Gymnospermy sú najstaršími semennými rastlinami našej planéty. Zohrali dôležitú úlohu vo vývoji voľne žijúcich živočíchov a naďalej zaujímajú významné postavenie v živote Zeme. U nás dobre známy smrek, borovica, jedľa, tuje, tis či smrekovec a málo známa velvichia, sága či ginko – to všetko sú zástupcovia skupiny s názvom „Gymnosperms“. Ich štruktúru a reprodukciu zvážime neskôr v článku.
Pôvod a vek
Nahosemenné rastliny majú 350 miliónov rokov. Objavili sa vo vrchnom devóne (paleozoiku) a na začiatku druhohôr už dosiahli svoj vrchol. Pravdepodobne ich vznik súvisí s postupným vývojom výtrusov – papradí. V porovnaní s nimi mali nové druhy rastlín už vajíčka a peľové zrná, ktoré sa priamo podieľali na tvorbe semena. Nahosemenné rastliny mali niekoľko výhod:
- reprodukcia prebehla bezúčasť na vode;
- plášť semien a prísun živín zaisťovali bezpečnosť semenáčika.
Z týchto dôvodov už po krátkom čase zelenú pokrývku planéty tvorili prevažne nahosemenné rastliny, ktorých štruktúra a rozmnožovanie prispeli k úspešnému rozvoju nových území a ekologických výklenkov.
Stavebné prvky
Väčšinou pomenované rastliny rastú vo forme stromov a kríkov, častejšie - vždyzelené a zriedkavo - opadavé. Niekedy môžu dosiahnuť obrovské veľkosti (sekvoja, céder). Prevažná väčšina ich listov má ihličkovitý tvar alebo vzhľad šupín. Nazývajú sa ihly a obsahujú živicové pasáže.
Drevo tvorí väčšinu kmeňa. Obsahuje duté odumreté bunky s perforovanými stenami – tracheidy. Ich prítomnosť je znakom špecifickým pre túto skupinu rastlín. Cez ne sa uskutočňuje vzostupný tok vody z koreňa na listy.
Okrem tracheíd obsahuje drevo nahosemenných aj živicové kanáliky. Preto sú zástupcovia rastlín tejto skupiny ľahko rozpoznateľní podľa voňavého ihličnatého zápachu. Živica drevo impregnuje, čím zabraňuje jeho hnilobe. Vďaka tomu je medzi ihličnatými stromami veľa storočných. Napríklad niektoré sekvoje majú okolo 3 000 rokov.
Najdôležitejšou evolučnou výhodou, ktorú nahosemenné rastliny majú, je rozmnožovanie bez účasti kvapkajúcej vlhkosti a prítomnosti útvarov, ktoré fungujú ako rozmnožovacie orgány.
Reprodukčné orgány nahosemenných rastlín
Neprítomnosť kvetov je kľúčovou vlastnosťou nahosemenných rastlín. Reprodukcia týchto rastlín nastáva za účasti šišiek alebo strobilusov. Tieto útvary sú ľahko rozpoznateľné na borovici, smreku, jedle, smrekovci a ďalších predstaviteľoch ihličnanov. Možno ich nazvať orgánmi sexuálnej reprodukcie.
Zvyčajne sú šišky rôzneho pohlavia - môžu byť samčie a samičie a nachádzajú sa buď na tej istej rastline (jednodomé) alebo na rôznych rastlinách (dvojdomé), líšia sa veľkosťou a farbou.
Samčie púčiky sa nazývajú mikrostrobily a ženské púčiky sa nazývajú megastrobily. Strobila je skrátený a upravený výhonok, na ktorom sa nachádzajú sporofyly – upravené listy. Peľ dozrieva v mikrostrobiloch. V megastrobiloch - vajíčkach.
Funkcie reprodukcie nahosemenných rastlín
Obvykle sa proces rozmnožovania nahosemenných rastlín zvažuje na príklade borovice lesnej. Ide o jednodomú rastlinu, t.j. samčie a samičie šišky sa vyvíjajú na tom istom strome. Prvé z nich sú väčšie, červenkastej farby. Druhé sú malé, zelenkasté alebo modrasté.
Schéma rozmnožovania nahosemenných rastlín je celkom jednoduchá. Keď peľ dozrieva v mikrostrobilách, vysype sa, šíri sa vetrom a môže cestovať na veľké vzdialenosti. Na to je každé peľové zrno vybavené špeciálnymi zariadeniami – peľovými vrecúškami. Prachové častice padajú na vajíčka, ktoré sa vyvíjajú na megastrobiloch. Takto dochádza k opeleniu.
Zvyčajne padá na koniec jari alebo začiatkom leta. opelenésamičie šišky sa uzavrú, ich šupiny sa zlepia živicou. K oplodneniu dochádza vo vajíčkach vo vnútri uzavretých kužeľov.
Ako dochádza k oplodneniu
Vo vnútri vajíčka je ženský gametofyt alebo embryonálny vak, ktorý prechádza niekoľkými štádiami dozrievania. Peľ sa dostáva do peľového vchodu vajíčka, začína klíčiť do peľovej trubice smerom k archegóniu (z gréckeho arche – „začiatok“, preč – „materské lono“). Táto formácia obsahuje vajíčko. Celkovo sa vo vajíčku vyvinú dve z nich, ale iba jedna podlieha oplodneniu.
V tom momente už dve spermie dozreli v peľovom zrnku a začali sa pohybovať pozdĺž rastúcej trubice. Keď jedna zo spermií dosiahne vajíčko, dôjde k oplodneniu. Druhá spermia zomrie. Po splynutí dvoch zárodočných buniek vzniká zárodok semena – zygota. Samotné vajíčko sa premení na semeno. Klíčením využije prísun živín.
Takto sa rozmnožujú nahosemenné rastliny. Schéma tohto procesu je znázornená na fotografii.
Ripácia a šírenie semien
Po oplodnení začína dozrievanie semena. U borovice lesnej oba tieto procesy trvajú 2 roky. Po dozretí šišky drevnatejú a menia farbu. Postupne sa ich šupiny otvárajú a semená sa z nich vysypú.
Gymnospermy netvoria plody. Ale aby sa rozšíril do veľkýchvzdialenosť, semená majú špeciálne úpravy - pterygoidné membránové výrastky, ľahko prenášané vetrom.
Ak vonkajšie podmienky nie sú priaznivé pre klíčenie, semeno môže dlho odpočívať pred optimálnymi teplotnými podmienkami. Práve tieto vlastnosti umožnili nahosemenným rastlinám dosiahnuť vysoký počet druhov a rozšíriť sa na veľké plochy.
Počet druhov a zástupcov
Popísaná skupina má asi 600-700 druhov. Nie všetky sa dodnes zachovali, niektorí zástupcovia existujú len vo fosílnej forme. Napríklad:
- cordaite;
- bennetite;
- seed paprade.
Ostatní zástupcovia sú rozšírení po celej zemeguli a rastú vo všetkých klimatických zónach: od južných tropických (ságové palmy) až po studené severné zemepisné šírky (céder, smrekovec, smrek, borovica).
Najstarším predstaviteľom nahosemenných rastlín, ktorý existuje dodnes, je Ginkgo Biloba (biloba). Tejto rastline sa hovorí živá fosília, keďže na planéte rastie už od druhohôr, o čom svedčia početné odtlačky v ložiskách starých hornín.
Evolučný vývoj
Prvé nahosemenné rastliny, ktoré vznikli v paleozoickej ére, mali množstvo výhod, ktoré im umožnili zaujať dominantné postavenie na vtedajšej planéte. Tieto evolučne nové funkcie sa nazývajú aromorfózy a umožňujú vám dosiahnuťnová úroveň v rozvoji nových území a ekologických výklenkov. Nahosemenné rastliny majú niekoľko funkcií:
- Rozmnožovanie prebieha bez účasti vodného prostredia. To umožnilo zaľudniť veľké územia na súši.
- K oplodneniu dochádza vo vnútri vajíčka a je chránené pred vonkajšími vplyvmi - takéto vlastnosti rozmnožovania nahosemenných rastlín zaisťujú väčšiu bezpečnosť budúcej rastliny.
- Vzhľad semena umožnil poskytnúť budúcemu embryu ochranné obaly (kôra semien) a zásobu potravy (endosperm), čo následne zvýšilo počet rastlín v tejto skupine.
Práve tieto črty ich odlišovali od ich predkov – papradí. Ďalšou a dnes poslednou etapou evolučného vývoja rastlinného sveta je objavenie sa krytosemenných rastlín.
Význam nahosemenných rastlín
Úlohu nahosemenných rastlín možno len ťažko preceňovať. Práve tie zapĺňajú asi tretinu svetových lesov, ktoré sa podieľajú na čistení vzduchu a neustálej obnove kyslíka. Okrem toho vznik a široké rozšírenie rastlín produkujúcich kyslík na planéte viedlo k vzniku ďalších organizmov, ktoré môžu využívať tento plyn pri svojom dýchaní.
Ihličnany sú hlavnými dodávateľmi dreva pre rôzne sféry ľudského života. Táto surovina sa aktívne používa pri výrobe nábytku, stavebníctve, výrobe lodí a iných strategicky dôležitých oblastiach hospodárskej činnosti. Smrekové drevené vlákna sú obzvlášť cenné pri výrobe vysokokvalitného papiera.
Gymnospermy sú široko používané v medicíne. Špeciálne látky - fytoncídy, ktoré vylučujú takmer všetky ihličnaté stromy, sú schopné čistiť vzduch od patogénnych mikróbov. Z tohto dôvodu je väčšina sanatórií a kúpeľov postavená na území ihličnatých lesov. Takáto terapia môže výrazne zmierniť alebo odstrániť mnohé pľúcne ochorenia.
