Diverse mariene, aquatische en terrestrische planten evolueerden lang voordat dinosaurussen over de aarde zwierven. Van hun bescheiden begin als eencellige algen hebben planten slimme aanpassingen ontwikkeld om zelfs in de meest barre omgevingen te overleven en zich voort te planten.
Charles Darwin's evolutietheorie helpt verklaren hoe plantaanpassingen plaatsvinden als gevolg van erfelijke fysieke en gedragskenmerken die van ouder op nakomelingen worden doorgegeven.
U kunt fascinerend vinden voorbeelden van plantaanpassingen bij het vergelijken van vegetatie in woestijn-, tropisch regenwoud- en toendra-biomen.
Wat zijn biomen?
biomen zijn gebieden met een vergelijkbaar klimaat en dezelfde temperatuur met kenmerkende planten en dieren die zich hebben aangepast aan de omstandigheden in de regio. Vergelijkbare biomen zijn te vinden in discontinue geografische gebieden.
Biomen over de hele wereld zijn onderverdeeld in brede categorieën, zoals het woestijn-, toendra- en regenwoudbioom. Aanpassingen zijn de manier van de natuur om dieren- en plantenpopulaties te helpen overleven in een bepaald bioom.
Voorbeelden van biomen:
- Woestijn: vetplanten die water opslaan, stekelige bladeren, weinig neerslag, hoge verdamping, extreme temperaturen
- Toendra: lage bomen en struiken, kleine houtachtige planten, koude, droge, winderige omstandigheden het grootste deel van het jaar
- regenwoud: dichte jungle, weelderige vegetatie, zware regenval, hoge luchtvochtigheid, tropische, voedselarme grond
- Taiga: groenblijvende bossen, besneeuwde, koude winters, warmer en langer groeiseizoen dan toendra
- Loofbos: loofbomen die seizoensgebonden bladeren laten vallen, koude winters en hete zomers
- Grasland: boomloze vlakte met grassen en houtachtige planten, uitgedroogd, natuurlijke branden vaak
- dicht struikgewas: dicht bos, bomen hebben dikke, groenblijvende bladeren, weinig regen in de zomer
- savanne: bossen en graslanden, schaarse bomen, de zomers zijn heet en nat, vuur- en droogtecycli
Wat zijn plantaanpassingen?
Planten bevatten genetisch materiaal in de kern van hun cellen dat van generatie op generatie wordt doorgegeven. In elke plantenpopulatie zullen willekeurige mutaties tijdens de celdeling van de gameten, evenals variaties in gedrag, fysiologie en andere speciale kenmerken die bepaalde organismen een evolutionair voordeel geven.
Charles Darwin stelde dat dit proces leidt tot de evolutie van structurele aanpassingen in een populatie die de conditie en levensvatbaarheid verbeteren.
Soorten voeren een wedstrijd van "survival of the fittest", zoals beschreven door vroege evolutionisten. Gedragsaanpassingen omvatten bijvoorbeeld inactief gaan tijdens ondraaglijke hitte of even moeilijke omstandigheden en later terugkeren.
evenzo, woestijnplanten met smalle bladeren zijn in de woestijn beter geschikt om water vast te houden dan planten met brede bladeren met een groot oppervlak. Na verloop van tijd worden planten die overleven en zich voortplanten de dominante soort via natuurlijke selectie.
Evolutie en plantadaptatie
Niet-vasculaire planten met eenvoudige structuren zoals mossen en levermossen waren de eerste planten die zich aanpasten aan een terrestrische omgeving. Varens evolueerden vervolgens, gevolgd door zaaddragend gymnospermen zoals coniferen en ginkgo's.
Bloeiend bedektzadigen waaronder hardhoutbomen, grassen en struiken ontwikkelden het vermogen om zaden te maken die zijn ingesloten in beschermende eitjes. Het plantenleven nam toe nadat planten het vermogen ontwikkelden om zaden produceren die lange afstanden in de wind aflegde.
Gymnospermen werden al snel in de minderheid door angiospermen die de evolutionaire overhand kregen. Gymnospermen zijn afhankelijk van de wind en het water voor zaadverspreiding; terwijl angiospermen afhankelijk zijn van wind en water plus bestuivers die worden aangetrokken door de bloemen en nectar van die plant. De vrucht van angiospermen zorgt voor extra voeding en bescherming van de zaden.
Vandaag, bloeiende planten zijn alomtegenwoordig over de hele wereld. Angiosperm-pollen zijn kleiner dan mannelijk gymnosperm-pollen, dus het kan de eieren sneller bereiken. Sommige soorten zaden overleven de spijsvertering wanneer dieren de zaden eten en uitscheiden, wat hun brede verspreiding en proliferatie verder bevordert.
Plantaanpassingen in de woestijn
Woestijnen zijn dorre gebieden die lange tijd droog blijven. Zonder aanpassingen zouden planten verdorren en afsterven. De temperaturen stijgen en dalen tot het uiterste, en in sommige regio's valt slechts 10 centimeter regen per jaar. Zaden kunnen zijn slapend jaren voordat er voldoende vocht is om te ontkiemen.
Woestijnplanten zien er heel anders uit dan planten in andere biomen vanwege de methoden die ze hebben aangepast om water te verkrijgen, water op te slaan en waterverlies te voorkomen. Dergelijke specifieke adaptieve strategieën zijn geëvolueerd om woestijnplanten te helpen omgaan met omstandigheden die onherbergzaam zijn voor de meeste levende organismen.
Voorbeelden van plantaanpassingen:
Teunisbloem heeft een lange, dikke penwortel die deze plant helpt bij het bereiken en opslaan van water en voedingsstoffen. Net als sommige cactussen wordt de primula-plant 's nachts actief en bloeien bloemen als de temperatuur koeler is.
Pinyon-dennen hebben verticale en horizontale wortelsystemen die in beide richtingen 40 voet reiken om water te leveren. Uitgebreide wortelsystemen helpen de boom groeien en produceren eetbare pijnboompitten in met hars beklede kegels die waterverlies voorkomen.
jeneverbes zijn gymnospermen met scherpe, puntige naalden of wasachtige schubben die zijn aangepast voor minder waterverlies. Lange kraanwortels helpen deze bomen en struiken diep in de bodem te reiken voor water. Een langzame groeisnelheid verbruikt minder energie en helpt water te behouden. Jeneverbessen kunnen zelfs zichzelf snoeien door in tijden van droogte water naar een tak af te snijden om te voorkomen dat de boom zelf sterft.
Yucca hebben een lange penwortel voor toegang tot waterbronnen die concurrerende soorten niet kunnen bereiken. Yucca heeft ook een adaptief reproductieproces met de yuccamot die de levenscyclus van beide soorten wederzijds ten goede komt. Yucca biedt voedsel voor rupsen die uitkomen in motten. De motten fladderen tussen yuccabloemen en leggen eieren in de eierstokken van de yuccaplant terwijl ze de waardplant bestuiven.
Cactussen zijn vetplanten met een wasachtige laag die de plant helpt water vast te houden. Cactussen openen hun huidmondjes 's nachts om waterverlies door transpiratie te verminderen. Ondiepe wortels kunnen zich snel vermenigvuldigen in aanwezigheid van vocht. Cactussen hebben stekelige stekels in plaats van bladeren om te voorkomen dat dieren de plant eten om het water te verkrijgen dat in delen van de cactus is opgeslagen.
Alsem hebben "harige" ogende bladeren die isolatie bieden tegen extreme temperaturen en woestijnwinden. Bladeren blijven het hele jaar door behouden, waardoor de plant zelfs bij sterke temperatuurdaling kan fotosynthetiseren.
Plantaanpassingen in het tropische regenwoud
Tropische regenwouden zijn het hele jaar door warm en vochtig. Tropische regenwouden ontvangen 80 tot 400 inch regen per jaar, wat kan leiden tot de groei van bacteriën en schimmels, bodemerosie, uitspoeling van nutriënten en een slechte bodemkwaliteit.
Grote luifelplanten kunnen zonlicht op de bosbodem blokkeren, terwijl die luifelplanten in de tropen bijna constant dagelijks zonlicht moeten weerstaan. Inheemse planten in tropische regenwouden hebben specifieke aanpassingen die zijn afgestemd op hun unieke ecosysteem.
Tropische regenwouden vormen een leefgebied voor meer dan twee derde van alle plantensoorten op aarde. Het regenwoud is ook een belangrijke producent van zuurstof en een gootsteen voor koolstofdioxideverontreinigende stoffen.
Planten bieden ook voedsel en leefgebied voor unieke vogels, apen en jungleroofdieren. Bomen in het regenwoud hebben geen isolerende dikke bast nodig zoals loofbomen om warm te blijven en water vast te houden.
*Voorbeelden van plantaanpassingen*:
Vleesetendplanten zoals de Venus-vliegenval hebben het vermogen aangepast om insecten te vangen en te verteren die worden aangetrokken door hun kleurrijke, geurende bloemen. De veel grotere bekerplant kan zelfs kleine knaagdieren of slangen eten die te dichtbij komen. Deze planten maken ook voedsel door middel van fotosynthese, maar zijn niet afhankelijk van de bodem voor voedingsstoffen, maar vertrouwen in plaats daarvan op geconsumeerde dierlijke eiwitten.
steunbeer wortels zijn enorme houtachtige richels aan de voet van grote bomen die helpen deze bomen rechtop te houden. Lang prop of steltwortels op bomen zoals mangroven of tropische palmbomen bieden extra ondersteuning als de grond nat is. De ondiepe wortelvorming helpt ook bij de opname van voedingsstoffen.
Epifytische orchideeën gebruik andere planten en bomen als groeioppervlak zonder schade aan te richten. Ze zijn aangepast aan het beklimmen van andere planten om zonlicht te bereiken in het bladerdak van het regenwoud.
Veel bomen in het regenwoud hebben bladeren, schors en bloemen die met was bedekt zijn als een aanpassing om overmatige regenval aan te kunnen die aanleiding kan geven tot de groei van schadelijke bacteriën en schimmels. De bladstructuur heeft een puntig uiteinde genaamd a druppeltip dat versnelt de afvoer wanneer de plant te veel water krijgt.
Amazone waterlelies zijn gigantische waterplanten afkomstig uit Zuid-Amerika. Aanpassingen zijn onder meer delicate vrij zwevende bladeren met scherpe stekels aan de onderkant voor bescherming. De bloemen van waterleliebloemen gaan 's nachts open en duren maar een paar dagen.
Luchtplanten in de Bromelia-familie doen uitstekend werk door atmosferische kooldioxide te verwijderen. Luchtplanten halen vocht en voedingsstoffen uit de lucht met behulp van een aangepast wortelsysteem dat luchtwortels wordt genoemd. Dergelijke aanpassingen zijn alleen mogelijk in warme, vochtige klimaten.
Plantaanpassingen in de toendra
Het noordpoolgebied en de Alpen toendra biomen zijn de koudste plekken op aarde. De Arctische toendra strekt zich uit over Canada, Siberië en het noorden van Alaska. Alpine toendra's zijn te vinden op een hoogte van 11.000 tot 11.500 voet in plaatsen zoals de Rocky Mountains. Levende organismen zijn schaars in het extreme klimaat van Antarctica.
De meeste maanden in de toendra zijn extreem koud en winderig. De winter is droog en het groeiseizoen van de koele zomermaanden is kort. Toendra-biomen ontvangen jaarlijks slechts 4-10 inch regen.
Bronnen van bodemvoedingsstoffen zijn voornamelijk stikstof uit ontbindend materiaal, samen met fosfor uit neerslag. Voedingsarme grond beperkt verder het type planten dat zich daar kan vestigen onder zulke droge, winderige omstandigheden.
Voorbeelden van plantaanpassingen:
Arctische bloemen en dwergstruiken hebben een ondiep wortelgestel om voedingsstoffen boven de permafrostlijn op te nemen. Veel soorten groeien dicht bij elkaar voor warmte. Hun bladeren kunnen fotosynthetiseren bij lage temperaturen. Voorbeelden van arctische vegetatie zijn onder meer: wilgen, klaprozen en paarse steenbreek. Er groeit niet veel op het koude, ijzige Antarctica, behalve mos en korstmossen.
Kussen planten lijken op bosjes mos die zich aan de grond vastklampen. Hun lange penwortels dringen door in rotsachtige grond en bieden een anker tijdens felle wind.
Kariboemossen laag bij de grond groeien om de ijzige wind te vermijden. Ze zijn goed aangepast aan voedselarme substraten.
Grassen en zegges groeien op plekken waar de toendragrond goed gedraineerd is en voldoende voedingsstoffen bevat.
De Oude man van de berg is een felgele wilde bloem die zijn naam dankt aan zijn zeer harig ogende uiterlijk. Wollige bladeren en stengels zorgen voor isolatie en bufferen de wind.
Alpine zonnebloemen zijn felgeel zoals de echte zonnebloemen van de Helianthus-familie. Alpiene bloemhoofdjes zijn de hele dag naar het oosten gericht, in plaats van de zon te volgen zoals Helianthus dat doet, als een aanpassing van sterke middagonweersbuien die uit het westen komen.
Plantaanpassingen in de Taiga
De taiga bioom heeft wat overeenkomsten met de toendra bioom. De taiga, ook wel de boreaal bos, is een ooit gletsjerd gebied in Eurazië en Noord-Amerika dat flarden van permafrost. Net als de Arctische toendra hebben planten in het taiga-bioom zich aangepast aan moeilijke winters en een paar dagen zonder vorst te doden.
Naaldachtige bladeren en wasachtige vachten verminderen het waterverlies door transpiratie. Donker gekleurd blad is een aanpassing die helpt bij warmteabsorptie en fotosynthese. Lariksbossen overleven op plaatsen die te koud en onvruchtbaar zijn voor naaldbomen.
Voorbeelden van plantaanpassingen:
Sparren, den, tamarack en spar gedijen bij koele temperaturen en houden water vast.
Arctisch katoengras groeit op matten van aquatisch veenmos.
