Lernergebnisse
- Identifizieren Sie die Hauptmerkmale von Bryophyten
Bryophyten sind die Gruppe von Pflanzen, die der am nächsten Verwandte früher terrestrischer Pflanzen sind. Die ersten Bryophyten (Leberwürmer) traten höchstwahrscheinlich vor etwa 450 Millionen Jahren in der ordovizischen Zeit auf. Aufgrund des Mangels an Lignin und anderen resistenten Strukturen ist die Wahrscheinlichkeit, dass Bryophyten Fossilien bilden, eher gering., Einige durch Sporopollenin geschützte Sporen haben überlebt und werden frühen Bryophyten zugeschrieben. In der silurischen Zeit hatten sich Gefäßpflanzen jedoch auf den Kontinenten ausgebreitet. Diese zwingende Tatsache wird als Beweis dafür verwendet, dass nicht-vaskuläre Pflanzen der Silurzeit vorausgegangen sein müssen.
Mehr als 25.000 Arten von Bryophyten gedeihen in meist feuchten Lebensräumen, obwohl einige in Wüsten leben. Sie bilden die Hauptflora unwirtlicher Umgebungen wie der Tundra, wo ihre geringe Größe und Austrocknungstoleranz deutliche Vorteile bieten., Ihnen fehlt im Allgemeinen Lignin und es gibt keine tatsächlichen Tracheide (Xylemzellen, die auf die Wasserleitung spezialisiert sind). Vielmehr zirkulieren Wasser und Nährstoffe in spezialisierten leitenden Zellen. Obwohl der Begriff Nicht-Tracheophyt genauer ist, werden Bryophyten allgemein als nichtvaskuläre Pflanzen bezeichnet.
In einem Bryophyten gehören alle auffälligen vegetativen Organe—einschließlich der photosynthetischen blattartigen Strukturen, des Thallus, des Stammes und des Rhizoids, das die Pflanze an ihrem Substrat verankert-zum haploiden Organismus oder Gametophyten. Der Sporophyt ist kaum wahrnehmbar., Die von Bryophyten gebildeten Gameten schwimmen mit einem Flagellum, ebenso wie Gameten in einigen der Tracheophyten. Das Sporangium—die vielzellige sexuelle Fortpflanzungsstruktur-ist in Bryophyten vorhanden und fehlt in der Mehrheit der Algen. Der Bryophytenembryo bleibt auch an der Mutterpflanze haften, die ihn schützt und nährt. Dies ist ein Merkmal von Landpflanzen.
Die Bryophyten sind in drei Phyla unterteilt: die Leberwürmer oder Hepaticophyta, die Hornwürmer oder Anthocerotophyta und die Moose oder echte Bryophyta.,
Leberwürmer
Leberwürmer (Hepaticophyta) werden als die Pflanzen angesehen, die am engsten mit dem Vorfahren verwandt sind, der an Land gezogen ist. Leberwürmer haben jeden terrestrischen Lebensraum der Erde besiedelt und sich auf mehr als 7000 existierende Arten diversifiziert (Abbildung 1).
Abbildung 1. Diese Zeichnung von 1904 zeigt die Vielfalt der Formen von Hepaticophyta.
Abbildung 2. Ein Leberwort, Lunularia cruciata, zeigt seinen lobat, flachen Thallus., Der Organismus auf dem Foto befindet sich im Gametophytenstadium, hat aber noch keine Gametangie hervorgebracht. Lunularia gametophyten produzieren halbmondförmige Gemmae (eingekreist), die asexuelle Sporen enthalten. Die winzigen weißen Punkte auf der Oberfläche des Thallus sind Luftporen.
Lobat Leberwürmer bilden einen flachen Thallus, mit Lappen, die eine vage Ähnlichkeit mit den Lappen der Leber haben, wie in Abbildung 2 zu sehen. Öffnungen im Thallus, die die Bewegung von Gasen ermöglichen, können bei Leberwürmern beobachtet werden. Dies sind jedoch keine Stomata, da sie sich durch die Wirkung von Schutzzellen nicht aktiv öffnen und schließen., Stattdessen nimmt der Thallus Wasser über seine gesamte Oberfläche auf und hat keine Kutikula, um Austrocknung zu verhindern, was ihre bevorzugten nassen Lebensräume erklärt.
Abbildung 3 stellt den Lebenszyklus eines lobate Leberblümchen. Haploide Sporen keimen zu abgeflachten Thalli, die durch dünne einzellige Filamente am Substrat befestigt werden. Stielartige Strukturen (Gametophoren) wachsen aus dem Thallus und tragen männliche und weibliche Gametangien, die sich je nach Art auf getrennten, einzelnen Pflanzen oder auf derselben Pflanze entwickeln können. Flagellierte männliche Gameten entwickeln sich innerhalb von Antheridien (männliche Gametangien)., Die weiblichen Gameten entwickeln sich innerhalb der Archegonie (weibliche Gametangie). Nach der Freisetzung schwimmen die männlichen Gameten mit Hilfe ihrer Flagellen zu einem Archegonium, und es kommt zur Befruchtung. Die Zygote wächst zu einem kleinen Sporophyten heran, der noch im Archegonium enthalten ist. Die diploide Zygote wird durch Meiose zur nächsten Generation von haploiden Sporen führen, die durch Wind oder Wasser verbreitet werden können. In vielen Leberwürmern wird die Sporenverteilung durch ela—lange Einzelzellen erleichtert, die plötzlich ihre Form ändern, wenn sie austrocknen und benachbarte Sporen aus der Sporenkapsel werfen.,
Leberwurzpflanzen können sich auch asexuell vermehren, indem sie „Äste“ brechen oder sich Blattfragmente, sogenannte Gemmae, ausbreiten. Bei dieser letzteren Art der Fortpflanzung werden die Gemmae—kleine, intakte, vollständige Pflanzenstücke, die in einer Tasse auf der Oberfläche des Thallus produziert werden—durch Regentropfen aus der Tasse gespritzt. Die Gemmae landen dann in der Nähe und entwickeln sich zu Gametophyten.
Abbildung 3.Der Lebenszyklus eines typischen Lobatleberwortes wird gezeigt., Dieses Bild zeigt ein Leberwort, in dem Antheridien und Archegonien auf getrennten Gametophyten produziert werden. (credit: änderungen der arbeiten von Mariana Ruiz Villareal)
Hornworts
Abbildung 4. Hornworts wachsen einen großen und schlanken Sporophyten. (credit: Modifikation der Arbeit von Jason Hollinger)
Die Hornwürmer (Anthocerotophyta) gehören zur breiten Bryophytengruppe. Sie haben eine Vielzahl von Lebensräumen an Land besiedelt, obwohl sie nie weit von einer Feuchtigkeitsquelle entfernt sind., Der kurze, blaugrüne Gametophyt ist die dominierende Phase des Lebenszyklus eines Hornkraut. Der schmale, pfeifenartige Sporophyt ist das bestimmende Merkmal der Gruppe. Die Sporophyten entstehen aus dem Eltern-Gametophyten und wachsen während der gesamten Lebensdauer der Pflanze weiter (Abbildung 4).
Stomata erscheinen in den Hornwürmern und sind reichlich auf dem Sporophyten. Photosynthetische Zellen im Thallus enthalten einen einzigen Chloroplasten. Meristemzellen an der Basis der Pflanze teilen sich weiter und erhöhen ihre Höhe., Viele Hornwürmer stellen symbiotische Beziehungen zu Cyanobakterien her, die Stickstoff aus der Umwelt binden.
Der Lebenszyklus von Hornwürmern (Abbildung 5) folgt dem allgemeinen Muster des Generationswechsels. Die Gametophyten wachsen als flache Thalli auf dem Boden mit eingebetteten Gametangien. Flagellierte Spermien schwimmen zur Archegonie und befruchten Eier. Die Zygote entwickelt sich zu einem langen und schlanken Sporophyten, der sich schließlich aufspaltet und Sporen freisetzt. Dünne Zellen, Pseudoelater genannt, umgeben die Sporen und helfen, sie in der Umwelt weiter zu treiben., Im Gegensatz zu den Elatern, die in Schachtelhalmen beobachtet werden, sind die Hornkraut-Pseudoelaters einzellige Strukturen. Die haploiden Sporen keimen und führen zur nächsten Generation von Gametophyten.
Abbildung 5. Der Generationswechsel bei Hornwürmern wird gezeigt. (credit: Änderung der Arbeit von „Smith609“ /Wikimedia Commons basierend auf Originalarbeit von Mariana Ruiz Villareal)
Moose
Die Moose sind die zahlreichsten der nicht-vaskulären Pflanzen. Mehr als 10.000 Moosarten wurden katalogisiert., Ihre Lebensräume variieren von der Tundra, wo sie die Hauptvegetation sind, bis zur Unterwelt tropischer Wälder. In der Tundra erlauben die flachen Rhizoide der Moose, sich an einem Substrat zu befestigen, ohne in den gefrorenen Boden einzudringen. Moose verlangsamen die Erosion, speichern Feuchtigkeit und Bodennährstoffe und bieten kleinen Tieren Schutz sowie Nahrung für größere Pflanzenfresser wie den Moschusochsen. Moose reagieren sehr empfindlich auf Luftverschmutzung und werden zur Überwachung der Luftqualität verwendet., Sie sind auch empfindlich gegenüber Kupfersalzen, daher sind diese Salze ein häufiger Bestandteil von Verbindungen, die vermarktet werden, um Moose aus Rasenflächen zu eliminieren.
Moose bilden winzige Gametophyten, die die dominierende Phase des Lebenszyklus darstellen. Grüne, flache Strukturen mit einem einfachen Mittelrib—ähnlich echten Blättern, aber ohne Stomata und Gefäßgewebe—sind spiralförmig an einem zentralen Stiel befestigt. Moose haben Stomata nur auf dem Sporophyten. Wasser und Nährstoffe werden direkt durch die blattartigen Strukturen des Gametophyten aufgenommen. Einige Moose haben kleine Zweige., Ein primitives Leitungssystem, das Wasser und Nährstoffe trägt, läuft den Gametophytenstiel hinauf, erstreckt sich aber nicht in die Blätter. Zusätzlich werden Moose durch mehrzellige Rhizoide, Vorläufer von Wurzeln, am Substrat verankert—sei es Boden, Fels oder Dachziegel. Sie stammen von der Basis des Gametophyten, sind aber nicht der Hauptweg für die Aufnahme von Wasser und Mineralien. Das Fehlen eines echten Wurzelsystems erklärt, warum es so einfach ist, Moos-Matten aus einem Baumstamm zu reißen. Die Moose nehmen daher eine Schwellenposition zwischen anderen Bryophyten und den Gefäßpflanzen ein., Der Lebenszyklus des Moos folgt dem Muster des Generationswechsels, wie in Abbildung 6 dargestellt.
Abbildung 6. Diese Abbildung zeigt den Lebenszyklus von Moosen. (credit: änderungen der arbeiten von Mariana Ruiz Villareal)
Abbildung 7. Moos Sporophyt. Dieses Foto zeigt die langen schlanken Stängel, genannt Setae, verbunden mit Kapseln des Moos Thamnobryum alopecurum. Das Operculum und Reste der Calyptra sind in einigen Kapseln sichtbar., (credit: Modifikation der Arbeit von Hermann Schachner)
Die bekannteste Struktur ist der haploide Gametophyt, der aus einer haploiden Spore keimt und zuerst ein Protonem bildet—normalerweise ein Gewirr einzelliger Filamente, die den Boden umarmen. Zellen, die einem apikalen Meristem ähneln, teilen sich aktiv und führen zu einem Gametophor, der aus einem photosynthetischen Stamm und laubartigen Strukturen besteht. Männliche und weibliche Gametangien entwickeln sich an der Spitze separater Gametophore., Die Antheridien (männliche Organe) produzieren viele Spermien, während die Archegonien (die weiblichen Organe) jeweils ein einzelnes Ei an der Basis (Venter) einer flaschenförmigen Struktur bilden. Das Archegonium produziert Lockstoffe und bei der Befruchtung schwimmt das Sperma den Hals hinunter zum Venter und verbindet sich mit dem Ei im Archegonium. Die durch das Archegonium geschützte Zygote teilt sich und wächst zu einem Sporophyten heran, der immer noch am Fuß des Gametophyten befestigt ist.
Der Moos-Sporophyt ist abhängig vom Gametophyten für Nährstoffe., Die schlanke Seta (Plural, Setae), wie in Abbildung 7 zu sehen, enthält röhrenförmige Zellen, die Nährstoffe von der Basis des Sporophyten (des Fußes) auf das Sporangium oder die Kapsel übertragen.
Sporen Mutterzellen im Sporangium unterliegen einer Meiose, um haploide Sporen zu produzieren. Der Sporophyt hat mehrere Eigenschaften, die die sich entwickelnden Sporen schützen und bei ihrer Ausbreitung helfen. Die Calyptra, abgeleitet von den Wänden des Archegoniums, bedeckt das Sporangium. Eine Struktur namens Operculum befindet sich an der Spitze der Sporenkapsel., Die Calyptra und das Operculum fallen ab, wenn die Sporen zur Ausbreitung bereit sind. Das Peristom, Gewebe um den Mund der Kapsel, besteht aus dreieckigen, eng anliegenden Einheiten wie kleinen “ Zähnen.“Das Peristom öffnet und schließt sich je nach Feuchtigkeitsgehalt und setzt periodisch Sporen frei.
Übungsfrage
Welche der folgenden Aussagen über den Lebenszyklus von Moos ist falsch?
- Der reife Gametophyt ist haploid.
- Der Sporophyt produziert haploide Sporen.
- Die Calyptra bildet einen reifen Gametophyten.,
- Die Zygote ist im Venter untergebracht.
Zusammenfassend: Bryophyten
Kernlose nichtvaskuläre Pflanzen sind klein und haben den Gametophyten als dominierendes Stadium des Lebenszyklus. Ohne Gefäßsystem und Wurzeln absorbieren sie Wasser und Nährstoffe auf allen freiliegenden Oberflächen. Gemeinsam als Bryophyten bekannt, umfassen die drei Hauptgruppen die Leberwürmer, die Hornwürmer und die Moose., Leberwürmer sind die primitivsten Pflanzen und eng mit den ersten Landpflanzen verwandt. Hornwürmer entwickelten Stomata und besitzen einen einzigen Chloroplasten pro Zelle. Moose haben einfache leitfähige Zellen und sind durch Rhizoide am Substrat befestigt. Sie besiedeln raue Lebensräume und können nach dem Austrocknen Feuchtigkeit zurückgewinnen. Das Moos-Sporangium ist eine komplexe Struktur, die die Freisetzung von Sporen von der Mutterpflanze ermöglicht.
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