Evolutie en diversiteit van het plantenrijk

Waarom maken planten en hun ecosysteem diensten het leven pretttiger voor de mens?

Planten zijn de primaire producenten terrestische ecosystemen. Deze terresstische ecosystemen leveren essentiele ecosysteemdiensten. Voorbeelden waterfiltraatie, klimaat regulatie, bodemformatie etc.

Hoeveel procent van de plantensoorten worden met uitsterven bedreigd?

40%

Wat houdt plantenblindheid in?

Aangeboren cognitieve afwijking waardoor we planten in onze omgeving negering en onderschatten. En daarmee ook hun nut, noodzaak en pracht.

Wat is een belangrijk kenmerken van de planten?

Ongekende diversiteit

Wat zijn planten ?

Meercellige, foto-autotrofe (=groene) organismen? (oude benaaming want er zijn ook dinoflagelaten en eugenzoa want kleine organisme zijn die in het water zwemmen)

Geen 'natuurlijke' (=monofytetische) groep! (delen geen zelfde voorouder)

Noem de kenmerken en de takken/groepen van de viridiplantae? En wat betekent viridiplantae?

viridiplantae betekent echte planten

Welke kenmerken hebben landplanten/Embryophytes ?

Embryophytes (Landplanten)

• Zetmeel voor energieopslag

• Haplodiplontische levenscyclus

• Chlorofyl type a & b, met thylakoïde structuren

• Cellulose in de celwand

Elf belangrijke aanpassingen aan het leven op het land (planten)

• Cuticula

• Sporopollenine

• Haplodiplontische levenscyclus

• Mycorrhiza

• Stomata

• Vaatbundels

• Bladeren

• Vasculair cambium

• Ovules, zaden en pollen

• Bloemen en vruchten

• Dubbele bevruchting

vijf hoofdgroepen van Landplanten

• Mossen

• Wolfsklauwachtigen

• Varenachtigen

• Naaktzadigen

• Bedektzadigen

Hoe zijn planten op het land gekomen

Vanuit de zee, via zoetwater, naar het land

Voordelen en nadelen van planten op het land

Veel licht, veel ruimte, droogte, aan genoeg nutrienten komen, geen enkele ondersteuning om in de hoogte te grooeien

Welke twee belangrijke vooraanpassingen waren nodig voor planten om de stap naar het land te maken? En leg het nut ervan uit.

1. Een cuticula aan de buitenkant van het weefsel

   • Wasachtig laagje ter preventie van uitdroging van de plant

2. Sporopollenine in de sporewand

   • Een stof beschermende tegen uitdroging en verwering sporen

Welke twee anpassing waren van belang wanneer de planten al op het land aanwezig waren?

• Eenmaal op het land twee belangrijke aanpassingen:

Ontstaan haplodiplontische levenscyclus

• Zowel een diploïd (2n) als een haploïd (n) meercellige generatie

Mogelijkheid tot vormen mycorrhiza

• Samenwerking tussen een schimmel en een plant

Voordelen van mycorrhiza

• Samenwerking tussen een schimmel en een plant

• Plant krijgt nutriënten, schimmel suikers

• Vergroot het oppervlak waaruit nutriënten (en water) kan worden onttrokken

• c.a. 85% Landplanten vormt mycorrhiza

Hoe werkt het haplodiplontische levenscyclus?

Zowel een diploïd (2n) als een haploïd (n) meercellige generatie

• Diploïde generatie = sporofyt → maakt sporen → Deze zygote groeit op zijn beurt weer uit tot de diploïde generatie (de sporofyt), die sporen maakt om de cyclus rond te make

• Haploïde generatie = gametofyt (n) → Omdat deze cellen al een enkelvoudige set chromosomen (n) hebben, produceren ze gameten (zoals eicellen en zaadcellen) via gewone celdeling (mitose). Wanneer een mannelijke en een vrouwelijke gameet met elkaar versmelten, smelten ook hun chromosomen samen tot een dubbele set (2n). Dit vormt een zygote.

• "fyt" = 'plant' (phyton, Grieks)

• "Alternation of generations" - net Pokémon? → kent meerdere generaties in eigen levenscyclus → Denk aan pickachu en raichu

Wat heeft een haplontische levenscyclus? en het voordeel ervan?

Groen- en Kranswieren.

• Alleen een meercellige haploïde generatie

• Enige diploïde is de losse zygote cel die direct meiose ondergaat naar 4 haploïde sporen

Wat is het voordeel voor de haplodiplontische levenscyclus (vergeleken met de haplontische levenscyclus)?

• Meer nakomelingen: Per bevruchte eicel ontstaan er veel meer sporen dan de standaard 4 sporen bij een haplontische cyclus.

• Meer genetische variatie en aanpassing: De diploïde generatie (de sporofyt) heeft twee sets genen, wat zorgt voor meer mogelijkheden tot recombinatie en daardoor betere aanpassingen aan het land.

Vertel over de evolutie van landplantenen hun haplodiplontische levenscyclus?

• Voordelen van de diploïde fase: Gedurende de evolutie zijn landplanten de voordelen van een meercellige, diploïde generatie (de sporofyt) steeds sterker gaan benutten. Denk hierbij aan voordelen zoals meer genetische variatie en een grotere opbrengst aan nakomelingen.

• Krimp van de gametofyt: Omdat de sporofyt belangrijker werd, is de haploïde generatie (de gametofyt) in de loop van de tijd enorm gereduceerd en kleiner geworden.

• Groei van de sporofyt: De diploïde generatie (de sporofyt) is daarentegen steeds diverser en complexer geworden. (Bij mossen zie je bijvoorbeeld nog dat de gametofyt dominant is, maar bij latere planten zoals bomen en bloemen is de sporofyt de grote, opvallende plant geworden en is de gametofyt heel klein geworden).

Kenmerken van mossen

• Klein en kruidachtig

• Gametofyt dominant → Leeft het langst, kans het grootste om te vinden

• Geen vaatbundel weefsel → afhankelijk van omgeving voor vochthuishouding

• Geen wortels → Rhizoïden → ankert hiermee aan de grond

• Hebben bladschtige structuren of helemaal geen (zoals op de grond)

• Bevruchting via extern water

• Sporofyt kort-levend en afhankelijk van de gametofyt

  • Altijd met slechts één (1) sporangium (orgaantje)

  • Sporen verspreid door de wind

Antheridia

Produceert spermacellen

Archegonia

Produceert eicellen

Waar uit bestaat het Sporofyt van mossen

• Seta: De steel van de sporofyt die het sporangium omhoog tilt.

• Sporangium: Het sporendoosje bovenop de seta waarin de sporen gevormd worden (zoals we op de eerdere dia zagen, hebben deze vroege landplanten/mossen slechts één sporangium).

• Operculum: Het 'dekseltje' van het sporendoosje dat eraf valt als de sporen rijp zijn.

• Peristoom: De 'tanden' of krans rond de opening van het sporendoosje. Deze bewegen mee met veranderingen in de luchtvochtigheid (bij droogte komt het vrij) om het geleidelijk verspreiden van de sporen (door de wind) te reguleren.

• Calyptra (huifje): Dit is een beschermend kapje dat bovenop het jonge sporangium (sporendoosje) zit. Zoals op de dia vermeld staat, maakt het deel uit van de gametofyt (haploïd, $n$). Het ontstaat namelijk uit de wand van het archegonium waarin de eicel bevrucht werd. Als het sporendoosje rijpt, valt de calyptra er uiteindelijk af zodat de sporen verspreid kunnen worden.

• Ontstaan stomata (huidmondjes) → Huidmondjes zijn regelbare openingen in de opperhuid van de plant die gasuitwisseling mogelijk maken en uitdroging helpen te voorkomen door de verdamping te regelen. → Alleen in de sporofyt

Levenscyclus mossen

Wat is het het ecologische en historische belang van mossen?

• Ontstaan van veen: Veenmos groeit in zeer natte, zuurstofarme en zure omstandigheden. Wanneer de onderkant van het mos afsterft, breekt het door het gebrek aan zuurstof en de hoge zuurgraad amper af.

• Vorming van turf: In de loop van honderden tot duizenden jaren hopen deze onvolledig afgebroken plantenresten zich op in dikke lagen. Deze ingedikte laag dood veenmos noemen we veen of turf.

• Historische brandstof: Gedroogd veen (turf) brandt erg goed. Vóór de grootschalige ontdekking van steenkool en aardolie was turf voor mensen een cruciale warmte- en energiebron om te koken, huizen te verwarmen en de vroege industrie draaiende te houden.

De wolfsklauwachtigen en varenachtigen kenmerken

Gedurende de evolutie passen de Landplanten zich verder aan:

• De sporofyt wordt zelfstandig en ontwikkelt nieuwe eigenschappen:

• Ontwikkeling vaatbundels→ Xyleem (houtvaten) en floëem (barstvaten) ter facilitatie transport water en metabolieten → Zelfregulatie vocht en energie

• Ontstaan bladeren →

• Vergroting van het fotosynthetiserend oppervlak

• Twee typen: lycofyllen en eufyllen

  • “fyll” = ‘blad’ (fyllon, Grieks)

• Ook ontstaan wortels & stengels

Xyleem (houtvaten)

Dient voor transport water en opgeloste nutriënten

Ziet er uit als dode (holle) cellen met een dikke celwand bestaande uit lignine

floëem (barstvaten)

Dient voor transport metabolieten zoals suikers en afweerstoffen

Ziet er uit als levende cellen

Wat zijn bladeren?

Structuren met breed en plat fotosynthetiserend oppervlak, voorzien van vaatbundels

Hoe zijn bladeren ontstaan? en wat is het gevolg?

Reactie op CO-daling: Deze bladeren ontstonden in de evolutie als reactie op een sterke daling van de kooldioxide CO2-concentratie in de atmosfeer. Omdat er minder CO2 in de lucht aanwezig was, moesten planten een veel groter bladoppervlak creëren om toch voldoende CO2 op te kunnen nemen voor hun overleving en groei.

• Doordat planten dankzij hun vaatbundels en stevige stengels hoger konden groeien en brede bladeren ontwikkelden, kregen ze een enorm voordeel in het opvangen van zonlicht. Maar dit bracht ook een direct gevolg met zich mee: ze konden elkaar gaan beschaduwen.

• Lichtconcurrentie: Dit leidde tot een sterke concurrentie om licht. Het werd voor planten opeens cruciaal om hoger te worden dan de buurman of om hun bladeren zo efficiënt mogelijk te spreiden. Dit zorgde voor een verdere evolutionaire 'wapenwedloop' in de plantenwereld, wat uiteindelijk bijdroeg aan de enorme diversiteit aan plantvormen, hoogtes en groeipatronen die we vandaag de dag zien.

Lycofyllen (microfyllen) hoe zijn ze ontstaan en noem een kenmerk?

• Hoe ontstaan? Waarschijnlijk ontstaan als kleine uitgroeisels (zijstengels) van het hoofdweefsel die breder en platter zijn geworden.

• Kenmerk: Bevatten slechts één enkele, onvertakte vaatbundel (ader). Dit zie je tegenwoordig nog bij wolfsklauwen.

Hoe zijn Eufyllen (megafyllen of 'echte' bladeren) ontstaan en noem? een kenmerk

• Hoe ontstaan? Ontstaan volgens de zogenaamde Teloomtheorie: een vertakt stengelsysteem raakte in één vlak gerangschikt (afgeplat) waarna de ruimte tussen de takjes werd opgevuld met weefsel (fusie/vliezen).

• Kenmerk: Bevatten een complex, vertakt netwerk van vaatbundels (bladnerven). Dit is de bladvorm die je bij vrijwel alle overige planten ziet (zoals vaarns, naaldbomen en bloemplanten).

De Wolfsklauwachtigen (Lycopodiophyta) Algemene kenmerken en standplaats

• Wolfsklauwachtigen zijn klein en struikachtig van vorm.

• Ze zijn over het algemeen groter dan de mossen.

• Voorbeelden van soorten zijn Selaginella microphylla, Lycopodium venustulum en Isoetes lacustris.

• Ze komen voor op drogere standplaatsen, hoewel ze nog wel een vochtige periode nodig hebben

De Wolfsklauwachtigen (Lycopodiophyta) Anatomie en Bouw

• De sporofyt is de dominante generatie.

• Dankzij de aanwezigheid van vaatbundelweefsel bezitten ze echte wortels, stengels en bladeren.

• Ze kenmerken zich door dichotome vertakkingen, wat regelmatige vertakkingen in tweeën inhoudt.

• De bladeren worden lycofyllen genoemd en bestaan altijd uit slechts één enkele nerf.

De Wolfsklauwachtigen (Lycopodiophyta) Voortplanting en Strobili:

• De sporangia bevinden zich in eindstandige strobili (enkelvoud: strobilus).

• Een strobilus is opgebouwd uit een centrale as met sporangia-dragende bladeren, genaamd sporofyllen.

• Er bevindt zich telkens één sporangium per sporofyl.

• De sporen worden verspreid via de wind.

De Wolfsklauwachtigen (Lycopodiophyta) Levenscyclus

• De gametofyt is kortlevend.

• De bevruchting vindt plaats via extern water.

• Ze volgen een standaard levenscyclus met een duidelijke afwisseling tussen een diploïde sporofytfase en een haploïde gametofyte fase, zoals te zien is bij Lycopodium clavatum.

De Varenachtigen Algemene kenmerken en standplaats

• Varenachtigen zijn middelgroot en groeien van kruid- tot struikachtig.

• Ze komen voor op drogere standplaatsen, hoewel ze nog wel een vochtige periode nodig hebben.

De Varenachtigen Sporofyt en Anatomie

• De sporofyt is de dominante generatie.

• Ze bezitten echte wortels, stengels en bladeren dankzij de aanwezigheid van vaatbundelweefsel.

• Vaak zijn ze voorzien van een rizoom, wat een ondergrondse stengel is.

De Varenachtigen Bladeren (Eufyllen)

• De bladeren zijn uitsluitend eufyllen en hebben meestal meerdere nerven.

• De bladeren kunnen simpel of samengesteld zijn, waarbij de deelblaadjes op aparte blaadjes lijken

De Varenachtigen Sporangia en Voortplanting

• Ze dragen meerdere sporangia, die vaak gerangschikt zijn in sori (enkelvoud: sorus).

• Soms worden de sporangia beschermd door een vliesje dat het indusium (meervoud: indusia) wordt genoemd.

• Door droogte imploderen de sporangia, waardoor de sporen worden gekatapulteerd.

• De sporen worden verspreid door de wind.

De Varenachtigen Gametofyt en Levenscyclus

• De gametofyt is kortlevend.

• De bevruchting vindt plaats via extern water.

• Ze volgen de standaard levenscyclus met een afwisseling tussen een diploïde sporofytfase en een haploïde gametofyte fase.

Functie De Wolfsklauwachtigen en Varenachtigen in ons leven?

Zonder Wolfsklauw- en Varenachtigen geen steenkool en bruinkool: nog steeds belangrijke fossiele brandstof

• Carboonbossen: Tijdens het Carboon (zo'n 300 tot 360 miljoen jaar geleden) werd de aarde bedekt door uitgestrekte, moerassige bossen die voornamelijk bestonden uit gigantische, boomhoge wolfsklauwachtigen (zoals Lepidodendron) en boomvarens.

• Vorming van fossiele brandstoffen: Wanneer deze reusachtige planten afstierven, vielen ze in het zuurstofarme moeraswater. Omdat het plantenmateriaal (rijk aan lignine) niet volledig kon afbreken, vormden zich in de loop van miljoenen jaren onder hoge druk en temperatuur dikke lagen steenkool en bruinkool.

• Economisch en historisch belang: Deze opgeslagen fossiele energie uit de préhistorische plantenwereld vormde de basis voor de Industriële Revolutie en is tot op de dag van vandaag een belangrijke bron van energie.