14.3 نباتات البذور: عاريات البذور
أهداف التعلم
بحلول نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:- مناقشة نوع البذور التي تنتجها عاريات البذور، بالإضافة إلى الخصائص الأخرى لعاريات البذور
- تعداد المجموعات الأربع لعاريات البذور الحديثة وتقديم أمثلة لكل منها
كانت أول النباتات التي استعمرت اليابسة على الأرجح مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالحزازيات الحديثة ويُعتقد أنها ظهرت قبل حوالي 500 مليون سنة. تبعتها الحزازيات الكبدية (وهي أيضًا حزازيات) والنباتات الوعائية البدائية، وهي النباتات التريدية، التي اشتقت منها السراخس الحديثة. تتميز دورة حياة الحزازيات والنباتات التريدية بتعاقب الأجيال. يتطلب إكمال دورة الحياة الماء، حيث يجب أن تسبح الأمشاج الذكرية لتصل إلى الأمشاج الأنثوية. يطلق الطور المشيجي الذكري النطف، التي يجب أن تسبح—مدفوعة بأسواطها—للوصول إلى المشيج الأنثوي أو البويضة وتخصيبها. بعد الإخصاب، ينضج الزيجوت وينمو ليصبح طورًا بوغيًا، والذي بدوره سيشكل حوافظ بوغية، أو "أوعية أبواغ"، حيث تخضع الخلايا الأم للانقسام المنصف وتنتج أبواغًا أحادية الصيغة الصبغية. يؤدي إطلاق الأبواغ في بيئة مناسبة إلى الإنبات وتكوين جيل جديد من الأطوار المشيجية.
تطور نباتات البذور
في نباتات البذور، أدى الاتجاه التطوري إلى جيل بوغي سائد، حيث يكون الجيل الأكبر والأكثر أهمية بيئيًا للنوع هو النبات ثنائي الصيغة الصبغية. في الوقت نفسه، أدى هذا الاتجاه إلى تقليل حجم الطور المشيجي، من تركيب واضح إلى مجموعة مجهرية من الخلايا المحاطة بأنسجة الطور البوغي. النباتات الوعائية الدنيا، مثل حزازيات ذئبية والسراخس، هي في الغالب متماثلة الأبواغ (تنتج نوعًا واحدًا فقط من الأبواغ). في المقابل، جميع نباتات البذور، أو النباتات البذرية، هي متباينة الأبواغ، وتشكل نوعين من الأبواغ: أبواغ كبيرة (أنثوية) وأبواغ صغيرة (ذكرية). تتطور الأبواغ الكبيرة إلى أطوار مشيجية أنثوية تنتج بويضات، وتنضج الأبواغ الصغيرة إلى أطوار مشيجية ذكرية تولد نطفًا. نظرًا لأن نضج الطور المشيجي يعتمد على الماء وإمدادات المغذيات من نسيج الطور البوغي السائد، فإنها ليست حرة المعيشة، كما هو الحال بالنسبة للأطوار المشيجية للنباتات الوعائية اللا بذرية. تُعتبر النباتات اللا بذرية متباينة الأبواغ هي السلائف التطورية لنباتات البذور.
تُميز البذور وحبوب اللقاح—وهما تكيفان مع الجفاف—نباتات البذور عن النباتات الوعائية الأخرى (اللا بذرية). كان كلا التكيفين حاسمين لاستعمار اليابسة. تشير الحفريات إلى أن أقدم نباتات بذور مميزة ظهرت قبل حوالي 350 مليون سنة. يعود أقدم سجل موثوق لعاريات البذور إلى ظهورها في الفترة الكربونية (359-299 مليون سنة مضت). سبقت عاريات البذور النباتات البذرية الأولية ("أول نباتات بذور عارية"). كانت هذه مجموعة انتقالية من النباتات تشبه ظاهريًا الصنوبريات ("حاملات المخاريط") لأنها أنتجت الخشب من النمو الثانوي للأنسجة الوعائية؛ ومع ذلك، فقد تكاثرت مثل السراخس، مطلقة الأبواغ إلى البيئة. في الحقبة الميزوزوية (251-65.5 مليون سنة مضت)، سيطرت عاريات البذور على المشهد الطبيعي. سيطرت كاسيات البذور (Angiosperms) بحلول منتصف الفترة الطباشيرية (145.5-65.5 مليون سنة مضت) في أواخر الحقبة الميزوزوية، ومنذ ذلك الحين أصبحت المجموعة النباتية الأكثر وفرة في معظم المناطق الأحيائية الأرضية.
سمحت التركيبتان المبتكرتان، حبوب اللقاح والبذور، لنباتات البذور بكسر اعتمادها على الماء للتكاثر وتطور الجنين، وغزو الأراضي الجافة. تحمل حبوب اللقاح الأمشاج الذكرية للنبات. الخلايا الصغيرة أحادية الصيغة الصبغية (1n) مغلفة بغلاف واقٍ يمنع الجفاف والتلف الميكانيكي. يمكن لحبوب اللقاح أن تنتقل بعيدًا عن الطور البوغي الذي حملها، مما ينشر جينات النبات ويتجنب المنافسة مع النباتات الأخرى. توفر البذرة للجنين الحماية والتغذية وآلية للحفاظ على الكمون لعشرات أو حتى آلاف السنين، مما يسمح لها بالبقاء في بيئة قاسية ويضمن الإنبات عندما تكون ظروف النمو مثالية. تسمح البذور للنباتات بنشر الجيل التالي عبر المكان والزمان. بفضل هذه المزايا التطورية، أصبحت نباتات البذور المجموعة الأكثر نجاحًا وشيوعًا من النباتات.
عاريات البذور
عاريات البذور (Gymnosperms) ("البذور العارية") هي مجموعة متنوعة من نباتات البذور وهي شبه عرقية. لا تشمل المجموعات شبه العرقية أحفاد سلف مشترك واحد. تشمل خصائص عاريات البذور البذور العارية، والأمشاج الأنثوية والذكرية المنفصلة، والتلقيح بالرياح، والقصبات، التي تنقل الماء والمذابات في الجهاز الوعائي.
دورة حياة الصنوبريات
أشجار الصنوبر هي صنوبريات وتحمل الأوراق البوغية الذكرية والأنثوية على نفس النبات. مثل جميع عاريات البذور، الصنوبريات متباينة الأبواغ وتنتج أبواغًا صغيرة ذكرية وأبواغًا كبيرة أنثوية. في المخاريط الذكرية، أو المخاريط السداتية، تُنتج الخلايا البوغية الصغيرة (microsporocytes) أبواغًا صغيرة عن طريق الانقسام المنصف. ثم تتطور الأبواغ الصغيرة إلى حبوب لقاح. تحتوي كل حبة لقاح على خليتين: خلية مولدة واحدة ستنقسم إلى نطفة، وخلية ثانية ستصبح خلية أنبوب اللقاح. في الربيع، تطلق أشجار الصنوبر كميات كبيرة من حبوب اللقاح الصفراء، التي تحملها الرياح. ستهبط بعض الأطوار المشيجية على مخروط أنثوي. ينمو أنبوب اللقاح من حبة اللقاح ببطء، وتنقسم الخلية المولدة في حبة اللقاح إلى خليتين نطفتين عن طريق الانقسام المتساوي. ستتحد إحدى الخلايا النطفتين أخيرًا نواتها أحادية الصيغة الصبغية مع النواة أحادية الصيغة الصبغية لخلية بيضية في عملية الإخصاب.
تحتوي المخاريط الأنثوية، أو المخاريط البويضية، على بويضتين لكل حرشفة. تخضع خلية بوغية كبيرة (megasporocyte) واحدة للانقسام المنصف في كل بويضة. ستتطور خلية أحادية الصيغة الصبغية واحدة فقط باقية إلى طور مشيجي أنثوي متعدد الخلايا يحيط ببويضة. عند الإخصاب، سينتج الزيجوت الجنين، الذي يحيط به غلاف بذرة من نسيج النبات الأم. الإخصاب وتطور البذور عملية طويلة في أشجار الصنوبر—قد تستغرق ما يصل إلى عامين بعد التلقيح. تحتوي البذرة المتكونة على ثلاثة أجيال من الأنسجة: غلاف البذرة الذي ينشأ من نسيج النبات الأم، والطور المشيجي الأنثوي الذي سيوفر المغذيات، والجنين نفسه. يوضح شكل 14.19 دورة حياة الصنوبريات.
ربط بصري
في أي مرحلة يتكون الزيجوت ثنائي الصيغة الصبغية؟
- عندما يبدأ المخروط الأنثوي في التبرعم من الشجرة
- عندما تندمج نواة النطفة ونواة البويضة
- عندما تسقط البذور من الشجرة
- عندما يبدأ أنبوب اللقاح في النمو
رابط للتعلم
شاهد هذا الفيديو لترى عملية إنتاج البذور في عاريات البذور.
تنوع عاريات البذور
تُصنف عاريات البذور الحديثة إلى أربعة أقسام رئيسية وتضم حوالي 1000 نوع موصوف. تتشابه المخروطيات (Coniferophyta)، وشعبة السيكاسيات (Cycadophyta)، وشعبة الجنكويات (Ginkgophyta) في إنتاجها للكامبيوم الثانوي (الخلايا التي تولد الجهاز الوعائي للجذع أو الساق) ونمط تطور بذورها، لكنها ليست مرتبطة ارتباطًا وثيقًا تطوريًا ببعضها البعض. تُعتبر شعبة الغنيطيات (Gnetophyta) أقرب مجموعة إلى كاسيات البذور لأنها تنتج نسيج خشب حقيقي يحتوي على كل من القصبات والعناصر الوعائية.
الصنوبريات
الصنوبريات (Conifers) هي الشعبة السائدة من عاريات البذور، وتتميز بأكبر تنوع في الأنواع. معظمها أشجار طويلة تحمل عادة أوراقًا حرشفية أو إبرية الشكل. يحد الشكل النحيف للإبر وطبقتها الشمعية من فقدان الماء عن طريق النتح. ينزلق الثلج بسهولة عن الأوراق الإبرية، مما يحافظ على خفة الحمل ويقلل من تكسر الفروع. تفسر هذه التكيفات مع الطقس البارد والجاف هيمنة الصنوبريات في الارتفاعات العالية والمناخات الباردة. تشمل الصنوبريات الأشجار دائمة الخضرة المألوفة، مثل الصنوبر، والتنوب، والشوح، والأرز، والسكويات، والطقسوس (شكل 14.20). بعض الأنواع نفضية وتفقد أوراقها كلها دفعة واحدة في الخريف. اللاركس الأوروبي والتاماراك أمثلة على الصنوبريات النفضية. تُحصد العديد من الأشجار الصنوبرية لإنتاج لب الورق والأخشاب. خشب الصنوبريات أكثر بدائية من خشب كاسيات البذور؛ فهو يحتوي على قصبات، ولكن لا يحتوي على عناصر وعائية، ويشار إليه باسم "الخشب اللين".
السيكاسيات
السيكاسيات (Cycads) تزدهر في المناخات المعتدلة وغالبًا ما تُخطأ بالنخيل بسبب شكل أوراقها المركبة الكبيرة. تحمل مخاريط كبيرة، وبشكل غير معتاد لعاريات البذور، قد تُلقح بواسطة الخنافس، بدلاً من الرياح. سيطرت على المشهد الطبيعي خلال عصر الديناصورات في الحقبة الميزوزوية (251-65.5 مليون سنة مضت). لم يتبق سوى حوالي مائة نوع من السيكاسيات حتى العصور الحديثة. تواجه خطر الانقراض المحتمل، وتُحمى عدة أنواع من خلال الاتفاقيات الدولية. نظرًا لشكلها الجذاب، غالبًا ما تُستخدم كنباتات زينة في الحدائق (شكل 14.21).
الجنكويات
النوع الوحيد الباقي من الجنكويات (gingkophyte) هو Ginkgo biloba (شكل 14.22). تتحول أوراقها المروحية الشكل، الفريدة بين نباتات البذور لأنها تتميز بنمط تعرق ثنائي التفرع، إلى اللون الأصفر في الخريف وتسقط من النبات. لقرون، قام الرهبان البوذيون بزراعة Ginkgo biloba، مما ضمن الحفاظ عليها. تُزرع في الأماكن العامة لأنها مقاومة بشكل غير عادي للتلوث. توجد الأعضاء الذكرية والأنثوية على نباتات منفصلة. عادةً، يزرع البستانيون الأشجار الذكرية فقط لأن البذور التي تنتجها النبتة الأنثوية لها رائحة كريهة تشبه رائحة الزبدة الفاسدة.
الغنيطيات
الغنيطيات (Gnetophytes) هي أقرب الأقارب لكاسيات البذور الحديثة، وتشمل ثلاثة أجناس نباتية متباينة. مثل كاسيات البذور، لديها أوراق عريضة. أنواع Gnetum هي في الغالب متسلقات في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية. النوع الوحيد من Welwitschia هو نبات غير عادي منخفض النمو يوجد في صحاري ناميبيا وأنغولا. قد يعيش لمدة تصل إلى 2000 عام. يُمثل جنس Ephedra في أمريكا الشمالية في المناطق الجافة من جنوب غرب الولايات المتحدة والمكسيك (شكل 14.23). أوراق Ephedra الصغيرة، الشبيهة بالحراشف، هي مصدر مركب الإيفيدرين (ephedrine)، الذي يستخدم في الطب كمزيل قوي للاحتقان. نظرًا لأن الإيفيدرين (ephedrine) يشبه الأمفيتامينات (amphetamines)، سواء في التركيب الكيميائي أو التأثيرات العصبية، فإن استخدامه يقتصر على الأدوية الموصوفة. مثل كاسيات البذور، ولكن على عكس عاريات البذور الأخرى، تمتلك جميع الغنيطيات عناصر وعائية في خشبها.
رابط للتعلم
شاهد فيديو بي بي سي هذا الذي يصف الغرابة المدهشة لنبات Welwitschia.