MODULARIZACE VÝUKY EVOLUČNÍ A EKOLOGICKÉ BIOLOGIE CZ. 1.07/2.2.00/15.0204 o ÚSTAV BOTANIKY ZOOLOGIE A c y i 4 UNIVť *1> Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin plavuně (Lycopodiophyta) výtah z přednášek prof. Petra Bureše, drobné úpravy P. Šmarda 2024 evropský sociální fond v ČR EVROPSKÁ UNIE MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost IM) INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Plavune mikrofilní nástupci ryniofytů 270123039^266057857383368^01155^67^^^55198981427^33097^51^ - výtrusné byliny nebo dřeviny - recentní - plavuně, šídlatky a vranečky - drobné (několik cm, vzácně až 0,5 m) - fosilní - byliny až 50 m vysoké stromy - sporofyt zelený samostatný, v ontogenezi převládá - gametofyt zpravidla nezelený, samostatný (= volně, mimo sporofyt rostoucí), může být (1) dlouhověký, podzemní, vyživovaný mykotrofně - u izosporických plavuní (2) krátkověký, endosporický (= vyvíjí se uvnitř obalu spóry), vyživovaný ze zásob uložených ve spoře - u heterosporických plavuní (vranečky a šídlatky) i«mí Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšš lavuně Fosilní záznam poprvé - devon - 410 mya • vrchol rozmanitosti a podílu na biomase - karbon - plavuně tvořily 50% druhové diverzity a >75 % biomasy suchozemských rostlin perm - vytlačovány nahosemennými poslední stromové plavuně vyhynuly v druhohorách • Vytvořily nový druh biotopu (les), ochrana před extrémy klimatu a UV Dnešní podíl plavuní na d i ve rzi tě vyšších rostlin malý Druhová diverzita vyšších rostlin krytosemenné 90,1 % mechorosty 5,5 % monilofyty 3,7 % plavuně 0,4 % 1260 druhů Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Znaky oddělení Lycopodiophyta Stonek - nečlánkovaný (oproti přesličkám) - vidličnatě až monopodiálně větvený Vzrostný vrchol - jediná terminálni iniciála - plavuně a vranečky - vícebuněčný meristém - šídlatky (obecně stromové typy) Lycopodium Selaginella kraussia Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Znaky oddělení Lycopodiophyta Vodivé elementy Stonku -jiná ontogeneze u bylin a dřevin Bylinné plavuně nejmladší stonek mladý stonek dospělý stonek exarchní protostélé exarchní aktinostélé plektostélé Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Znaky oddělení Lycopodiophyta Vodivé elementy Stonku -jiná ontogeneze u bylin a dřevin Bylinné plavuné nejmladší stonek mladý stonek dospělý stonek exarchní protostélé exarchní aktinostélé plektostélé Znaky oddělení Lycopodiophyta Vodivé elementy Stonku -jiná ontogeneze u bylin a dřevin Bylinné plavuně nejmladší stonek protostélé mladý stonek exarchní aktinostélé dospělý stonek plektostélé mm Haeckelův zákon rekapitulace: ontogeneze = zkrácená fylogeneze Stromové plavuně mladý kmen protostélé dospělý kmen sifonostélé Po+r Rnroč- PrD7Dntaro nřorlnáělrif P\#lrknono70 a Hi\/or-7Íta Znaky oddělení Lycopodiophyta Kořeny - vyrůstají adventivně ze stonku - vodivé elementy jako ve stonku - mají kořenové vlásky - vidličnatě, někdy i nepravidelně větvené - stavba podobná jako u stonku (na rozdíl od geneze bočních kořenů odlišná od megafylní linie) Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavum Znaky oddělení Lycopodiophyta Kořeny: Nezávislá evoluce v mikrofylní a megafylní línii Zatímco větvení stonku vždy exogénni (byť třeba jen jako spící postranní pupen) jediná vrcholová terminála plavuně, vranečky, kapradiny, přesličky ■n n n boční dichotomické boční dichotomické vrcholový meristém šídlatky, semenné rostliny Megafylní línie: kapradiny, přesličky, semenné rastliny 9 Mikrofylní línie: plavuně, vranečky, šídlatky W W w v Boční kořen sev ■ #■ zakládá v peicykiu Větveni kořene endogenní (= jednotkové vrstvě buněk mezi endodermis a floemem, která si udržela dělivou schopnost) Potr RurPQ- Prpypntarp nřpHnáQku F Větvení kořene exogénni Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Znaky oddělení Lycopodiophyta Kořeny: Nezávislá evoluce v mikrofylní a megafylní linii - Hagemannova teorie (1) v megafylní linii - vznikl jako hlízkovitý zásobní orgán v hloubce stonku, který posléze prorazil na povrch (2) v mikrofylní linii (u plavuní) - vznikl přeměnou stonku Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Znaky oddělení Lycopodiophyta Listy (mikrofyly = listy plavuní) - drobné, čárkovité, jednožilné, - ve spirále nebo ve 4 řadách - funkčně je lze dělit na: (1) sporofyly (chrání =podpírají výtrusnice), (2) trofofyly (asimilují) - sporofyly často tvoří šištici (strobillus) Petr Bureš: P d Webb ednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Znaky oddělení Lycopodiophyta Listy: nezávislá evoluce v mikrofylní a megafylní linii Mikrofyly - na bázi s interkalárním meristémem, - listová žilka nevytváří hiát ve stonkovém cévním svazku Auxiny produkované listovými primordii řídí dozrávání xylemu a floemu ve stonku Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Znaky oddělení Lycopodiophyta Výtrusnice (sporangia) - vícevrstevná stěna = eusporangiátní sporangia - v paždí nebo na bázi adaxiální (svrchní) strany sporofylů Isoětes Lycopodium Lycopodium Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Znaky oddělení Lycopodiophyta e diferenciace spor izosporické vlastní plavíme heterosporické vranečky a šídlatky Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Klasifikace plavuní oddělení Lycopodiophyta má 3 třídy LyCOpOdiOpSÍda - plaVUně (angl. clubmosses) Selaginellopsida - vranečky (angl. spikemosses) - recentně 750 druhů Isoětopsida - šídlatky (angl. quillworts) - recentně 130 druhů Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Lycopodiopsida - znaky Lycopodiopsida - znaky 1. Třída Lycopodiopsida Sporangia - izosporická - ledvinitá, - pukají příčnou dehiscencí, rozdělující sporangium na dvě valvy - spory triletní Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Lycopodiopsida - znaky Třída Lycopodiopsida má 3 řády: Phylloglossales Lycopodiales Drepanophycales asi Řád Lycopodiales (plavuňotvaré) Zahrnuje recentní (« 380 převážně tropické) i fosilní zástupce u nás rody Lycopodium a H upe rzi a m Lycopodiopsida - Lycopodiales 3E AU Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Znaky oddělení Lycopodiophyta Vodivé elementy stonku nebo kořene - protostélé (= haplostélé) - aktinostélé - plektostélé 7. v ■ ontogeneze aktinostélé plektost Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Znaky oddělení Lycopodiophyta Gametofyt - drobný, - často řepovitý tvar (nebo diskovitý, válcovitý, ...) - často dlouhověký (až 20 let) - nezelený s mykorrhizou, vzácně i fotosyntetizující Pohlavní orgány (antheridia a archegonia) - v horní části prothalia, stavba je podobná jako ryniofytů a mechorostů Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně - převážně tropické epifyty, často převislé, také trsnaté terestrické typy - stonek vidličnatě větvený - kořeny v nodech ve spodní části stonků Lycopodiopsida - Lycopodiales Huperzia - section of sporangium - u našeho Huperzia sel ago trofosporofyly netvoří strobily - tvarově se neliší od trofofylů - sporangia krátce stopečkatá Sporangium Petr Bureš: Prezentace přednášky Fyloqeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Lycopodiopsida - Lycopodiales Huperzia - U nás jen vranec jedlový (Huperzia selago), sutě a skály v horách nad horní hranicí lesa, v nižších polohách vzácně na skalách. - Zasahuje daleko na sever v Grinnellově zemi roste až k 80° s. š. je i na Špicberkách Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Lycopodiopsida - Lycopodiales Huperzia vegetativní množení - pupeny v paždí listů Obchází tak haploidní fázi, která může trvat až 12 let! modifikovaná větev produkující rozmnožovací pupen rozmnožovací pupen Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Lycopodiopsida - Lycopodiales Huperzia ■ obsahuje chinolizidinové alkaloidy - (např. selagin) v kombinaci s alkoholem —► úporné zvracení v Rusku při léčbě alkoholismu (vyvolání reflexního odporu k alkoholu) 1 H f H I I H ľ H j í H T H f H T. H 0" chinolizidin Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně poléhavý a vystoupavý habitus, vzácněji přímé - u Lvcooodium cernuum až 150 cm vvsokv stonek - silnější větve rnstnu stálen horizontálně v jednom směru - slabší větve odbočují ve směru vertikálním a dále se vidličnatě větví Lycopodium cernuum ■ Havajské ostrov Lycopodiopsida - Lycopodiales Lycopodium Sporofyly se tvarem liší od trofofylů sporofyly jsou uspořádané do strobilů sporangia na adaxiální straně sporofylů přisedlá Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Lycopodiopsida - Lycopodiales Lycopodium převážně v tropech rozšíření rodu má kosmopolitní charakter. U nás 9 dosti vzácných druhů. Nejhojnější a nejznámější je: Lycopodium clavatum -plavuň vidlačka - na vřesovištích a na světlinách v jehličnatých lesích > ^ .jmurm Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Lycopodium innundatum - plavuň zaplavovaná - spó zelený nadzemní gametofyt Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Lycopodiopsida - Lycopodiales Lycopodium Spory Lycopodium clavatum - vysoký obsah tuku - vysoce hořlavé -užívaly se divadelním efektům (bleskový prášek). - hygroskopické -užívaly se jako zásyp pro děti - v daktyloskopii - v metalurgii - k vyprašování odlitkových forem Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Lycopodium Byly využívány také k explozivnímu vymetání komínů. Byl dokonce vyvinut spalovací motor (jeden z prvních) kde tyto spory sloužily jako palivo httD://wn.com/lvcoDodium?orderbv=relevance&uDload time=all time : Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Třída Selaginellopsida (vranečky) - drobné byliny - vzhledem připomínají statnější mech - listy spirálně nebo ve 4 řadách, neopadávají - boční větvě někdy uspořádané do plochy jako čepel listu kapradin - strobily na koncích větví - recentně ~ 750 druhů v tropech až mírném pásmu - fosilně poprvé svrchní karbon Kořeny - vidličnatě větvené - s jednoduchým protostélickým svazkem (někdy až aktinostélickým - tetrarchním) n YpocJormis phloem ;enné dichotomické větvení kořene kořen Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Stonky - vidličnatě větvené - často s centrální dutinou s podélnými přepážkami ^» Takové dutiny jsou typické pro vodní rastliny -vranečky jsou ale terestrické, proto není význam jasný. ? mohou souviset s metabolismem C02 Vodivé elementy stonku -jeden protostélický svazek (druhy s radiálně uspořádanými listy) - někdy dva paralelní protostélické svazky (druhy s bisymetricky uspořádanými listy) - nebo plektostélé Některé druhy v xylemu „tracheje" (S. arbuscula, S. lepidophylla) - tyto „tracheje" navazují sice jedna na druhou, ale rozdíly mezi boční a terminálni perforací nejsou výrazné mí mmmi m m Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Selaginellopsida List - průsvitností se sice podobá lístkům mechů, ale má: diferencovanou anatomii epidermis s průduchy cévní svazek Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Selaginellopsida Jazýček (Ngula) = bezžilný šupinovitý výrůstek v paždí listu zřejmě absorpční funkce - ? příjem dešťové vody (je blízko cévního svazku) t9 u fosilních možná i žlaznatá funkce - lákání karbonského hmyzu - roznášení spor karbonský šváb karbonská vážka Petr Bureš: Prezentace přednášky Fyloge n - plavuně Selaginellopsida Sporangia / strobily / spóry - sporangia kulovitá až ledvinitá, heterosporická, - strobily často oboupohlavné, - mikrosporangia v horní části strobilu, - megasporangia v dolní části strobilu, se 4 megaspórami - mikro- i meqasporv triletní nolln sp. Strobiles LS 25 porangia mikrospóry 20-60 |jm megaspóry 200-600 |j vývoj mikro- i megaprothalia začíná ve spoře ě na mateřské rostlině íří se vícebuněčná prothalia ve sporových tnona70 9 Hi\/or-7Íta \/\/čč íf h rr»ctl i n _ nlax/nnň Selaginellopsida Samčí gametofyt Mikroprotalium Céíuba central / Céluia pratal ica itozoides Célula parie (MICROPROTALO) RAMFTÓFITQ MASCULIIMQ - výživou závislé na zásobních látkách v mikrospóře - „roste" dělením uvnitř obalu mikrospóry -jediné antheridium s mnoha spermatozoidy - spermatozoidy - biciliátní, oplodňují oosféru často ještě na mateřské rostlině Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Selaginellopsida Samicí gametofyt (= Megaprotalium) rr t o i 9« Kí .'jí 11 endosporický (roste v obalu původní spóry) uvnitř megasporangia, vyživuje se ze zásobních látek, uložených v megaspoře po vytvoření archegonií obal spóry praskne působením vlhkosti megaprothalium pak vyčnívá z megaspóry - obnažuje archegonia a svazky rhizoidů, které poutají vodu nutnou k pohybu spermatozoidů Oplození zpravidla mimo mateřskou rostlinu, u některých druhů naopak ještě na mateřské rostlině. Selaginellopsida Megaprotalium s embryem = „semeno" - zpravidla mimo mateřskou rostlinu ze zygoty dělením embryo -jakoby ze semene vyklíčí z megaprotaliového embrya nový sporofyt Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Q: Když víte, že velikost genomu určuje (minimální) velikost buňky, která skupina bude mít větší genomy a proč -heterosporické vranečky, nebo izosporické plavuně? tř. Selaginellopsida - klasifikace jediný řád Selaginalles (vranečkotvaré) se 2 čeleděmi: Selaginellaceae Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Čel. Selaginellaceae (vranečkovité) Selaginellopsida 2 rody v tropech a subtropech / 750 druhů vzácně v chladnějších oblastech podrost většinou malé druhové areály Selaginellopsida listy ve 4 řadách ~ 600 druhů, hlavně tropy a subtropy U nás velmi vzácně jen vranečka švýcarská Lycopodioides helvetica J, -4 Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Třída Isoětopsida (šídlatky) recentní byliny, fosilní i dřeviny až 50 m vysoké - první stromy v karbonu listy - s ligulou, duté, spirálovitě uspořádané kořeny - duté, spirálovitě uspořádané sporangia - heterosporická spermatozoidy - polyciliátní Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně třída Isoětopsida má dva řády Lepidodendrales (lepidodendrony) Isoětales (vlastní šídlátky) Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Isóetopsida - Lepidodendrales Řád Lepidodendrales - lepidodendrony - mohutné karbonské stromové plavuně až 50 m vysoké - oddenek - masivní, tvoří vidličnatě větvený mohutný oporný podzemní systém - kořeny - nevětvené, ve spirále (jako mikrofyly), na starších oddencích opadávaly a zanechávaly kruhové jizvy (popsané jako Stigmaria); střední část aerenchymatizovaná Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogene Aerenchymatické kanály - procházely celou rostlinou od kořenů peridermem do listů - vedly vzduch obohacený o C02, získaný z uhlíkatých sedimentů substrátu z kořenů do listů - mají i dnešní šídlatky! (? adaptace na pokles atmosférického C02 na hodnoty blízké dnešním, k němuž došlo během karbonu Phanerozoic Carbon Dioxide • Royer — 30 MYear Filter GEOCARBIII f 25 - C0P5E — Rothman L 20 545 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Millions of Years Ago Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Isóetopsida - Lepidodendrales Lepidodendron - i přes 40 m vys., s nevelkou korunou vidličnatých větví - listové jizvy kosočtverečné - strobily na koncích větví Sigillaria - do 20 m vys., téměř bez koruny - listové jizvy šestiúhelníkovité - strobily na kmeni „kauliflorické" Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Isóetopsida - Lepidodendrales Vznik černého uhlí 1*3 plavuně, přesličky a kapradiny = bažinaté lesy v karbonu Jejich kmeny —► anaerobní prostředí —► karbonizace —► černé uhlí V karbonu až 70% karbonské biomasy = lepidodendrony. Již v permu však vyhynuly - asi důsledkem aridizace klimatu Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Isôetopsida -Isôetales Řád Isoětales (šídlatkotvaré) trsnaté „byliny" fosilní i recentní (« 130 druhů hlavně tropy až mírné pásmo) vyvinuly se z Lepidodendrales redukcí kmene ve vodním prostředí nejstarší nálezy ze spodní křídy - Nathorstiana arborea '^B *—U Lepidodendrales dnešní šídlatka Pleuromeiale Isoětales Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Isóetopsida -Isoětales Stonek - vznikl redukcí kmene - žije pravděpodobně desítky let Petr Bureš: Prezentace přednášky Fyl zita vyšších rostlin - plavun Isóetopsida -Isóetales Kořeny - duté (po opadu kruhové jizvy jako u lepidodendronů) - vedou C02 ze substrátu přes stonkový aerenchym až do dutin v listech - s protostélickým cévním svazkem - vidličnatě větvené - i pod vodou mají mykorrhizu ! Isôetopsida -Isôetales Listy - vyrůstají spirálovitě ze středu kulovitého stonku - pochvitě rozšířené na bázi (ochrana stonku) - nejvnitřnější zpočátku sterilní, - později vnější buď s mega nebo mikrosporangii - listy vytrvávají 1-3 roky, pak opadávají. í * .7 mikrosporangium m Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně egasporangiu [Til Stavba listů - se 4 podélnými vzdušnými dutinami a příčnými přepážkami, - přesto, že jsou pod vodou, mají často kutikulu bránící difúzi C02 do vody, - často nemají průduchy, - C02 ukládán do jablečné kyseliny - CAM metabolismus - jako sukulenty Isöetopsida -Isöetales vascular strand Leaves - Root_ stock" Roots -i;. I mm Isoetes Leaf c.s. with Lacunal System Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Isóetopsida -Isóetales Sporangia - ponořená v jamce (fovea) na bázi listu - uvnitř s přepážkami, - zčásti krytá ostěrou, - nemají dehiscenci, spory se uvolní macerací stěny Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Isóetopsida -Isóetales Ligula = jazýček listu (dříve nazývaný lingula, pajazýček) _ norl fr»\/oru i /^cnnranniólní iaml/ni i\ molo iomlro linulórní c k iiuvi iwv/vu y^pvi ui i^iuii jui i i iwu j iiiuiu jun i i\w iiv^uiui i n kJ jazýčkem (ligula) ligula (L) ukotvena v listu glossopodiem (G) ? transport absorbované vody u suchozemských šídlatek Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Isóetopsida -Isóetales 2 kary o + 2 cyto 2 karyo + 1_ cyto megaspóry triletní mikrospóry monoletní orientace buněk v meióze megaspóra - 250-800 u Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Isóetopsida -Isoětales GaiTIGtofyt ~ samicí endosporický (= vyvíjí se uvnitř obalu (prothalium) megaspóry, vyživován zásobními lipidy) (může žít i déle než jednu sezónu! - ? vyživován mykorrhizou - samčí rovněž endosporický, s jediným antheridiem se 4 spermatozoidy (žije krátce: dny-týdny?) spermatozoid s 15-20 bičíky megaprothalium = megagametofyt houbová vlákna mikroprothalium se 4 spermatozoidy v antheridiu Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - p 1957] AM STUTZ-A NEW GENUS OF ISÓETACEAE 123 Figure 1. Stylites andicola Isóetopsida -Isóetales Většina druhů má malé areály. Naše dva druhy od Skandinávie po J Evropu - mají v důsledku glaciálu areály poněkud větší. Celosvětově ca 130 druhů / v Evropě 14 Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - plavuně Isóetopsida -Isóetales Sigilaria (karbon, 350 mya) Pleuromeia sternbergi (trias, 250 mya) izo mya; Evoluční spojovací články mezi recentní Isoětes a karbonskými stromovými sigilariemi