Rostlin a živočichů Evoluce
| Klasifikace | Evoluce Rostlin | Zvířat Evolution | Homologie |
Evoluce Rostlin
Prokaryot, Řasy a Rostliny,
Prokaryot jsou organismy klasifikovány jako Bakterie a Archea, a jsou nejúspěšnější & bohaté organismů na Zemi. Ve skutečnosti jsou dominantní skupinou na zemi od doby, kdy se objevil život, a asi 2000 milionů let byly jedinou formou života na zemi. Prokaryoti jako skupina mají největší biomasu na planetě např. v oceánech tvoří prokaryoty 90% nebo více než celková hmotnost živých věcí; v gramu úrodné půdy může být 2, 5 x 109 prokaryotních buněk. Prokaryot jsou také nejstarší organismy na Zemi: nejstarší známé fosilní buňky patří do prokaryote, a pocházejí z hornin v Západní Austrálii, které se datují 3500 milionů let. Všechny prokaryoty jsou malé buňky, které postrádají složité vnitřní struktury, jako jsou mitochondrie a chloroplasty, které se nacházejí v eukaryotických buňkách. Také, ačkoli prokaryoti mají DNA na chromozomu, není uzavřena v jádru.
protože prokaryoty jsou pro lidské oko do značné míry neviditelné, máme tendenci na ně zapomínat. Přispěly však k rozvoji atmosféry bohaté na kyslík na počátku historie Země a jsou nezbytné pro procesy rozkladu a cyklování živin, což je klíčová role ve všech ekosystémech. Významně také přispěli k vývoji známějších eukaryotních forem života.
dnešní prokaryot může připomínat brzy zkameněliny, ale jsou moderní organismy, které úspěšně přizpůsobeny moderní životní podmínky. Oni jsou nalezení v některé z nejvíce extrémních prostředích na Zemi, včetně Antarktidy, do hlubin oceánů a hluboko ve skalách, kolo hlubinné průduchy, a ve vroucí termální prameny a jsou stále přítomna v našich lidských prostředích, včetně měst, domy a lidské tělo.
sinice (modrozelené řasy) jsou skupinou prokaryot, které jsou mimořádně důležité jak ekologicky (zejména v globálních cyklech uhlíku a dusíku), tak evolučně. Stromatolity, které jsou tvořeny sinic, poskytnout žijící a fosilní nálezy sinic vrací 2700 milionů let. Dnes stromatolity rostou pouze v mělké, slané bazény v horkém, suchém podnebí (např. Shark Bay v Západní Austrálii), a jejich množství v dávných skal zahrnuje podobné podmínky prostředí v těchto dobách. Stromatolity a další sinice byly hlavními přispěvateli k výraznému zvýšení koncentrací kyslíku v atmosféře, které začalo asi před 2000 miliony let. Dnes se sinice vyskytují všude-v mořském, sladkovodním a suchozemském prostředí a jako symbionty, např. lišejníky-a přispívají až 50% kyslíku v atmosféře.
důkazy DNA naznačují, že první eukaryoty (zelené rostliny) se vyvinuly z prokaryot (prostřednictvím endosymbiotických událostí) před 2500 až 1000 miliony let. Zkameněliny eukaryot, které se podobají živým hnědé řasy byly nalezeny v sedimentárních horninách z Číny, které jsou 1700 milionů let, zatímco pravděpodobně nejstarší fotosyntetizující eukaryota, Grypania, pochází z hornin 2100 milionů let. Všimněte si, že rozmanitost moderních skupin řas, a zejména jejich chloroplastů, naznačuje, že tyto endosymbiotické události nebyly neobvyklé. Moderní řasy obsahují řadu organismů s velmi odlišnými strukturami, ale identickými fotosyntetickými pigmenty. To naznačuje, že velmi odlišné hostitelské organismy vytvořily symbiózu se stejnými fotosyntetickými buňkami. To znamená, že skupiny řas se musely vyvinout samostatnými endosymbiotickými událostmi a skupina jako celek je identifikována spíše na základě podobné úrovně struktury než na jejím evolučním původu. Takové skupiny, kde členové mají několik různých evolučních původů, jsou popisovány jako polyfyletické.
sinice mají blízký evoluční vztah s eukaryoty. Mají stejné fotosyntetické pigmenty jako chloroplasty řas a suchozemských rostlin. Chloroplasty mají správnou velikost, která má pocházet z bakterií, reprodukovat stejným způsobem binárním štěpením a mít svůj vlastní genom ve formě jediné kruhové molekuly DNA. Enzymy a transportní systémy nalezené na složených vnitřních membránách chloroplastů jsou podobné těm, které se nacházejí na buněčných membránách moderních sinic, stejně jako jejich ribozomy. Tyto podobnosti mezi sinicemi a chloroplasty naznačují evoluční souvislost mezi těmito dvěma a lze je vysvětlit teorií endosymbiózy.
Referenční Stránky
Pro Mikrofosilií, stromatolity, a cyanobactieria: http://www.uni-muenster.de/GeoPalaeontologie/Palaeo/Palbot/seite1.html
zjistit více o živé stromatolity viz: http://www.calm.wa.gov.au/national_parks/hamelin_pool_mnr.html
zjistit více o fosilní stromatolity viz: http://cushforams.niu.edu/Stromato.htm
Přehled
http://www.peripatus.gen.nz/paleontology/MaiLinEvo.html
Endosymbiosis vysvětlil:
http://www.sidwell.edu/us/science/vlb5/Labs/Classification_Lab/Bacteria/symbiosis.html
| nahoru |
nejstarší suchozemské „rostliny“
Za 1500 milionů let fotosyntetických organismů zůstaly v moři. Je to proto, že při absenci ochranné ozonové vrstvy byla země koupána ve smrtelných úrovních UV záření. Jednou atmosférického kyslíku bylo dost, ozonovou vrstvu tvořil, což znamená, že to bylo možné pro živé věci, aby podnik na zemi.
pobřeží by byly nesmírně důležité při kolonizaci země. V této zóně by řasy byly vystaveny sladké vodě tekoucí ze země (a kolonizovaly by Sladkovodní stanoviště před přechodem na suchozemskou existenci). Byly by také vystaveny střídavému vlhkému a vysoušecímu prostředí. Adaptace na přežití vysychání by měly silnou hodnotu přežití, a je důležité si uvědomit, že mořské řasy jsou poikilohydrické a schopné odolat obdobím vysychání.
nejstarší důkazy pro vznik půdy, rostlin, ve formě zkamenělin, spory, pochází z období Ordoviku (510 – 439 milionů let), v době, kdy globální klima bylo mírné a rozsáhlé mělké moře obklopen nízkou-ležící kontinentální masy. (Tyto spory byly pravděpodobně produkován ponořené rostliny, které vychoval jejich sporangií nad vodou – vítr rozptýlení by nabídnout prostředky kolonizování jiných vodních těles. Data odvozená z DNA však naznačují ještě dřívější kolonizaci země, zhruba před 700 miliony let.
Mechorosty
nejstarší fotosyntetizující organismy na zemi by se podobal moderní řasy, sinice a lišejníky, následuje mechorosty (játrovky & mechů, který se vyvinul z charophyte skupiny zelených řas). Mechorosty jsou popisovány jako bezsemenné, nevaskulární rostliny. Jejich nedostatek cévní tkáně pro transport vody a živin omezuje jejich velikost(většina je mezi 2 a 20 cm vysoká). Mechorosty nemají typické stonky, listy nebo kořeny, ale jsou ukotveny k zemi rhizoidy. Mohou růst v široké škále prostředí a jsou poikilohydrické: když prostředí zaschne, rostlina také zůstává spící, zatímco je suchá, ale rychle se zotavuje, když je navlhčena. Tyto vlastnosti z nich činí důležité průkopnické druhy.
Referenční Stránky
Obecné Přehledy
http://scitec.uwichill.edu.bb/bcs/bl14apl/conq.htm
http://www.bio.miami.edu/tom/bil160/bil160goods/12_notes.html
Mechorosty
http://www.personal.psu.edu/users/s/d/sdc182/bryophyta.htm
| nahoru |
cévnaté rostliny
O 425 milionů let nový typ zařízení objevil: to byly cévnatých rostlin, s jejich homoiohydric životní styl. Nejdříve známé cévnaté rostliny pocházejí ze silurského období.
Cooksonia je často považován za nejstarší známé fosilní vaskulární půdy, rostlin, a data z pouhých 425 miliony let v pozdním Počátkem Siluru. Byla to malá rostlina, vysoká jen několik centimetrů. Jeho bezlisté stonky měly na svých špičkách sporangii (struktury produkující spory).
Rhynie je o něco mladší, ale vzhledově podobná Cooksonii.
Baragwanathia je mnohem větší & složitější, s tím, co se jeví jako spirálovitě uspořádané listy. Baragwanathia byla popsána jako lykofyt (cévní rostlina). Aby byla taková složitá rostlina přítomna v siluru, musely se pozemní rostliny objevit mnohem dříve, možná v ordoviku.
tyto první suchozemské rostliny se vyvinuly ze zelených řas, se kterými sdílejí řadu vlastností. Všechny zásoby energie ukládají jako škrob uvnitř plastidů. Jejich buněčná stěna je postavena z celulózových mikrofibril a fotosyntetickými pigmenty jsou chlorofyly a A b plus b-karoten.
Referenční Stránky
Pro Silurské období http://www.ucmp.berkeley.edu/silurian/silulife.html
Problémy s životem na zemi pro rostliny
Záření
- poškození ultrafialové světlo
- tepelně
- poškození photosystems
Vysoušení
- extrémně sušení vzduchu
- sporadické dodávky vody
Šíření
- žádná voda pro rozptýlení
Hnojení
- vyžaduje vodu
Řešení pro život na zemi
poikilohydric životní styl
Poikilohydry znamená, že organismus se pro svou vodu spoléhá přímo na životní prostředí. Výsledkem je, že obsah vody v organismu má tendenci dosáhnout rovnováhy s obsahem prostředí. Poikilohydrické organismy nemají žádné mechanismy, které by zabránily vysychání: vysychají a zůstávají spící, když jejich prostředí vyschne, ale mohou rehydratovat, když bude voda znovu k dispozici. Obvykle absorbují vodu přímo přes povrch těla.
Poikilohydrické organismy zahrnují některé zelené řasy, sinice (modrozelené řasy), lišejníky a mechorosty.
homoiohydrický životní styl
homoiohydrické rostliny mohou udržovat konstantní obsah vody a nevyrovnávat se s prostředím.
Toto je dosaženo tím, že:
- Controlling ztráta vody (hydroizolace, kůžičky)
- Regulovatelné ventily do vlasové kutikuly pro fotosyntézu (průduchy)
- Nahradit ztracené vody, vnitřní vodivé tkáně (xylem): cévnaté rostliny
- 3D struktura: minimalizuje povrch, poskytuje podporu
- Větrané tkáně pro lepší výměnu plynů (vnitřní mezibuněčné prostory)
Všechny moderní suchozemské rostliny – s výjimkou mechorostů – tyto funkce.
- byla také soutěž o světlo, což vedlo k tlaku na zvýšení produktivity, čehož bylo možné dosáhnout zvětšením plochy dostupné pro fotosyntézu (vyvíjející se listy) a/nebo udržováním stomat otevřených déle. To znamenalo, že mechanismy pro získávání a přepravu vody také potřebovaly zlepšení. Evoluce tedy byla pomalým, nepřetržitým, souvisejícím zlepšováním vztahů s vodou a zvyšováním produktivity.
Diverzifikace suchozemských rostlin
Jakmile jsou tyto rysy se vyvíjely, došlo k výraznému diverzifikace půdy rostliny během Devonu (408 – 362 miliony lety). Jednalo se lycophytes (clubmosses jsou nejznámější moderní členové této skupiny:), přesličky (např. Equisetum), a progymnosperms, přechodný mezi bezsemenné cévnatých rostlin a semen rostlin. Zatímco rané formy byly malé & postrádal woody tkáně, první strom-jako rostliny (včetně progymnosperms a strom-velké lycophytes) se objevil v polovině Devonu. První skutečné stromy (např. Archaeopteris) byl vyvinut koncem Devonu, a v semenné nahosemenné vyvinuly z progymnosperms do konce tohoto geologického období. Vzhled stromů měl významný vliv na životní prostředí, protože jejich pokročilé kořenové systémy ovlivnily produkci půdy a vedly ke zvýšenému zvětrávání.
zatímco nejstarší známá semena pocházejí z doby před 365 miliony let, musela se začít vyvíjet mnohem dříve. Až dosud nebyly prekurzory semen známy z fosilních záznamů. Nový fosilní objev prekurzoru semen se strukturou zdánlivě zapojenou do opylování však datuje tento vývoj nejméně před 385 miliony let.
Referenční Stránky
Prvohorní Rostliny
Tato stránka má informace & obrázky z přesličky & další „fern spojenci“: http://www.biosci.ohio-state.edu/~plantbio/greenhouse/ghconserv_tour_ferns.html
A pro clubmoss Lycopodium: http://bioweb.wku.edu/pix/plants/lycopodium.jpg
Referenční Knihy
P. Gerrienne et al. (2004) Runcaria, Střední devonský prekurzor semen. Věda 306: 856-858
| nahoru |
Význam semen
Zatímco výtrusy jsou snadno rozptýlit, že mají málo zásob, aby se etablovali. To znamená, že spóra dosáhne mokré oblasti, rychle klíčí a okamžitě začne fotosyntetizovat, aby získala energii pro další fázi životního cyklu. Rostliny produkující spory jsou tedy omezeny na vlhké prostředí alespoň po část svého životního cyklu.
pro srovnání, semeno obsahuje mladou rostlinu a živinu pro tuto rostlinu. To znamená, že semenné rostliny (nahosemenné a krytosemenné rostliny) mohou osídlit oblasti s přechodným nebo podpovrchové vody jako mladá rostlina může vytvořit sám velmi rychle, jakmile je má vyklíčila. Vývoj osiva je základem úspěchu gymnospermů a krytosemenných rostlin.
V Karbonu (362 – 290 miliony lety) podmínky byly teplé, s malou sezónní změny v tropických zeměpisných šířkách, a země byla v teple & bažinaté. Tyto podmínky vyhovují rozsáhlé lesy přesliček & stromové kapradiny, které, stejně jako většina ostatních Karbonských rostlin, reprodukovány výtrusy. Spory vyžadují vlhké podmínky pro klíčení a rychlý růst. Mnoho z těchto nositelů spór však vymřelo, protože prostředí se ke konci paleozoika stalo vyprahlejším. První jehličnany se začaly objevovat ke konci karbonu.
Referenční Stránky
Obecné Informace Viz: http://taggart.glg.msu.edu/isb200/carbfor.htm
klima Se stala chladnější a sušší během Permu (290 – před 245 miliony let), rozsáhlé zalednění na jižní polokouli. Rostliny však stále rostly v oblastech bez ledu, mezi nimi i semenná kapradina Glossopteris, která je známá pouze z gondwanan landmasses. Ve skutečnosti, distribuce Glossopteris & ostatní členy Glossopteridales za předpokladu, brzy důkazy o kontinentální drift.
seed kapradiny zemřel na konci Permu, a byly nahrazeny Dicroidium a jeho příbuzní, které byly také nalezeny v celé Gondwanaland. Jehličnany, cykasy, & ginkgoes (všechny nahosemenné) začaly nahrazovat starší lesy, a jsou běžné po celé Pangea během Triasu (245 – 208 miliony lety). Nový Zéland byl přítomen jako do značné míry sopečné & snadno erodované ostrovy, & byl domovem kapradiny, Dicroidium, gingkoes, a brzy araucarian jehličnanů. Mohly být také přítomny časné podokarpy.
vzhled kvetoucích rostlin,
Nahosemenné, zejména cykasy, zůstal dominantní suchozemské rostliny v Jury (208 – 145 miliony lety), ale v Křídě (145 – 65 mil. lety) viděl vzestup kvetoucí rostliny (krytosemenné rostliny) a jejich přidružené hmyzích opylovačů (příklad coevolution). Existuje asi 235 000 druhů krytosemenných rostlin, ale všechny sdílejí určitou sadu funkcí: květiny, ovoce a Výrazný Životní cyklus. Z tohoto důvodu se předpokládá, že angiospermy jsou monofyletickou skupinou.
krytosemenné rostliny vděčí za svůj úspěch vývoji květu. Pyl a nektar květu povzbuzují opylující zvířata k návštěvě, což zvyšuje pravděpodobnost oplodnění tím, že zajišťuje efektivní přenos pylu z květu na květ. (Květy větrem opylovaných krytosemenných rostlin, např. trav, jsou z hlediska velikosti a složitosti velmi zmenšeny.) Po oplodnění se karpel a další části květu používají k vytvoření ovoce, které napomáhá rozptýlení semen uvnitř ovoce. Kromě toho xylemové nádoby angiospermů umožňují velmi rychlý pohyb vody rostlinou. To znamená, že kvetoucí rostliny mohou mít své průduchy otevřené přes den, dosažení vyšší fotosyntetické sazby, než nahosemenných; tato „náhradní“ fotosyntetické kapacity může podporovat rozvoj ovoce.
dvě hlavní skupiny krytosemenných rostlin jsou dvouděložné (přesněji „eudikotyledony“) a jednoděložné, které zahrnují trávy. Trávy se vyvinuly v eocénu (před 56,5 – 35,4 miliony let), což zase vedlo k vývoji savců během oligocénu (před 35,4-23,2 miliony let). Jako svět se začal v pohodě během Miocénu (23.2 – 5,2 milionu let) tyto porosty šíření a lesy smluvně; o Pliocénu (5.2 – 1,6 milionů let), tam jsou pouště v mnoha oblastech. Fragmentace lesních stanovišť a šíření travních porostů, které doprovázely tento trend chlazení, se podílejí na vývoji lidí.
Led Věkových kategorií a Nový Zéland alpské rostliny,
Ledových dob Pleistocénu byly významné ve vývoji Nový Zéland rostliny jako, společně s novým stanovišť tvoří vzestup Jižní Alpy, které za předpokladu, že podmínky pro rozvoj naší rozsáhlé endemických druhů alpské flóry.
Zatímco na Novém Zélandu byla různě zalesněných po dlouhou dobu, v současné době existují dva hlavní typy původních lesů: deštný prales nebo podocarp/listnatý les (mix jehličnany a listnáče), a buk lesní. Dalšími typy vegetace jsou bylinná pole, pastviny a keřové půdy, které lze v závislosti na jejich situaci popsat jako pobřežní, nížinné nebo horské (alpské).
Během posledního zalednění, tedy 100 000 – 10 000 lety, průměrná roční teplota klesla o 4,5 ° c a sněhu snížila 830 – 850m. Tam byla rozsáhlá zalednění podél Jižní Alpy, rozšíření na úrovni moře na mnohem Západního Pobřeží, a tam byly malé ledovce na Severu Ostrova Tararua rozsahy a Centrální náhorní Plošině. Během nejchladnější části glaciální, tolik vody byl zavřený v ledu, která byla hladina moře až 135m nižší a NZ byla kontinuální pevniny.
tyto extrémní podmínky měly zvláště výrazný vliv na vývoj a distribuci rozmanité alpské flóry Nového Zélandu. Před Ledových dob Pleistocénu, nejen klimatu, spíše teplé, ale také tam byla trochu vysoká země, dokud otřesy Kaikoura Vrásnění v pozdní Pliocén/začátkem Pleistocénu vytvořil alpské zóny. Proto jsou naše vysokohorské rostliny pravděpodobně relativně nedávného původu (geologicky řečeno). Alpské rostliny jsou ty, které se nacházejí nad současnou linií stromů, ale občas během ledovcových fází by se rozšířily až k pobřeží na většině Nového Zélandu.
mnoho našich alpských rostlin je endemických na Novém Zélandu: 93% alpských druhů je endemických; 8 rodů je endemických, přičemž dalších 15 má pouze několik druhů mimo NZ. Tyto rostliny se pravděpodobně vyvinuly v NZ rychlým adaptivním zářením z nížinných druhů po skončení ledovcového období. Střídání teplých a chladných období by vedlo rostlinné druhy nahoru a dolů po rozvíjejících se horách, rozdělit zóny stanovišť, a poskytoval různé refugie. To vše by výrazně zvýšilo evoluční tlaky na tuto konkrétní sadu rostlin. Tato hypotéza je podpořena skutečností, že řada alpských skupin vykazuje disjunkce v jejich distribuci a Nachází se pouze na několika izolovaných místech: nejjednodušší vysvětlení je, že byly původně rozšířené, ale byli vyhlazeni během teplejších období od níže položených oblastí v okolí jejich současných domovů, nebo ještě nebyli schopni soutěžit s vrácením nížinných rostlin.
New Zealand Example
taková rozsáhlá klimatická změna pravděpodobně vedla k vývoji novozélandských Polystichum kapradin.