evoluția plantelor și animalelor
| clasificare | evoluția plantelor | evoluția animalelor | omologie |
evoluția plantelor
procariotele, algele și plantele
procariotele sunt organismele clasificate ca bacterii și Archaea și sunt cele mai de succes& organisme abundente de pe Pământ. De fapt, ei au fost grupul dominant pe pământ de când a apărut viața și timp de aproximativ 2000 de milioane de ani au fost singura formă de viață de pe pământ. Procariotele ca grup au cea mai mare biomasă de pe planetă, de ex. în oceane, procariotele reprezintă 90% sau mai mult decât greutatea totală a ființelor vii; pot exista 2,5 x 109 celule procariote într-un gram de sol fertil. Procariotele sunt, de asemenea, cele mai vechi organisme de pe Pământ: cele mai vechi celule fosile cunoscute aparțin unui procariot și provin din roci din Australia de Vest care datează de 3500 de milioane de ani. Toate procariotele sunt celule mici cărora le lipsesc structurile interne complexe, cum ar fi mitocondriile și cloroplastele, găsite în celulele eucariote. De asemenea, deși procariotele posedă ADN pe un cromozom, acesta nu este închis într-un nucleu.
deoarece procariotele sunt în mare parte invizibile pentru ochiul uman, avem tendința de a uita de ele. Cu toate acestea, ele au contribuit la dezvoltarea unei atmosfere bogate în oxigen la începutul istoriei Pământului și sunt esențiale pentru procesele de descompunere și ciclul nutrienților, un rol cheie în toate ecosistemele. De asemenea, au contribuit semnificativ la evoluția formelor de viață mai cunoscute, eucariote.procariotele actuale seamănă cu fosilele timpurii, dar sunt organisme moderne care s-au adaptat cu succes condițiilor moderne de mediu. Ele se găsesc în unele dintre cele mai extreme medii de pe Pământ, inclusiv Antarctica, adâncimile oceanelor și adâncurile în roci, orificiile rotunde de adâncime și în izvoarele termale fierbinți și sunt întotdeauna prezente în mediile noastre umane, inclusiv orașe, case și corpul uman.
cianobacteriile (algele albastre-verzi) sunt un grup de procariote care sunt extrem de importante atât din punct de vedere ecologic (în special în ciclurile globale de carbon și azot), cât și din punct de vedere evolutiv. Stromatolitele, care sunt formate din cianobacterii, oferă dovezi vii și fosile ale cianobacteriilor care datează de 2700 de milioane de ani. Astăzi stromatolitele cresc doar în bazine puțin adânci, sărate, în climă caldă și uscată (de exemplu, Shark Bay în Australia de Vest), iar abundența lor în roci antice implică condiții de mediu similare în acele vremuri. Stromatolitele și alte cianobacterii au fost principalii contribuitori la creșterea marcată a concentrațiilor de oxigen atmosferic care a început în urmă cu aproximativ 2000 de milioane de ani. Astăzi, cianobacteriile se găsesc peste tot – în medii marine, de apă dulce și terestre și ca simbionți, de exemplu lichen-și contribuie cu până la 50% din oxigenul atmosferei.dovezile ADN sugerează că primele eucariote (plante verzi) au evoluat din procariote (prin evenimente endosimbiotice) între 2500 și 1000 de milioane de ani în urmă. Fosile de eucariote care seamănă cu algele brune vii au fost găsite în rocile sedimentare din China care au o vechime de 1700 de milioane de ani, în timp ce probabil cel mai vechi eucariot fotosintetic, Grypania, provine din roci vechi de 2100 de milioane de ani. Rețineți că diversitatea grupurilor moderne de alge și, în special, a cloroplastelor lor, sugerează că aceste evenimente endosimbiotice nu au fost neobișnuite. Algele moderne cuprind o serie de organisme cu structuri foarte diferite, dar pigmenți fotosintetici identici. Acest lucru sugerează că organismele gazdă foarte diferite au format o simbioză cu aceleași celule fotosintetice. Adică, grupurile de alge trebuie să fi evoluat prin evenimente endosimbiotice separate, iar grupul în ansamblu este identificat pe baza unui nivel similar de structură, mai degrabă decât pe originile sale evolutive. Astfel de grupuri, în care membrii au mai multe origini evolutive diferite, sunt descrise ca polifiletice.
cianobacteriile au o relație evolutivă strânsă cu eucariotele. Au aceiași pigmenți fotosintetici ca și cloroplastele algelor și plantelor terestre. Cloroplastele au dimensiunea potrivită pentru a fi descendente din bacterii, se reproduc în același mod, prin fisiune binară și au propriul genom sub forma unei singure molecule circulare de ADN. Enzimele și sistemele de transport găsite pe membranele interioare pliate ale cloroplastelor sunt similare cu cele găsite pe membranele celulare ale cianobacteriilor moderne, la fel ca și ribozomii lor. Aceste asemănări între cianobacterii și cloroplaste sugerează o legătură evolutivă între cele două și pot fi explicate prin teoria endosimbiozei.
site-uri de referință
pentru Microfosile, stromatolitele și cianobacteriile: http://www.uni-muenster.de/GeoPalaeontologie/Palaeo/Palbot/seite1.html
pentru a afla mai multe despre stromatolitele vii vezi: http://www.calm.wa.gov.au/national_parks/hamelin_pool_mnr.html
pentru a afla mai multe despre stromatolitele fosile vezi: http://cushforams.niu.edu/Stromato.htm
Prezentare generală
http://www.peripatus.gen.nz/paleontology/MaiLinEvo.html
endosimbiosis explicat:
http://www.sidwell.edu/us/science/vlb5/Labs/Classification_Lab/Bacteria/symbiosis.html
| du-te la partea de sus |
cele mai vechi terenuri „plante”
Pentru 1500 de milioane de ani organisme fotosintetice au rămas în mare. Acest lucru se datorează faptului că, în absența unui strat protector de ozon, terenul a fost scăldat în niveluri letale de radiații UV. Odată ce nivelurile de oxigen atmosferic au fost suficient de ridicate, stratul de ozon s-a format, ceea ce înseamnă că a fost posibil ca ființele vii să se aventureze pe uscat.
litoralul ar fi fost extrem de important în colonizarea terenurilor. În această zonă, algele ar fi fost expuse la apă dulce care curge de pe uscat (și ar fi colonizat habitatul de apă dulce înainte de a face trecerea la existența terestră). Acestea ar fi, de asemenea, expuse la un mediu alternativ umed și deshidratat. Adaptările pentru a supraviețui uscării ar fi avut o valoare puternică de supraviețuire și este important de menționat că algele marine sunt poikilohidrice și capabile să reziste perioadelor de deshidratare.cele mai vechi dovezi ale apariției plantelor terestre, sub formă de spori fosilizați, provin din perioada Ordoviciană (acum 510-439 milioane de ani), o perioadă în care clima globală era blândă și mările extinse de mică adâncime înconjurau masele continentale joase. (Acești spori au fost probabil produși de plante scufundate care și – au ridicat sporangia deasupra apei-dispersia vântului ar oferi un mijloc de colonizare a altor corpuri de apă. Cu toate acestea, datele derivate din ADN sugerează o colonizare și mai timpurie a Pământului, în urmă cu aproximativ 700 de milioane de ani.
briofite
cele mai vechi organisme fotosintetice de pe uscat s-ar fi asemănat cu algele moderne, cianobacteriile și lichenii, urmate de briofite (ficat& mușchi, care au evoluat din grupul charofit al algelor verzi). Briofitele sunt descrise ca plante fără semințe, nonvasculare. Lipsa lor de țesut vascular pentru transportul apei și nutrienților le limitează dimensiunea (majoritatea au între 2 și 20 cm înălțime). Briofitele nu au tulpini, frunze sau rădăcini tipice, dar sunt ancorate la sol de rizoizi. Ele pot crește într-o gamă largă de medii și sunt poikilohidrice: atunci când mediul se usucă, planta rămâne latentă în timp ce este uscată, dar se recuperează rapid atunci când este umezită. Aceste caracteristici le fac importante specii de pionieri.
site-uri de referință
prezentări generale
http://scitec.uwichill.edu.bb/bcs/bl14apl/conq.htm
http://www.bio.miami.edu/tom/bil160/bil160goods/12_notes.html
briofite
http://www.personal.psu.edu/users/s/d/sdc182/bryophyta.htm
|du-te sus /
plantele vasculare
în urmă cu aproximativ 425 de milioane de ani a apărut un nou tip de plante: acestea erau plantele vasculare, cu stilul lor de viață homoihidric. Cele mai vechi plante vasculare cunoscute provin din perioada Siluriană. Cooksonia este adesea considerată cea mai veche fosilă cunoscută a unei plante terestre vasculare și datează de acum 425 de milioane de ani în silurianul timpuriu târziu. Era o plantă mică, înaltă de doar câțiva centimetri. Tulpinile sale fără frunze aveau sporangii (structuri producătoare de spori) la vârfuri.
Rhynia este puțin mai tânără, dar asemănătoare ca aspect cu Cooksonia.
Baragwanathia este mult mai mare& mai complexă, cu ceea ce pare a fi frunze aranjate în spirală. Baragwanathia a fost descrisă ca un licofit (o plantă vasculară). Pentru ca o plantă atât de complexă să fie prezentă în Silurian, atunci plantele terestre trebuie să fi apărut mult mai devreme, poate în Ordovician.
aceste prime plante terestre au evoluat din algele verzi, cu care împărtășesc o serie de trăsături. Toate rezervele de energie magazin, ca amidon, în interiorul plastide. Peretele lor celular este construit din microfibrile de celuloză, iar pigmenții fotosintetici sunt clorofilele a și b, plus B-carotenul.
site-uri de referință
pentru perioada Siluriană http://www.ucmp.berkeley.edu/silurian/silulife.html
probleme cu viața pe uscat pentru plante
radiații
- daune cauzate de lumina ultravioletă
- căldură
- daune aduse fotosistemelor
desicare
- aer extrem de uscat
- alimentare sporadică cu apă
dispersie
- fără apă pentru dispersie
fertilizare
- necesită apă
soluții pentru viața pe uscat
stilul de viață poikilohidric
poikilohydry înseamnă că organismul se bazează direct pe mediu pentru apa sa. Ca urmare, conținutul de apă al organismului tinde să ajungă la echilibru cu cel al mediului. Organismele poikilohidrice nu au mecanisme de prevenire a deshidratării: se deshidratează și rămân latente atunci când mediul lor se usucă, dar se pot rehidrata când apa devine din nou disponibilă. De obicei absorb apa direct prin suprafața corpului.
organismele Poikilohidrice includ unele alge verzi, cianobacterii (alge albastre-verzi), licheni și briofite.
stilul de viață homoihidric
plantele Homoihidrice își pot menține conținutul de apă constant și nu se echilibrează cu mediul.
Acest lucru se realizează prin:
- controlul pierderii de apă (impermeabilizare, cuticule)
- supape controlabile în cuticula pentru fotosinteză (stomate)
- înlocuirea apei pierdute, țesut conductor intern (xilem): plante vasculare
- structura 3D: minimizează suprafața, oferă suport
- țesut ventilat pentru schimbul îmbunătățit de gaze (spații intercelulare interne)
toate plantele terestre moderne – cu excepția briofitelor – au aceste caracteristici.
- a existat, de asemenea, concurență pentru lumină, ceea ce a dus la presiune pentru creșterea productivității, care ar putea fi realizată prin creșterea suprafeței disponibile pentru fotosinteză (frunze în evoluție) și / sau menținerea stomatelor deschise mai mult timp. Aceasta a însemnat că mecanismele de obținere și transport al apei au necesitat, de asemenea, îmbunătățiri. Astfel, evoluția a fost o îmbunătățire lentă, continuă, legată în relațiile cu apa și creșterea productivității.
diversificarea plantelor terestre
odată ce aceste caracteristici au evoluat, a existat o diversificare substanțială a plantelor terestre în perioada devoniană (acum 408-362 milioane de ani). Acestea au inclus licofite (clubmosses sunt cei mai cunoscuți membri moderni ai acestui grup:), coada calului (de exemplu, Equisetum) și progimnosperme, intermediar între plantele vasculare fără semințe și plantele de semințe. În timp ce formele timpurii erau mici & nu aveau țesut Lemnos, primele plante asemănătoare copacilor (inclusiv progimnospermele și licofitele de dimensiuni de copac) apăruseră până la mijlocul Devonianului. Primii copaci reali (de exemplu, Archaeopteris) s-au dezvoltat de Devonianul târziu, iar gimnospermele purtătoare de semințe au evoluat din progimnosperme până la sfârșitul acestei perioade geologice. Apariția copacilor a avut un efect semnificativ asupra mediului, deoarece sistemele lor avansate de rădăcini au influențat producția solului și au dus la creșterea intemperiilor. în timp ce cele mai vechi semințe cunoscute datează de acum 365 de milioane de ani, ele trebuie să fi început să evolueze mult mai devreme. Până în prezent, precursorii semințelor nu erau cunoscuți din înregistrările fosile. Cu toate acestea, o nouă descoperire fosilă, a unui precursor de semințe cu o structură aparent implicată în polenizare, datează această dezvoltare cu cel puțin 385 de milioane de ani în urmă.
site-uri de referință
plante paleozoice
acest site are informații & poze cu coada calului & alte „Fern aliați”: http://www.biosci.ohio-state.edu/~plantbio/greenhouse/ghconserv_tour_ferns.html
și pentru clubmoss Lycopodium:http://bioweb.wku.edu/pix/plants/lycopodium.jpg
cărți de referință
P. Gerrienne și colab. (2004) Runcaria, un precursor al plantei de semințe devoniene mijlocii. Știință 306: 856-858
|du-te la partea de sus /
semnificația semințelor
în timp ce sporii sunt ușor de dispersat, ei au puține rezerve pentru a se stabili. Aceasta înseamnă că un spor ajunge într-o zonă umedă, germinează rapid și începe fotosinteza imediat pentru a obține energie pentru următoarea fază a ciclului de viață. Astfel, plantele producătoare de spori sunt limitate la medii umede pentru cel puțin o parte a ciclului lor de viață.
în comparație, o sămânță conține o plantă tânără și un depozit de nutrienți pentru acea plantă. Aceasta înseamnă că plantele de semințe (gimnosperme și angiosperme) pot coloniza zone cu apă tranzitorie sau sub-suprafață, deoarece planta tânără se poate stabili extrem de rapid odată ce a germinat. Evoluția semințelor stă la baza succesului gimnospermelor și angiospermelor.
în Carbonifer (acum 362 – 290 milioane de ani) condițiile erau calde, cu puține schimbări sezoniere în latitudinile tropicale, iar pământul era cald& mlăștinos. Aceste condiții s-au potrivit pădurilor răspândite coada calului & ferigi de copac care, la fel ca majoritatea celorlalte plante Carbonifere, reproduse de spori. Sporii necesită condiții umede pentru germinare și creștere rapidă. Cu toate acestea, mulți dintre acești purtători de spori au dispărut pe măsură ce mediul a devenit mai arid spre sfârșitul Paleozoicului. Primele conifere au început să apară spre sfârșitul Carboniferului.
site-uri de referință
Informații generale vezi:http://taggart.glg.msu.edu/isb200/carbfor.htm
clima a devenit mai rece și mai uscată în timpul Permianului (acum 290-245 milioane de ani), cu glaciație răspândită în emisfera sudică. Cu toate acestea, plantele au crescut încă în zone fără gheață, printre care feriga de semințe Glossopteris, care este cunoscută doar din masele terestre Gondwanan. De fapt, distribuția Glossopteris & alți membri ai Glossopteridales au furnizat dovezi timpurii ale derivei continentale.ferigile de semințe au dispărut la sfârșitul Permianului și au fost înlocuite de Dicroidium și rudele sale, care au fost găsite și în Gondwanaland. Coniferele, cicadele,& ginkgo – urile (toate gimnospermele) au început să înlocuiască pădurile anterioare și au fost comune în Pangea în timpul Triasicului (acum 245-208 milioane de ani). Noua Zeelandă a fost prezentă ca fiind în mare parte vulcanică & insule ușor erodate, & găzduia Ferigi, Dicroidium, gingkoes și conifere araucariene timpurii. Podocarpii timpurii ar fi putut fi, de asemenea, prezenți.
apariția plantelor cu flori
gimnospermele, în special Cicladele, au rămas plantele terestre dominante în Jurasic (acum 208 – 145 milioane de ani), dar Cretacicul (acum 145 – 65 milioane de ani) a cunoscut creșterea plantelor cu flori (angiosperme) și a polenizatorilor de insecte asociați (un exemplu de coevoluție). Există în jur de 235.000 de specii de angiosperme, dar toate împărtășesc un anumit set de caracteristici: flori, fructe și un ciclu de viață distinctiv. Din această cauză, se presupune că angiospermele sunt un grup monofiletic.angiospermele își datorează succesul evoluției florii. Polenul și nectarul florii încurajează animalele polenizatoare să viziteze, crescând șansele de fertilizare, asigurându-se că polenul este transferat eficient de la floare la floare. (Florile angiospermelor polenizate de vânt, de exemplu ierburile, sunt foarte reduse în ceea ce privește dimensiunea și complexitatea.) După fertilizare carpelul și alte părți ale florii sunt folosite pentru a forma fructe care ajută la dispersarea semințelor în interiorul fructului. În plus, vasele de xilem ale angiospermelor permit mișcarea foarte rapidă a apei prin plantă. Aceasta înseamnă că plantele cu flori își pot menține stomatele deschise în cea mai mare parte a zilei, obținând rate fotosintetice mai mari decât gimnospermele; această capacitate fotosintetică „de rezervă” poate sprijini dezvoltarea fructelor.
două grupuri majore de angiosperme sunt dicotiledonate (mai corect, „eudicotiledonate”) și monocotiledonate, care includ ierburile. Ierburile au evoluat în Eocen (acum 56,5 – 35,4 milioane de ani), iar acest lucru a dus la rândul său la evoluția mamiferelor de navigare în timpul Oligocenului (acum 35,4 – 23,2 milioane de ani). Pe măsură ce lumea a început să se răcească în timpul Miocenului (acum 23,2 – 5,2 milioane de ani), aceste pajiști s – au răspândit și pădurile s-au contractat; de pliocen (acum 5,2-1,6 milioane de ani) au existat deșerturi în multe regiuni. Fragmentarea habitatelor forestiere și răspândirea pajiștilor care au însoțit această tendință de răcire sunt implicate în evoluția oamenilor.
epocile glaciare și plantele alpine din Noua Zeelandă
epocile glaciare din Pleistocen au fost semnificative în evoluția plantelor din Noua Zeelandă, deoarece, împreună cu noile habitate formate de creșterea Alpilor de Sud, au oferit condițiile pentru dezvoltarea florei noastre alpine endemice extinse.
în timp ce Noua Zeelandă a fost împădurită diferit pe o perioadă lungă de timp, în prezent există două tipuri majore de pădure nativă: pădure tropicală sau podocarp/pădure cu frunze late (un amestec de conifere și lemn de esență tare) și pădure de fag. Alte tipuri de vegetație sunt câmpurile de plante, pajiștile și terenurile arbustive, care, în funcție de situația lor, pot fi descrise ca fiind de coastă, de câmpie sau montane (alpine).
în timpul ultimei glaciații, acum 100.000 – 10.000 de ani, temperaturile medii anuale au scăzut cu 4,5 oC, iar linia de zăpadă a scăzut cu 830 – 850m. a existat o glaciație extinsă de-a lungul Alpilor de Sud, extinzându-se până la nivelul mării pe o mare parte a Coastei de Vest și au existat mici ghețari pe zonele Tararua din nordul insulei și pe platoul Central. În timpul celor mai reci părți ale glaciarului, atât de multă apă a fost închisă în gheață, încât nivelul mării a fost cu până la 135 m mai mic, iar NZ a fost o masă continuă de teren.
aceste condiții extreme au avut efecte deosebit de importante asupra evoluției și distribuției diversității florei alpine din Noua Zeelandă. Înainte de Pleistocen epoci glaciare, nu numai că clima era destul de caldă, dar și că era puțină țară înaltă, până la răsturnările Kaikoura Orogenie în Pliocenul târziu/Pleistocenul timpuriu a creat zone alpine. Prin urmare, plantele noastre înalte de țară sunt probabil de origine relativ recentă (geologic vorbind). Plantele Alpine sunt cele găsite deasupra liniei copacilor actuale, dar uneori în timpul fazelor glaciare s-ar fi extins până la coastă în mare parte din Noua Zeelandă.
multe dintre plantele noastre alpine sunt endemice pentru Noua Zeelandă: 93% din speciile alpine sunt endemice; 8 genuri sunt endemice, alte 15 având doar câteva dintre speciile lor în afara NZ. Aceste plante au evoluat probabil în NZ prin radiații adaptive rapide de la speciile de câmpie după sfârșitul unei perioade glaciare. Alternarea perioadelor calde și reci ar fi condus speciile de plante în sus și în jos pe munții emergenți, ar fi împărțit zonele de habitat și ar fi oferit o varietate de refugii. Toate acestea ar crește semnificativ presiunile evolutive asupra acestui set special de plante. Această ipoteză este susținută de faptul că o serie de grupuri alpine prezintă disjuncții în distribuția lor și se găsesc doar pe câteva situri izolate: cea mai simplă explicație este că au fost inițial răspândite, dar au fost șterse în perioadele mai calde din zonele joase din jurul caselor lor actuale sau altfel nu au putut concura cu plantele de câmpie care se întorceau.
exemplul Noii Zeelande
astfel de schimbări climatice la scară largă au condus probabil evoluția ferigilor Polistichum din Noua Zeelandă.