Het bijzondere ontstaan van het plantenrijk

Wanneer we aan planten denken, dan denken we vaak aan bloemen. Echter zijn deze planten relatief gezien, pas laat ontstaan. In dit artikel neem ik jullie mee in de evolutie van het plantenrijk.

Planten zijn één van de bijzonderste wezens die op aarde leven. Ze zijn autotrofen. Dit betekent dat zij zonlicht om kunnen zetten in energie. Middels het proces fotosynthese geven zij zuurstof aan de aarde. Zuurstof staat aan het begin van het leven op aarde. Zonder zuurstof waren er geen dieren en ook geen mensen. Daarom konden deze levensvormen pas ontstaan, nadat de planten het land hadden bereikt en de aarde door hen werd veroverd.

Het plantenrijk bestaat uit vijf verschillende groepen:

• Algen en wieren (sommige wetenschappers discussiëren of deze groep onder het plantenrijk moeten vallen).
• Mossen
• Paardestaarten
• Varens
• Zaadplanten
  • Naaktzadigen
  • Bedektzadigen

Hoe het begon

Het begon allemaal met de eencelligen, die onder de groenwieren vallen. Wetenschappers denken dit, omdat planten op het land dezelfde basiseigenschappen hebben als groenwieren in het water. Ze hebben allebei bladgroen (chlorofyl) en ze maken dezelfde chemische processen door. Daarnaast is de celopbouw van groenwieren ook in de basis vergelijkbaar met landplanten. Binnen de groenwieren hebben de eencelligen zich ontwikkeld tot meercellige wieren en kon het proces van diversiteit binnen de wieren beginnen.

De overgang van water naar land gebeurde al heel veel miljoenen jaren geleden, vermoedelijk in het tijdperk Siluur (440-408 miljoen jaar geleden) en misschien zelfs al eerder. In het water en zeker in de diepte, bereikt het zonlicht moeilijker de planten. Planten hebben licht nodig om te kunnen leven. Planten kwamen in verloop van tijd daarom steeds meer naar de oppervlakte toe. Immers daar was meer licht en dus betere overlevingskansen. Door de fotosynthese kwam er ook steeds meer Zuurstof (O2) in de lucht terecht er ontstond de ozonlaag (uv-filter). Naast O2, zijn ook andere belangrijke voedselbronnen zoals, Koolstofdioxide (CO2) en Stikstof (N2) in rijke mate op het land aanwezig. Voor planten dus een aantrekkelijke keuze om zich op het land te koloniseren.

Van uitdaging naar overwinning

Echter moesten planten nog een uitdaging overwinnen. Planten waren aangepast om in het water te leven. Op het land bestond er dus een grote kans op uitdrogen. Planten ontwikkelden daarom een waslaagje over zich heen (cutica). Echter hierdoor konden de planten het licht niet goed opnemen. Ook op dit proces werden door planten iets bedacht, namelijk het ontstaan van de huidmondjes (stomata). Een soort inkepingen in de bladeren van planten. De eerste soorten landplanten leefden in een drassig milieu, de Cooksonia. De plant is uitgestorven, maar zijn in fossielen teruggevonden. Ze bestonden uit een stengel met steeds twee vertakkingen met aan het uitende sporenorganen (zo groot als een luciferstokje).

De splitsing; mossen en vaatplanten

Op dit punt van de ontwikkeling van het plantenrijk ontstaat er een splitsing. Aan de ene kant de ontwikkeling van de mossen en aan de andere kant de ontwikkeling van de vaatplanten, zoals de Wolfsklauw (lycopodium familie; nu nog gebruikt in de homeopathie). Dit proces is een ingewikkeld verhaal waarin de manier van de levenscyclus: van embryo tot de volgende generatie, de hoofdrol speelt.

Alle planten hebben een haplo-diplonte levenscyclus. Bij haplo-diplonten treden de mitoses op in zowel in diploïde als in haploïde cellen. Planten hebben dus een haploïde fase (deze fase omvat de vorming van een haploïde (n) enkele cel door de meiose van een diploïde (2n) zygoot) en een diploïde fase (haploïde gameten worden door meiose geproduceerd uit cellen van de diploïde cellen en versmelten met gameten van het andere geslacht. Ze produceren een diploïde cel, een zygote)1 (zie bron voor meer info).

Er is een afwisseling in deze stadia. Welke stadia het duidelijkst aanwezig is, bepaald de levenscyclus van een plant. Wij mensen hebben diploïde cellen en deze fase is bij ons, dominant aanwezig. Bij wieren en mossen is de haploïde levenscyclus het meest dominant. Alleen in lantaarnpaalachtige mossen zie je aan het uiteinde een diploïde fase, daar waar de sporen van de plant worden gemaakt. In vaatplanten is dit echter anders. Daar is de diploïde fase het meest dominant, zoals bijvoorbeeld bij Varens. Bij zaadplanten is de haploïde fase zelfs helemaal onderdrukt.

Op dit punt ontstaan er dus planten met een andere levenscyclus dan die van groenwieren en mossen. Een voorbeeld van zo’n plantje dat in ondiep water leefde is de Zosterophyllum (Inmiddels uitgestorven). Nu zijn we aangekomen in het tijdperk: Onder-Devoon (ongeveer 400 miljoen jaar geleden). Dit proces heeft dus zeker meer dan 40 miljoen jaar geduurd.

Van gespecialiseerde cellen naar vaatbundels en bladeren

In de evolutie van de planten waarbij de diploïde fase dominant is, ontwikkelende planten een stelsel van leidingen, waardoor water en voedingsstoffen heen en weer getransporteerd kon worden. Mossen hebben geen vatenstelsel, zij hebben gespecialiseerde cellen dien zorgen voor transporteren van voedingsstoffen en daarom waren deze planten klein en compact.

Verder ontwikkelden deze groep planten ook bladeren. Aan het einde van het tijdperk Siluur, hadden planten dus nog geen bladeren. Maar de planten hadden wel een soort van schubben zoals bij de uitgestorven Psilotum. Deze schubben zijn trouwens nu nog steeds te zien bij de Paardenstaarten familie (Equisetum).

Planten ontwikkelden tussen de uitgewaaierde takken weefsel, dat uiteindelijk bladeren werden zoals wij die nu kennen. De nerven zijn dus eigenlijk gewoon kleinte takjes van de pant. Een van de eerste planten met bladeren waren de Varens.

De verandering van manier van voortplanten

In het begin planten de wieren, mossen en varens zich voort, middels sporen. Compact klein en zonder voedselreserve, beschermt tegen vrieskou, konden deze planten de sporen verspreiden. De gymnospermen (naaktzadigen) en de angiospermen (bedektzadigen) verspreiden zich echter met zaden. Een zaadje is een pakketje met reservevoedsel, embryo omringt door een harde beschermlaag. Doordat er reservevoedsel in een zaadje zit, kan een zaadje direct groeien, zonder dat er bevruchting hoeft plaats te vinden (dit is al in de bloem gebeurd).

Er ontstond dus een andere manier van voorplanten. Een voorbeeldplant van zo’n overgangsfase is de Pachytesta, een zaadvaren (ook een inmiddels uitgestorven plant). Deze plant had varenachtige bladeren met aan het einde een zaadknop.

Je kunt je voorstellen dat op deze manier de naaktzadige planten zijn ontstaan (dennen en sparren). Daarna ontstonden de bedektzadige planten. In deze fase beschikte alle voortplantingsmogelijkheden binnen één bloem, zoals we de bloemen van tegenwoordig kennen. De sterielbladeren, stamper (vrouwelijk), de meeldraden (mannelijk) zijn een onderdeel van het voortplantingsorgaan. De haploïde fase zoals in mossen is hier nog steeds aanwezig, alleen bestaat deze nog maar uit enkele cellen. Bloemen zijn momenteel het meest en divers ontwikkelde soort in het plantenrijk.

Bron:

1. https://www.vcbio.science.ru.nl/virtuallessons/lifecycle/
2. https://www.nemokennislink.nl/publicaties/de-evolutie-van-het-plantenrijk/
3. What a plant knows; Daniel Chamovitz