8.1: Голонасінні

Голонасінні рослини дають насіння (рис.\(\PageIndex{1}\)) і разом з квітучими рослинами складають насіннєві рослини. Хоча голонасінні рослини не дають квітів і плодів, у них все ще є ембріони, укладені в захисний бар'єр або насіннєву оболонку. Цей акуратний маленький пакет, який називається насінням, є інноваційним кроком в еволюції рослин, який допоміг деяким рослинам процвітати в наземних екосистемах. Насіння дозволило ембріонам рослин витримувати заморожування, висушування та пошкодження ультрафіолетом у наземних середовищах, забезпечуючи накопичувач енергії (ендосперм). Назва gymnosperm походить від gymno означає nake і сперма означає насіння (тобто їх насіння непокриті), тоді як покритонасінні (квітучі рослини) насіння зазвичай покриті плодом. Більшість голонасінних рослин виробляють насіння в структурах, званих шишками або стробілами (сингулярний стробілус; рис.\(\PageIndex{2}\)). Шишки еволюціонували з модифікованих листя, і вони можуть бути або чоловічими шишками, що виробляють пилок, або жіночими шишками, які виробляють яйцеклітини.

Сьогодні у світі налічується приблизно 1100 голонасінних видів (Christenhusz and Byng, 2016), що становлять лише 1% різноманітності рослин на планеті. Однак вони є важливою частиною екології бореальних регіонів (розташованих у Північній півкулі від 50° до 70° північної широти) та середовищ високої висоти, включаючи тропіки (Crepet and Niklas, 2009). Наприклад, в Північній Америці цілі ліси складаються з великих голонасіннєвих дерев: червоних лісів, кедра, сосни.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Філогенетичне дерево, що зображує еволюційні відносини рослин. За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Крім того, що мають захищений ембріон, насіннєві рослини також захищають і живлять гаметофітну стадію свого життєвого циклу, вигідну характеристику для наземного життя. У несудинних рослин (мохоподібних) гаметофіт є домінуючою стадією, тоді як у безнасінних судинних рослин (папороті і лікофіти) гаметофіт самостійний і зменшений в розмірах, залишаючи спорофіт як домінуючу стадію. Ця картина зменшення гаметофітів триває у насіннєвих рослин, при яких гаметофіт стає настільки зменшеним, що це лише мікроскопічна сутність, що знаходиться всередині яйцеклітин та пилкових зерен, які ростуть на спорофіті. Оскільки гаметофіт розвивається всередині спорофіта, вони захищені від тиску навколишнього середовища і отримують харчування від спорофіта.

Ще однією вигідною характеристикою є тип спор насіннєвих рослин. У той час як папороті виробляють один тип спор, роблячи їх гомоспорими, голонасінні та інші насіннєві рослини виробляють два типи суперечок (гетероспорових), мегаспори, які породжують жіночі гаметофіти всередині яйцеклітини, і мікроспори, чоловічі гаметофіти всередині пилкове зерно. Розвиток пилку і яйцеклітин сприяло успіху насіннєвих рослин на суші. Пилок, що містить чоловічий гаметофіт, транспортується вітром, а іноді і запилювачами, так що насіннєві рослини більше не покладаються на воду для запліднення. Більшість голонасінних рослин запилюються вітром, тому вони виробляють мільйони пилкових зерен, щоб збільшити шанси на те, що вони досягнуть яєць на жіночих шишках.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Життєвий цикл голонасінних. За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Сьогодні голонасінні рослини - це група рослин, які найбільше загрожують вимиранню, причому 40% видів класифікуються як високий ризик (Forest et al. , 2018). Наприклад, гінкго культивується поза його природним ареалом, але в Китаї залишається лише кілька природних популяцій, що робить його вразливим для вимирання. Іншим прикладом є Араукарія (Araucaria angustifolia), яка є рідною для Бразилії та Аргентини. Цей вид отримав критично зникаючий статус, оскільки його природне середовище існування знизилося на 97% за минуле століття (Forest et al. , 2018).

Голонасінні діляться на чотири групи: Хвойні, Цикади, Гінкго, Гнетофіти.