- Herkunft des Sporophyten
- Sporophyten in Landpflanzen
- Sporophyten in Bryophytenpflanzen (Algen)
- Evolution von Bryophyten
- Bryophyten heute
Der Sporophyt ist das diploide mehrzellige Stadium im Lebenszyklus einer Pflanze oder Alge. Es stammt von der Zygote, die entsteht, wenn ein haploides Ei von einem haploiden Sperma befruchtet wird. Daher hat jede Sporophytenzelle einen doppelten Chromosomensatz, einen von jedem Elternteil.
Landpflanzen und fast alle mehrzelligen Algen haben Lebenszyklen, in denen sich eine mehrzellige diploide Sporophytenphase mit einer mehrzelligen haploiden Gametophytenphase abwechselt.
Von Paul Garais über Wikimedia Commons
Pflanzen mit Samen (Gymnospermen) und Blütenpflanzen (Angiospermen) haben eine deutlichere Sporophytenphase als der Gametophyt und bilden grüne Pflanzen mit Wurzeln, Stielen, Blättern und Zapfen oder Blüten.
In Blütenpflanzen sind Gametophyten klein und werden durch gekeimten Pollen und den Embryosack ersetzt.
Der Sporophyt produziert durch Meiose Sporen (daher der Name). Dies ist ein Prozess, der als "Reduktionsteilung" bekannt ist und die Anzahl der Chromosomen in jeder Sporenstammzelle halbiert. Die resultierenden Meiosporen (Sporen, die aus Meiose stammen) entwickeln sich zu einem Gametophyten.
Die resultierenden Sporen und Gametophyten sind haploide, dies bedeutet, dass sie nur einen Chromosomensatz haben. Der reife Gametophyt produziert durch Mitose männliche oder weibliche Gameten (oder beides).
Die Vereinigung der männlichen und weiblichen Gameten wird eine diploide Zygote hervorbringen, die sich zu einem neuen Sporophyten entwickeln wird. Dieser Zyklus wird als Generationswechsel oder Phasenwechsel bezeichnet.
Herkunft des Sporophyten
Der Ursprung des Sporophyten in Landpflanzen (Embryonen) ist ein grundlegendes Stadium der evolutionären Entwicklung. Alle Organismen mit Ausnahme von Prokaryoten unterliegen einer regelmäßigen sexuellen Fortpflanzung, bei der regelmäßig zwischen Meiose und Befruchtung gewechselt wird und zwei alternative Generationen exprimiert werden.
Um den Ursprung alternativer Generationen zu erklären, gibt es zwei Theorien: die antithetische und die homologe. Basierend auf Beweisen der möglichen Vorfahren von Landpflanzen wird die antithetische Theorie als vernünftiger akzeptiert.
Es gibt jedoch gewisse Kompromisse hinsichtlich des Evolutionsprozesses von Bryophytenalgen und der Übergangszeit von Landpflanzen zu Pteridophyten. Diese beiden Hauptänderungen lassen sich am besten anhand der neo-darwinistischen Theorie und anderer evolutionärer genetischer Prozesse als Referenz analysieren.
Der Begriff terminale Meiose wird ebenfalls verwendet, da dieser Prozess am Ende des Lebenszyklus dieser Zelllinie stattfindet. Diese Organismen bestehen aus diploiden Zellen und haploide Zellen werden durch Gameten dargestellt.
Zusammenfassend bildet der Sporophyt durch Meiose keine Gameten, sondern haploide Sporen. Diese Sporen teilen sich durch Mitose und werden zu Gametophyten, die direkt Gameten produzieren.
Sporophyten in Landpflanzen
Bei diesen Pflanzenarten wird der Lebenszyklus durch einen Generationswechsel gebildet: vom diploiden Sporophyten zum haploiden Gametophyten. Wenn sich der männliche und der weibliche Gamet vereinigen und befruchtet werden, entsteht eine diploide Zelle namens Zygote, die die Bildung von Sporophyten regeneriert.
Auf diese Weise ist der Lebenszyklus der Landpflanze diplo-haplonisch mit intermediärer oder Sporen-Meiose. Alle Landpflanzen mit Ausnahme von Bryophyten und Pteridophyten sind heterosporen Exemplare, was bedeutet, dass der Sporophyt zwei verschiedene Arten von Sporangien hervorruft (Megasporangien und Mikrosporangien).
Aus den Megasporangien entstehen die Makrosporen, und aus den Mikrosporangien entstehen die Mikrosporen. Diese Zellen entwickeln sich zu weiblichen bzw. männlichen Gametophyten.
Die Form des Gametophyten und des Sporophyten sowie ihr Entwicklungsgrad sind unterschiedlich. Dies ist als alternative heteromorphe Generationen bekannt.
Sporophyten in Bryophytenpflanzen (Algen)
Die Bryophytengruppe, in der Moose und Leberblümchen gefunden werden, weist eine dominante Gametophytenphase auf, in der der erwachsene Sporophyt Nahrung benötigt.
Der embryonale Sporophyt entwickelt sich durch Zellteilung der Zygote im weiblichen Geschlechtsorgan oder Archegonium und wird in seiner frühen Entwicklung vom Gametophyten gefüttert. Durch diese embryonale Eigenschaft im Lebenszyklus (allen Landpflanzen gemeinsam) erhält diese Gruppe den Namen Embryophyten.
Bei Algen gibt es Generationen dominanter Gametophyten, bei einigen Arten sind Gametophyten und Sporophyten morphologisch ähnlich (isomorph). In Schachtelhalmpflanzen, Farnen, Gymnospermen und Angiospermen, die bis heute überlebt haben, ist ein unabhängiger Sporophyt die dominierende Form.
Evolution von Bryophyten
Die ersten Landpflanzen hatten Sporophyten, die identische Sporen (Isosporen oder Homosporen) produzierten. Die Vorfahren der Gymnospermen perfektionierten komplexe heterosporen Lebenszyklen, in denen die männlichen und weiblichen Gametophyten produzierenden Sporen unterschiedlich groß waren.
Weibliche Megasporen waren tendenziell größer und weniger zahlreich als männliche Mikrosporen.
In der Devon-Zeit entwickelten einige Pflanzengruppen unabhängig voneinander Heterosporien und später Endosporien, bei denen die Gametophyten innerhalb der Sporenwand minimal transformiert sind.
In exosporischen Pflanzen, darunter moderne Farne, treten Gametophyten aus der Spore aus, brechen die Sporenwand und entwickeln sich nach außen.
In endosporen Pflanzen entwickeln sich Megagametophyten innerhalb des Sporangiums zu einem sehr kleinen mehrzelligen weiblichen Gametophyten mit weiblichen Geschlechtsorganen (Archegonie).
Die Eizellen werden in der Archegonie mit frei beweglichen Flagellenspermien befruchtet, die von miniaturisierten männlichen Gametophyten in Form von Präpollen produziert werden. Das resultierende Ei oder die Zygote wurde in die neue Generation von Sporophyten umgewandelt.
Gleichzeitig bleibt die einzelne große Meiospore oder Megaspore, die im modifizierten Sporangium des ursprünglichen Sporophyten enthalten ist, in der Präovula erhalten. Die Entwicklung von Heterosporie und Endosporie wird als einer der ersten Schritte in der Entwicklung der Samen angesehen, die heutige Gymnospermen und Angiospermen produzieren.
Bryophyten heute
In 475 Millionen Jahren haben Landpflanzen diese evolutionären Verfahren perfektioniert und angewendet. Die 300.000 Pflanzenarten, die heute existieren, haben einen komplexen Lebenszyklus, der Sporophyten (sporenproduzierende Organismen) und Gametophyten (Gameten produzierende Organismen) abwechselt.
In nicht-vaskulären Pflanzen, dh sie haben keinen Stamm oder keine Wurzel (Grünalgen, Moose und Leberblümchen), ist die mit bloßem Auge sichtbare Struktur der Gametophyt.
Im Gegensatz zu Gefäßpflanzen wie Farnen und Samenpflanzen hat es Sporophyten. Der Sporophyt einer nicht-vaskulären Pflanze erzeugt haploide einzellige Sporen und als Produkt der Meiose das Sporangium.
Während der gesamten Naturgeschichte der Erde gelingt es jeder Pflanzenart, unabhängige Entwicklungsmechanismen in Bezug auf embryonale Prozesse und die Anatomie der Art zu bewahren. Laut Biologen sind diese Informationen unerlässlich, um die evolutionären Ursprünge des Generationswechsels zu verstehen.
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