14.2 النباتات عديمة البذور
أهداف التعلم
بحلول نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:- وصف السمات المميزة للأنواع الثلاثة من الحزازيات
- تحديد السمات الجديدة التي تظهر لأول مرة في النباتات الوعائية عديمة البذور
- وصف الفئات الرئيسية للنباتات الوعائية عديمة البذور
تنتشر مجموعة مذهلة من النباتات عديمة البذور في المشهد الأرضي. تنمو الحزازيات على جذوع الأشجار، وتُظهر ذيول الخيل (شكل 14.9) سيقانها المفصلية وأوراقها الرفيعة على أرض الغابة. ومع ذلك، لا تمثل النباتات عديمة البذور سوى جزء صغير من النباتات في بيئتنا. قبل ثلاثمائة مليون سنة، هيمنت النباتات عديمة البذور على المشهد الطبيعي ونمت في الغابات المستنقعية الهائلة في العصر الكربوني. وقد كونت أجسامها المتحللة رواسب كبيرة من الفحم التي نستخرجها اليوم.
الحزازيات
الحزازيات، وهي مجموعة غير رسمية من النباتات اللاوعائية، هي أقرب الأقارب الموجودين حاليًا للنباتات الأرضية المبكرة. يُرجح أن الحزازيات الأولى ظهرت في العصر الأوردوفيشي، قبل حوالي 490 مليون سنة. بسبب نقص اللجنين—البوليمر القوي في الجدران الخلوية لسيقان النباتات الوعائية—وغيرها من التراكيب المقاومة، فإن احتمال تشكل الحزازيات لأحافير صغير جدًا، على الرغم من اكتشاف بعض الأبواغ المكونة من السبوروبولين التي نُسبت إلى الحزازيات المبكرة. ومع ذلك، بحلول العصر السيلوري (قبل 440 مليون سنة)، كانت النباتات الوعائية قد انتشرت في جميع أنحاء القارات. تُستخدم هذه الحقيقة كدليل على أن النباتات اللاوعائية يجب أن تكون قد سبقت العصر السيلوري.
يوجد حوالي 18,000 نوع من الحزازيات، التي تزدهر في الغالب في الموائل الرطبة، على الرغم من أن بعضها ينمو في الصحاري. وهي تشكل الغطاء النباتي الرئيسي للبيئات القاسية مثل التندرا، حيث يوفر حجمها الصغير وقدرتها على تحمل الجفاف مزايا واضحة. لا تحتوي على الخلايا المتخصصة التي تنقل السوائل الموجودة في النباتات الوعائية، وتفتقر عمومًا إلى اللجنين. في الحزازيات، يدور الماء والمغذيات داخل خلايا توصيل متخصصة. وعلى الرغم من أن اسم "لا قصبية" أكثر دقة، إلا أن الحزازيات يُشار إليها عادةً بالنباتات اللاوعائية.
في الحزازيات، تنتمي جميع الأعضاء الخضرية الواضحة إلى الكائن الحي أحادي الصيغة الصبغية، أو الطور المشيجي. أما الطور البوغي ثنائي الصيغة الصبغية فبالكاد يكون ملحوظًا. تسبح الأمشاج التي تتكونها الحزازيات باستخدام الأسواط. وتوجد الحافظة البوغية، وهي التركيب التكاثري الجنسي متعدد الخلايا، في الحزازيات. ويبقى الجنين ملتصقًا بالنبات الأم، الذي يغذيه. هذه سمة مميزة للنباتات الأرضية.
تنقسم الحزازيات إلى ثلاث شعب (في النباتات، يُستخدم المستوى التصنيفي "شعبة" بدلاً من الفصيلة): الحزازيات الكبدية، أو Marchantiophyta؛ والنباتات القرنية، أو Anthocerotophyta؛ والحزازيات، أو Bryophyta الحقيقية.
الحزازيات الكبدية
الحزازيات الكبدية (Liverworts) (Marchantiophyta) يمكن اعتبارها النباتات الأكثر ارتباطًا بالسلف الذي انتقل إلى اليابسة. لقد استعمرت الحزازيات الكبدية العديد من الموائل على الأرض وتنوعت لتشمل أكثر من 6,000 نوع موجود (شكل 14.10أ). تشكل بعض الأطوار المشيجية تراكيب خضراء مفصصة، كما يظهر في شكل 14.10ب. يشبه الشكل فصوص الكبد، ومن هنا جاء أصل الاسم الشائع لهذه الشعبة.
النباتات القرنية
لقد استعمرت النباتات القرنية (hornworts) (Anthocerotophyta) مجموعة متنوعة من الموائل على اليابسة، على الرغم من أنها لا تبتعد أبدًا عن مصدر للرطوبة. يوجد حوالي 100 نوع موصوف من النباتات القرنية. الطور السائد في دورة حياة النباتات القرنية هو الطور المشيجي القصير ذو اللون الأزرق والأخضر. الطور البوغي هو السمة المميزة لهذه المجموعة. وهو تركيب طويل وضيق يشبه الأنبوب يبرز من الطور المشيجي الأم ويحافظ على النمو طوال حياة النبات (شكل 14.11).
الحزازيات
تم تصنيف أكثر من 12,000 نوع من الحزازيات (mosses). تتنوع موائلها من التندرا، حيث تشكل الغطاء النباتي الرئيسي، إلى الطبقة السفلية من الغابات الاستوائية. في التندرا، تسمح لها أشباه الجذور الضحلة بالالتصاق بالركيزة دون الحفر في التربة المتجمدة. إنها تبطئ التعرية، وتخزن الرطوبة والمغذيات في التربة، وتوفر مأوى للحيوانات الصغيرة وغذاءً للحيوانات العاشبة الأكبر، مثل ثور المسك. الحزازيات حساسة جدًا لتلوث الهواء وتُستخدم لمراقبة جودة الهواء. حساسية الحزازيات لأملاح النحاس تجعل هذه الأملاح مكونًا شائعًا للمركبات التي تُسوق للقضاء على الحزازيات في المروج (شكل 14.12).
النباتات الوعائية
النباتات الوعائية هي المجموعة السائدة والأكثر وضوحًا من النباتات الأرضية. يوجد حوالي 275,000 نوع من النباتات الوعائية، والتي تمثل أكثر من 90 بالمائة من الغطاء النباتي للأرض. تفسر العديد من الابتكارات التطورية نجاحها وانتشارها في العديد من الموائل.
النسيج الوعائي: الخشب واللحاء
يعود تاريخ أول الأحافير التي تظهر وجود النسيج الوعائي إلى العصر السيلوري، قبل حوالي 430 مليون سنة. يظهر أبسط ترتيب للخلايا الموصلة نمطًا من الخشب في المركز محاطًا باللحاء. الخشب (Xylem) هو النسيج المسؤول عن النقل لمسافات طويلة للماء والمعادن، ونقل عوامل النمو القابلة للذوبان في الماء من أعضاء التخليق إلى الأعضاء المستهدفة، وتخزين الماء والمغذيات.
النوع الثاني من النسيج الوعائي هو اللحاء (phloem)، الذي ينقل السكريات والبروتينات والمواد المذابة الأخرى عبر النبات. تنقسم خلايا اللحاء إلى عناصر غربالية، أو خلايا موصلة، ونسيج داعم. يشكل نسيجا الخشب واللحاء معًا الجهاز الوعائي للنباتات.
الجذور: دعم النبات
الجذور ليست محفوظة جيدًا في السجل الأحفوري؛ ومع ذلك، يبدو أنها ظهرت لاحقًا في التطور مقارنة بالنسيج الوعائي. يمثل تطور شبكة واسعة من الجذور سمة جديدة مهمة للنباتات الوعائية. ربطت أشباه الجذور الرفيعة الحزازيات بالركيزة. لم توفر خيوطها الهشة مرساة قوية للنبات؛ ولم تمتص الماء والمغذيات. على النقيض من ذلك، فإن الجذور، بنظامها الوعائي البارز، تنقل الماء والمعادن من التربة إلى بقية النبات. كما أن الشبكة الواسعة من الجذور التي تخترق عمق الأرض للوصول إلى مصادر المياه تعمل على تثبيت الأشجار من خلال عملها كصقل ومرساة. تقيم غالبية الجذور علاقة تكافلية مع الفطريات، مكونة الفطريات الجذرية. في الفطريات الجذرية، تنمو خيوط الفطريات حول الجذر وداخل الجذر حول الخلايا، وفي بعض الحالات داخل الخلايا. وهذا يفيد النبات بزيادة كبيرة في مساحة السطح للامتصاص.
الأوراق، الأوراق البوغية، والمخاريط البوغية
يميز تكيف ثالث النباتات الوعائية عديمة البذور. فإلى جانب بروز الطور البوغي وتطور النسيج الوعائي، أدى ظهور الأوراق الحقيقية إلى تحسين كفاءة التمثيل الضوئي. تلتقط الأوراق المزيد من ضوء الشمس بفضل زيادة مساحة سطحها.
بالإضافة إلى التمثيل الضوئي، تلعب الأوراق دورًا آخر في حياة النباتات. فمخاريط الصنوبر، وسعف السرخس الناضجة، والأزهار كلها أوراق بوغية (sporophylls)—وهي أوراق تم تعديلها هيكليًا لتحمل الحوافظ البوغية. المخاريط البوغية (Strobili) هي تراكيب تحتوي على الحوافظ البوغية. وهي بارزة في الصنوبريات وتُعرف عادةً بالمخاريط: على سبيل المثال، مخاريط أشجار الصنوبر.
النباتات الوعائية عديمة البذور
بحلول أواخر العصر الديفوني (قبل 385 مليون سنة)، كانت النباتات قد طورت نسيجًا وعائيًا، وأوراقًا محددة جيدًا، وأنظمة جذرية. بفضل هذه المزايا، زادت النباتات في الطول والحجم. خلال العصر الكربوني (قبل 359-299 مليون سنة)، غطت غابات مستنقعية من الحزازيات الذئبية وذيول الخيل، وبعض العينات وصل ارتفاعها إلى أكثر من 30 مترًا، معظم اليابسة. أدت هذه الغابات إلى تكون رواسب الفحم الواسعة التي أعطت العصر الكربوني اسمه. في النباتات الوعائية عديمة البذور، أصبح الطور البوغي هو الطور السائد في دورة الحياة.
لا يزال الماء ضروريًا لتخصيب النباتات الوعائية عديمة البذور، ومعظمها يفضل البيئات الرطبة. تشمل النباتات الوعائية عديمة البذور الحديثة الحزازيات الذئبية، وذيول الخيل، والسراخس، وسراخس السوط.
الحزازيات الذئبية
الحزازيات الذئبية (club mosses)، أو Lycophyta، هي أقدم مجموعة من النباتات الوعائية عديمة البذور. لقد هيمنت على المشهد الطبيعي في العصر الكربوني، ونمت لتصبح أشجارًا طويلة وشكلت غابات مستنقعية كبيرة. حزازيات اليوم الذئبية هي نباتات صغيرة دائمة الخضرة تتكون من ساق (قد تكون متفرعة) وأوراق صغيرة تسمى الأوراق الدقيقة (شكل 14.13). تتكون شعبة Lycophyta من ما يقرب من 1,000 نوع، بما في ذلك حزازيات الريشة (Isoetales)، وحزازيات الذئب (Lycopodiales)، وحزازيات السنبلة (Selaginellales): لا شيء منها حزاز حقيقي.
ذيول الخيل
تنتمي السراخس وسراخس السوط إلى شعبة Pterophyta. تُصنف مجموعة ثالثة من النباتات في Pterophyta، وهي ذيول الخيل، أحيانًا بشكل منفصل عن السراخس. تمتلك ذيول الخيل (Horsetails) جنسًا واحدًا، وهو Equisetum. وهي من بقايا مجموعة كبيرة من النباتات، تُعرف باسم Arthrophyta، التي أنتجت أشجارًا كبيرة وغابات مستنقعية كاملة في العصر الكربوني. توجد هذه النباتات عادةً في البيئات الرطبة والمستنقعات (شكل 14.14).
تتميز ساق ذيل الحصان بوجود مفاصل، أو عقد: ومن هنا جاء اسم Arthrophyta، الذي يعني "النبات المفصلي". تخرج الأوراق والفروع كدوارات من الحلقات المتباعدة بانتظام. لا تساهم الأوراق الإبرية الشكل بشكل كبير في التمثيل الضوئي، الذي يحدث معظمه في الساق الخضراء (شكل 14.15).
السراخس وسراخس السوط
تُعتبر السراخس أكثر النباتات الوعائية عديمة البذور تطورًا وتُظهر خصائص تُلاحظ عادةً في النباتات البذرية. تُشكل السراخس أوراقًا كبيرة وجذورًا متفرعة. على النقيض، تفتقر سراخس السوط (whisk ferns)، أو البسيلوفيت، إلى كل من الجذور والأوراق، والتي ربما فُقدت عن طريق الاختزال التطوري. الاختزال التطوري هو عملية يقلل بها الانتخاب الطبيعي حجم تركيب لم يعد مفضلاً في بيئة معينة. يحدث التمثيل الضوئي في الساق الخضراء لسراخس السوط. تتشكل كتل صفراء صغيرة عند طرف الساق المتفرعة وتحتوي على الحوافظ البوغية. لقد صُنفت سراخس السوط خارج السراخس الحقيقية؛ ومع ذلك، تشير التحليلات المقارنة الحديثة للحمض النووي (DNA) إلى أن هذه المجموعة ربما فقدت كلاً من النسيج الوعائي والجذور من خلال التطور، وهي في الواقع مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالسراخس.
بفضل سعفها الكبيرة، تُعد السراخس (ferns) أكثر النباتات الوعائية عديمة البذور سهولة في التعرف عليها (شكل 14.16). يعيش حوالي 12,000 نوع من السراخس في بيئات تتراوح من المناطق الاستوائية إلى الغابات المعتدلة. على الرغم من أن بعض الأنواع تعيش في البيئات الجافة، إلا أن معظم السراخس تقتصر على الأماكن الرطبة والمظللة. ظهرت في السجل الأحفوري خلال العصر الديفوني (قبل 416-359 مليون سنة) وتوسعت خلال العصر الكربوني، قبل 359-299 مليون سنة (شكل 14.17).
رابط للتعلم
شاهد هذا الفيديو الذي يوضح دورة حياة السرخس وقيّم معرفتك.
ربط بالمسار المهني
مصمم المناظر الطبيعية
بالنظر إلى الحدائق المنسقة جيدًا من الزهور والنوافير التي تُرى في القلاع الملكية والمنازل التاريخية في أوروبا، يتضح أن مبدعي تلك الحدائق كانوا يعرفون أكثر من مجرد الفن والتصميم. كانوا على دراية أيضًا ببيولوجيا النباتات التي اختاروها. تصميم المناظر الطبيعية له أيضًا جذور قوية في التقاليد الأمريكية. من الأمثلة الرئيسية للتصميم الكلاسيكي الأمريكي المبكر هو مونتيسيلو، ملكية توماس جيفرسون الخاصة؛ ومن بين اهتماماته العديدة الأخرى، كان جيفرسون شغوفًا بعلم النبات. يمكن أن يشمل تخطيط المناظر الطبيعية مساحة خاصة صغيرة، مثل حديقة خلفية؛ أو أماكن تجمع عامة، مثل سنترال بارك في مدينة نيويورك؛ أو خطة مدينة بأكملها، مثل تصميم بيير لانفانت لواشنطن العاصمة.
يخطط مصمم المناظر الطبيعية للمساحات العامة التقليدية—مثل الحدائق النباتية، والمتنزهات، وحرم الجامعات، والحدائق، والتطورات الأكبر—بالإضافة إلى المناطق الطبيعية والحدائق الخاصة (شكل 14.18). كما تتطلب استعادة الأماكن الطبيعية التي تعرضت للتعدي البشري، مثل الأراضي الرطبة، خبرة مصمم المناظر الطبيعية.
مع هذه المجموعة الواسعة من المهارات المطلوبة، يشمل تعليم مصمم المناظر الطبيعية خلفية قوية في علم النبات، وعلم التربة، وعلم أمراض النبات، وعلم الحشرات، والبستنة. كما أن الدورات الدراسية في الهندسة المعمارية وبرامج التصميم مطلوبة لإكمال الدرجة العلمية. يعتمد التصميم الناجح للمناظر الطبيعية على معرفة واسعة بمتطلبات نمو النباتات، مثل الضوء والظل، ومستويات الرطوبة، وتوافق الأنواع المختلفة، وقابليتها للإصابة بمسببات الأمراض والآفات. على سبيل المثال، ستزدهر الحزازيات والسراخس في منطقة مظللة حيث توفر النوافير الرطوبة؛ أما الصبار، من ناحية أخرى، فلن ينمو جيدًا في تلك البيئة. يجب أخذ النمو المستقبلي للنباتات الفردية في الاعتبار لتجنب الازدحام والتنافس على الضوء والمغذيات. كما أن مظهر المساحة بمرور الوقت يثير القلق. يجب موازنة الأشكال والألوان وعلم الأحياء للحصول على مساحة خضراء مصانة جيدًا ومستدامة. يمتزج الفن والهندسة المعمارية وعلم الأحياء في منظر طبيعي مصمم ومنفذ بشكل جميل.