blätter: dicke Cuticula, Stomata in Gruben – reduzierter Wasserverlust, trockenheitsangepasst
- Lignifiziertes Xylemgewebe: Tracheiden – Stützfunktion und Wasserleitung
- Grösste und älteste Organismen darunter: Mammutbäume
- Heterospor
Koniferen verdrängten die Gefässpflanzen am Ende des Paläozoikum (im Perm) als das
Klima wärmer und trockener wurde.
Entwicklungszyklus:
Zwei unterschiedliche Typen von Zapfen (Heterosporie) bilden männl. und weibl. Gametophyten auf dem Sporophyten (Baum). Pollenkörner werden als unreife männl. Gametophyten
freigesetzt und landen auf den weibl. Zapfen, die innerhalb der Samenanlage unreife weibl.
Gametophyten enthalten. Nach der Gametophytenreifung findet die Befruchtung statt. Die
Zygote entwickelt sich zum Embryo, welcher in einen geflügelten Samen verpackt wird und
durch den Wind verbreitet. Samen keimt zum Sämling, neue Pflanze entsteht.
5. Angiospermen = Blütenpflanzen
Merkmale:
Heute artenreichste Gruppe
Gehören zur Abteilung der Spermatophyta. 2 Klassen: Monocotyledoneae (1 Keimblatt; z.B.Lilien, Orchideen) und Dicotyledoneae (2 Keimblätter; z.B.Mais, Getreide,
Rosen, Sonnenblumen, Reis)
Höherentwicklung des Xylems: aus den Tracheiden entstanden kürzere, aber weitere
Tracheen, die Ende an Ende aneinandergereiht sind – besserer Wassertransport,
schlechtere Stütze
Xylem durch Holzfasern verstärkt, dicke lignifizierte Wand – Stütze
Blüte: Kelchblätter, Kronblätter (auffällig gefärbt), Staubblätter (Pollenprod.),
Stempel: klebrige Narbe nimmt Pollen auf; Griffel; Fruchtknoten
Fruchknoten umgibt Samenanlage, die sich nach der Befruchtung zum Samen
entwickelt – Bedecktsamige!
Effektivität der Reproduktion wird durch Anlocken und Belohnung der Insekten erhöht, Interaktion zwischen Pflanze und Tier
Frucht: reifer Fruchtknoten + Samen – Samen geschützt, Verbreitung gefördert
- geniessbare Früchte werden von Tieren (meist Vögeln) aufgenommen, Schale bewahrt Samen vor Verdauung. Mit Exkrementen weit von Elternpflanze
entfernt ausgeschieden
- Bildung von Früchten in Propellerform – Windverbreitung
- Früchte mit Vorrichtungen, um sich im Tierfell festzusetzen
heterospor
3
-
meist Fremdbestäuber (Samen und Staubblätter reifen zu unterschiedlicher Zeit)
seit Ende des Mesozoikum (Ende Kreide) / Beginn Känozoikum dominante Pflanze
Entwicklungszyklus:
Die Pollenkörner sind unreife männl. Gametophyten, die sich in den Staubblättern bilden und
auf der klebrigen Narbe des Stempels reifen. Ein Pollenschlauch wächst hinunter zum Fruchtknoten, wo ein Spermakern die Eizelle befruchtet und ein anderer sich mit zwei weibl. 1n Zellen vereinigt. Daraus entsteht das triploide Endosperm, das als Nahrungsspeicher dient. Diese
doppelte Befruchtung führt zur Bildung des Samens, der den embryonalen Sporophyten,
umgeben von Endosperm und Samenhülle, enthält.
Die doppelte Befruchtung sychronisiert die Entwicklung von Nahrungsspeicher und Embryo. Wenn keine Bestäubung oder Befruchtung stattfindet, wird kein Embryo und Endosperm gebildet – Nährstoffe werden nicht für unreife Samenanlagen vergeudet.
4