كيف تطورت النباتات؟

تُقسِّم أنظمة التصنيف الحديثة، المعتمِدة على الأدلة الجزيئية، الكائنات الحية إلى ثلاثة نطاقات، هي: البكتريا Bacteria، البكتريا القديمة Archaea، وحقيقيات النوى Eukarya. وتقع المملكة النباتية ضمن نطاق حقيقيات النوى، والنباتات هي كائنات حية متعددة الخلايا تكيفت للمعيشة على اليابسة، وغالبيتها العظمى قادرة على القيام بعملية البناء الضوئي، وهي ليست الوحيدة في هذه القابلية؛ إذ أن هنالك بعض وحيدات الخلية والبكتريا تمتلك قابلية البناء الضوئي.

يُعتقد بأن النباتات قد تطورت من صنف من الطحالب الخضراء يدعى charophytes، والتي تعيش في المياه العذبة، وهنالك مجموعتان من هذه الطحالب الخضراء تشابه النباتات المبكرة (النباتات الطحلبية Bryophytes) التي كانت تعيش على اليابسة من عدة نواحي، منها تركيب البلاستيدات الخضراء، والخلايا المشيجية، وطريقة انقسامها في عملية الانقسام الخيطي mitosis.

تُصنَّف النباتات إلى مجموعتين رئيسيتين، هما: النباتات الطحلبية (Bryophytes) أو النباتات اللاوعائية، والنباتات الوعائية (Tracheophytes)، وكلا المجموعتين لهما أجنة متعددة الخلايا، مما يدل على أنهما مجموعتان مترابطتين تطورياً ومتميزتين عن الطحالب الخضراء، ولذا يشار إلى النباتات الحقيقية بمصطلح (النباتات الجنينية Embryophytes) لتلك الصفة. وتتكون النباتات الطحلبية من نباتات حشيشة الكبد Liverworth، البوقيات Hornworth والحزازيات Mosses، وهي لا تحتوي على أنسجة وعائية.

تمتلك النباتات الوعائية، والتي تضم السرخسيات وعاريات البذور ومغطاتها، على أنسجة وعائية متخصصة هي الخشب واللحاء، وظيفتها نقل الماء والسكريات والمعادن في جسم النبات.

إن أقدم نبات وعائي قد ظهر في العصر السيلوري الأوسط middle Silurian period (قبل 439 – 409 مليون عام)، بينما أقدم نبات طحلبي قد ظهر في العصر الديفوني Devonian period (قبل 409 – 354 مليون عاماً). ومع ذلك، يعتقد معظم العلماء أن ظهور النباتات الطحلبية قد سبق ظهور النباتات الوعائية، وإن أقدم نبات طحلبي لم يتم العثور عليه لأنها تتحجر بشكل رديء مقارنة بالنباتات الوعائية، والرأي الأخير مدعوم بعدة أدلة؛ منها الصفات المظهرية والصفات التركيبية الفائقة المرئية تحت المجهر الالكتروني والأدلة الجزيئية من خلال توالي نيوكليوتيدات الجينات gene sequencing.

إن النباتات الطحلبية هي نباتات تعيش على اليابسة، ولكون جدرانها الخلوية خالية من اللجنين lignin، فإنها تعتمد بشكل أساسي على الضغط الانتفاخي turgor pressure في خلاياها لتستند قائمةً في الهواء، ونتيجةً لذلك، فإنها تنمو إلى أطوال محدودة. ومن بين النباتات الطحلبية، يبدو نبات حشيشة الكبد Liverworth هو الأقرب للنباتات المبكرة التي ظهرت على اليابسة، لكونه على النقيض من البوقيات Hornworth والحزازيات Mosses وكل النباتات الوعائية، لا يحتوي على فتحات الثغور. وتعتبر حقيقة أن الثغور قد ظهرت لأول مرة في البوقيات والحزازيات دليلاً على تطور النباتات الوعائية من واحدة من هاتين المجموعتين، ويظهر أن النباتات الوعائية أقرب إلى الحزازيات منها إلى البوقيات، ذلك لأن الحزازيات تمتلك خلايا ناقلة للغذاء تدعى بالـ Leptoids وخلايا ناقلة للماء تدعى بالـ Hydroids وهي مشابهة لنسيجي اللحاء والخشب في النباتات الوعائية.

إن أول الأحافير المفصلة لنبات وعائي قد ظهرت في صخور من العصر السيلوري الأوسط قبل 425 مليون عام، وأقدم تلك العينات هي لنبات يدعى Aglaophyton والذي يحتوي على خلايا ناقلة مشابهة للخلايا الناقلة للماء (hydroids) في الحزازيات. وربما تكون هذه النباتات القديمة (والتي تدعى بالنباتات الوعائية البدائية prototracheophytes) هي صلة تطورية بين النباتات الطحلبية والنباتات الوعائية الحقيقية. وللنباتات الوعائية المبكرة ميزتين مكنتها من المعيشة على اليابسة؛ هما، الأولى: أنسجتها الوعائية الناقلة للسكريات والمغذيات والماء بفعالية أكثر من الخلايا الناقلة في النباتات الطحلبية، والثانية: تطويرها القابلية على بناء اللجنين lignin، مما يوفر صلابة للجدران الخلوية للأنسجة الناقلة، وهاتان الميزتان أتاحتا للنباتات الوعائية أن تنمو في بشكل أطول مما في أسلافها من النباتات الطحلبية الخالية من اللجنين، وبالنتيجة قلَّ اعتمادها على البيئة الرطبة اللازمة لتوليد ضغطاً انتفاخياً في الخلايا.

تتكون النباتات الوعائية من ثلاث مجموعات، هي: النباتات الوعائية اللابذرية، مغطاة البذور، وعاريات البذور. وبما أن أول ظهور للنباتات الوعائية كان في العصر السيلوري، فإن السجل الاحفوري قد أظهر ثلاثة تحولات تطورية أساسية حدثت لتلك النباتات، ففي كل فترة تطورية، فإن المجموعة التي تكون سائدة قبل التحول تستبدل بشكلٍ كبير بمجموعة أخرى وتكون الأخيرة هي السائدة بعد التحول.

وقد حدث أول تحول في العصر الديفوني قبل ما يقرب من 375 مليون عام، وقبل هذا الوقت، كانت النباتات الوعائية بسيطة وعديمة البذور وأغلبها منقرضة الآن، بينما واحدة من تلك الشُعب (شعبة Psilophyta) لا تزال فيها جنسين حيين الآن، أحدهما هو نبات عشبي يعيش في البيوت الزجاجية يسمى Psilotum. ومن أواخر العصر الديفوني حتى نهايات العصر الكربوني الحدديدي Carboniferous period (قبل 290 مليون عامٍ مضت) سادت نباتات لا بذرية معقدة. أما التحول الكبير الثاني، فيتمثل في انحدار عدة شُعب من النباتات اللابذرية في نهاية العصر الكربوني الحديدي واستبدالها بعاريات البذور في بدايات العصر البرمي Permian.

وقد سادت عاريات البذور على الكرة الأرضية للـ 200 مليون عام اللاحقة، حتى بدأت بالانحدار واستبدلت بمغطاة البذور في أواسط العصر الطباشيري Cretaceous. وقد نجت من ذلك الانحدار مجموعة من عاريات البذور وهي المخروطيات Conifers ولا تزال موجودة بوفرة، وعلى الرغم من ذلك، فإن مغطاة البذور هي الأكثر تنوعاً ووفرة على سطح الكرة الأرضية للمائة مليون عام الماضية.

ظهرت مغطاة البذور (النباتات الزهرية) في السجل الاحفوري قبل حوالي 130 مليون عام، وبعد 90 مليون عام أصبحت هي السائدة على الكوكب. وقد عدّ تشارلز دارون الظهور المفاجئ لمغطاة البذور بمثابة “لغزٌ بغيظ”، وناقش العلماء أصل هذه المجموعة لعدة سنوات. وقد اقترحت الدراسات المقارنة للأنواع الحية من مغطاة البذور أنها تطورت من شعبة الجنتويات (Gnetophytes) والتي تحتوي على ثلاثة أجناس حية فقط، ونباتاتها غريبة نوعاً ما، وبعض دراسات توالي نيوكليوتيدات الجينات قد أشارت إلى الصلة التطورية بين مغطاة البذور والجنتويات من جهة، وبين الإثنين ومجموعة منقرضة من عاريات البذور من جهة أخرى. بينما تشير أحدث الدراسات الجزيئية إلى أن الجنتويات أقرب صلة إلى الصنوبريات منها إلى مغطاة البذور.

وقد أثير الشك في عام 1998 على إثر اكتشاف متحجرة شبيهة بمغطاة البذور يقدر عمرها بـ 145 مليون عام حول هل أن مغطاة البذور متحدرة من الجنتويات أم من مجموعة منقرضة من عاريات البذور؟ على أن المعلومات المتوفرة حول أصل مغطاة البذور لا تزال على عهدها منذ وصف دارون لها بأنها “لغز” إلى حدٍ ما!

المصدر: encyclopedia