Gimnosēklas ir mūsu planētas senākie sēklu augi. Viņiem bija nozīmīga loma savvaļas dzīvnieku attīstībā un turpina ieņemt nozīmīgu vietu Zemes dzīvē. Mums labi zināmās egles, priedes, egles, tūjas, īves vai lapegles un mazpazīstamās velvičijas, sāgas vai ginkgo - tās visas ir grupas "Gymnosperms" pārstāvji. To struktūru un atveidojumu aplūkosim vēlāk rakstā.
Izcelsme un vecums
Gimnospers ir 350 miljonus gadu vecs. Tie parādījās augšdevonā (paleozoja) un mezozoja laikmeta sākumā jau bija sasnieguši savu kulmināciju. Jādomā, ka to izcelsme ir saistīta ar pakāpenisku sporu – papardes evolūciju. Salīdzinājumā ar tām jaunajām augu sugām jau bija olšūnas un ziedputekšņu graudi, kas bija tieši iesaistīti sēklas veidošanā. Gimnosēkļiem bija vairākas priekšrocības:
- reproducēšana notika bezūdens dalība;
- sēklu apvalks un barības vielu piegāde nodrošināja stāda drošību.
Šo iemeslu dēļ planētas zaļo segumu pēc neilga laika jau pārsvarā veidoja ģimnosēklas, kuru struktūra un vairošanās veicināja jaunu teritoriju un ekoloģisko nišu veiksmīgu attīstību.
Ēkas funkcijas
Pārsvarā nosauktie augi aug koku un krūmu formā, biežāk - mūžzaļi, retāk - lapu koki. Dažreiz tie var sasniegt milzīgus izmērus (sekvoja, ciedrs). Lielākajai daļai to lapu ir adatas vai zvīņu izskats. Tos sauc par adatām un satur sveķu ejas.
Koks veido lielāko daļu stumbra. Tajā ir dobas atmirušās šūnas ar perforētām sieniņām – traheīdas. To klātbūtne ir zīme, kas raksturīga šai augu grupai. Tieši caur tām tiek veikta ūdens plūsma uz augšu no saknes uz lapām.
Papildus traheidām ģimnosēkļu koksnē ir arī sveķu kanāli. Tāpēc šīs grupas augu pārstāvjus viegli atpazīt pēc smaržīgās skujkoku smaržas. Sveķi piesūcina koksni, kas neļauj tai trūdēt. Pateicoties tam, skujkoku vidū ir daudz simtgadnieku. Piemēram, dažas sekvojas ir apmēram 3000 gadus vecas.
Svarīgākā evolūcijas priekšrocība, kas piemīt ģimnosēkļiem, ir vairošanās bez pilināmā mitruma līdzdalības un veidojumu klātbūtnes, kas darbojas kā reproduktīvie orgāni.
Gimnospermas reproduktīvie orgāni
Ziedu neesamība ir galvenā ģimnosēkļu īpašība. Šo augu pavairošana notiek, piedaloties čiekuriem jeb strobilus. Šos veidojumus ir viegli atpazīt uz priedes, egles, egles, lapegles un citiem skujkoku pārstāvjiem. Tos var saukt par seksuālās reprodukcijas orgāniem.
Parasti čiekuri ir dažāda dzimuma – tie var būt vīrišķie un mātītes un atrodas vai nu uz viena auga (vienmāju), vai uz dažādiem (divmāju), atšķiras pēc izmēra un krāsas.
Vīrišķos pumpurus sauc par mikrostrobiliem, un mātīšu pumpurus sauc par megastrobiliem. Strobila ir saīsināts un pārveidots dzinums, uz kura atrodas sporofili - modificētas lapas. Ziedputekšņi nogatavojas mikrostrobilos. Megastrobilos - olšūnas.
Gimnospermas reprodukcijas pazīmes
Parasti ģimnosēkļu pavairošanas process tiek aplūkots uz parastās priedes piemēra. Šis ir vienmāju augs, t.i., uz viena koka attīstās vīrišķie un mātītie čiekuri. Pirmie no tiem ir lielāki, sarkanīgi krāsoti. Otrās ir mazas, zaļganas vai zilganas.
Gimnosperm pavairošanas shēma ir pavisam vienkārša. Kad putekšņi nobriest mikrostrobilos, tie izplūst, izplatās ar vēju un var pārvietoties lielos attālumos. Lai to izdarītu, katrs ziedputekšņu grauds ir aprīkots ar īpašām ierīcēm - ziedputekšņu maisiem. Putekļu daļiņas nokrīt uz olšūnām, kas attīstās uz megastrobiliem. Šādi notiek apputeksnēšana.
Parasti tas iekrīt pavasara beigās vai vasaras sākumā. apputeksnētssieviešu čiekuri aizveras, to zvīņas salīp kopā ar sveķiem. Apaugļošanās notiek olšūnās slēgto konusu iekšpusē.
Kā notiek apaugļošanās
Ovulas iekšpusē atrodas sievietes gametofīts jeb embrija maisiņš, kas iet cauri vairākiem nobriešanas posmiem. Ziedputekšņi iekļūst olšūnas putekšņu ieejā, tie sāk dīgt putekšņu caurulītē virzienā uz arhegoniju (no grieķu arche - "sākums", aizgājuši - "mātes dzemde"). Šajā veidojumā ir ola. Kopumā divi no tiem attīstās olšūnā, bet tikai viens tiek apaugļots.
Tajā brīdī divi spermatozoīdi jau bija nobrieduši ziedputekšņu graudos un sāka kustēties pa augšanas cauruli. Kad viens no spermatozoīdiem sasniedz olšūnu, notiek apaugļošanās. Otrā sperma mirst. Pēc divu dzimumšūnu saplūšanas veidojas sēklas embrijs – zigota. Pati olšūna tiek pārvērsta sēklā. Dīgst, tas izmantos barības vielu piegādi.
Tādā veidā vairojas ģimnosēklas. Šī procesa shēma ir parādīta fotoattēlā.
Ripošana un sēklu izkliedēšana
Pēc apaugļošanās sākas sēklu nobriešana. Parastā priedē abi šie procesi ilgst 2 gadus. Nobrieduši čiekuri kļūst kokaini un maina krāsu. Pamazām to zvīņas atveras, un no tām izbirst sēklas.
Ģimnosēklas neveido augļus. Bet, lai izplatītos uz lieluattālumu, sēklām ir īpaši pielāgojumi - pterigoīdi plēvveida izaugumi, kurus vējš viegli pārnēsā.
Ja ārējie apstākļi nav labvēlīgi dīgtspējai, sēklas var ilgi atpūsties pirms optimālās temperatūras apstākļiem. Tieši šīs īpašības ļāva ģimnosēkļiem sasniegt lielu sugu skaitu un izplatīties lielās platībās.
Sugu un pārstāvju skaits
Aprakstītajā grupā ir aptuveni 600-700 sugu. Ne visi no tiem ir saglabājušies līdz mūsdienām, daži pārstāvji pastāv tikai fosilā veidā. Piemēram:
- cordaite;
- bennetīte;
- sēklu papardes.
Pārējie pārstāvji ir izplatīti visā pasaulē un aug visās klimatiskajās zonās: no dienvidu tropu (sāgo palmas) līdz aukstajiem ziemeļu platuma grādiem (ciedrs, lapegle, egle, priede).
Senākais ģimnosēkļu pārstāvis, kas pastāv līdz mūsdienām, ir Ginkgo Biloba (biloba). Šo augu sauc par dzīvo fosiliju, jo tas uz planētas aug kopš mezozoja laikmeta, par ko liecina daudzi nospiedumi seno iežu atradnēs.
Evolūcijas attīstība
Pirmajiem ģimnosēkļiem, kas radās paleozoja laikmetā, bija vairākas priekšrocības, kas ļāva tiem tajā laikā ieņemt dominējošu stāvokli uz planētas. Šīs evolucionāri jaunās funkcijas sauc par aromorfozēm un ļauj sasniegtjauns līmenis jaunu teritoriju un ekoloģisko nišu attīstībā. Ir vairākas šādas īpašības, kas piemīt ģimnosēkļiem:
- Reproducēšana tiek veikta bez ūdens vides līdzdalības. Tas ļāva apdzīvot lielas zemes platības.
- Apaugļošanās notiek olšūnas iekšienē un ir pasargāta no ārējām ietekmēm – šādas ģimnosēkļu vairošanās pazīmes nodrošina lielāku topošā auga drošību.
- Sēklu izskats ļāva nodrošināt topošo embriju ar aizsargapvalkiem (sēklu mizu) un barības piegādi (endospermu), kas, savukārt, palielināja šīs grupas augu skaitu.
Tieši šīs īpašības viņus atšķīra no viņu senčiem - papardes. Nākamais un šodien pēdējais augu pasaules evolūcijas attīstības posms ir segsēklu parādīšanās.
Ģimnospermas nozīme
Gimnosperm lomu diez vai var pārvērtēt. Tieši viņi aizpilda aptuveni trešdaļu pasaules mežu, kas ir saistīti ar gaisa attīrīšanu un pastāvīgu skābekļa atjaunošanu. Turklāt skābekli ražojošu augu parādīšanās un plašā izplatība uz planētas ir izraisījusi citu organismu parādīšanos, kas var izmantot šo gāzi savā elpošanā.
Skujkoki ir galvenie koksnes piegādātāji dažādām cilvēka dzīves jomām. Šo izejvielu aktīvi izmanto mēbeļu ražošanā, celtniecībā, kuģu ražošanā un citās stratēģiski svarīgās saimnieciskās darbības jomās. Egles koksnes šķiedras ir īpaši vērtīgas augstas kvalitātes papīra ražošanā.
Gimnosperus plaši izmanto medicīnā. Īpašas vielas - fitoncīdi, ko izdala gandrīz visi skuju koki, spēj attīrīt gaisu no patogēniem mikrobiem. Šī iemesla dēļ lielākā daļa sanatoriju un kūrortu tiek būvēti skujkoku mežu teritorijā. Šāda terapija var ievērojami atvieglot vai novērst daudzas plaušu slimības.
