Gymnospermes

Que sont les gymnospermes ? En quoi diffèrent-elles des angiospermes ?

Commençons par examiner la définition des gymnospermes.

Rappelle que les plantes vas culaires sont celles qui possèdent des tissus spécialisés qui transportent l'eau et les nutriments vers les différentes parties de la plante. Les plantes vasculaires peuvent être divisées en plantes vasculaires supérieures et inférieures : les plantes vasculaires supérieures produisent des graines, tandis que les plantes vasculaires inférieures n'en produisent pas.

La différence entre les angiospermes et les gymnospermes

Les plantesvasculaires supérieures peuvent être divisées en deux catégories : les angiospermes et les gymnospermes.

Les angiospermes et les gymnospermes se distinguent principalement par le mode de développement de leurs graines : chez les angiospermes, la graine est contenue dans un ovaire, tandis que chez les gymnospermes, la graine est exposée sur des cônes ou des feuilles modifiées (Fig. 1).

Lesangiospermes diffèrent également des gymnospermes sur d'autres points. Les angiospermes produisent des fleurs, c'est pourquoi on les appelle aussi plantes à fleurs. Leurs fleurs sont pollinisées par l'eau, le vent et les animaux. Après la pollinisation et la fécondation, leurs fleurs, qui contiennent l'ovaire, se transforment en fruits porteurs de graines. Ces fruits contribuent à la dispersion des graines.

Lesgymnospermes, en revanche, ne produisent ni fleurs ni fruits.

Exemples d'angiospermes et de gymnospermes

Les angiospermes constituent le plus grand groupe de plantes, avec plus de 300 000 espèces, dont les pissenlits, les oranges, les amandes et les roses. En revanche, les gymnospermes ne comptent qu'un millier d'espèces existantes. Les pins, les cyprès, les sagoutiers et les ginkgos sont des exemples familiers de gymnospermes.

Dans les sections suivantes, nous approfondirons l'évolution, les caractéristiques et la classification des gymnospermes.

Quelle est l'histoire de l'évolution des gymnospermes ?

Le premier groupe de gymnospermes est constitué par les fougères à graines appelées Pteridospermophyta, qui sont aujourd'hui éteintes et ne sont connues que par des fossiles (il est à noter que les fougères non éteintes se reproduisent par des spores, et non par des graines).

Ces fougères à graines portaient des graines directement sur leurs feuilles ou leurs branches sans être contenues dans des structures spécialisées, comme les cônes ou les fruits. Puis, plus tard dans l'histoire de l'évolution, les ovules exposés et les cônes caractéristiques des gymnospermes sont apparus.

Pendant environ 200 millions d'années avant l'apparition des plantes à fleurs, les gymnospermes ont dominé le monde. Cependant, des changements climatiques extrêmes ont entraîné l'extinction de nombreuses espèces de gymnospermes. Cela explique la diversité relativement faible des espèces de gymnospermes existantes.

Quelles sont les caractéristiques des gymnospermes ?

Explorons maintenant les caractéristiques des gymnospermes.

En tant que plantes vasculaires, les gymnospermes possèdent deux types de tissus vasculaires: Le xylème et le phloème.

À l'exception des gnetales (qui seront décrites plus loin), les gymnospermes sont dépourvues d'éléments de vaisseaux et ne possèdent que des trachéides.

Les bractées d'un cône de gymnosperme sont appelées sporophylles. Les sporophylles sont disposées autour d'une tige centrale. Cette disposition est appelée strobilus (pluriel : strobili). À maturité, les graines de certaines espèces sont enfermées dans un tissu sporophyte appelé tégument.

Les cônes de pollen mâles appelés microstrobili ont de petites feuilles appelées microsporophylles. Les sacs de pollen appelés microsporanges se trouvent sur la surface inférieure des microsporophylles. En revanche, les cônes ovulés femelles appelés megastrobili possèdent de nombreuses écailles appelées megasporophylles, chacune contenant des mégasporanges.

Les sporanges mâles et femelles peuvent se trouver dans la même plante (appelée monoïque) ou sur des plantes séparées (appelée dioïque).

La figure 2 ci-dessous montre la structure de base d'une pomme de pin mâle et d'une pomme de pin femelle.

Le cycle de vie et la reproduction des gymnospermes

Une alternance de générations caractérise le cycle de vie des gymnospermes : les générations haploïdes et diploïdes se reproduisent alternativement (Fig. 3).

Le termediploïde signifie que la plante possède deux jeux de chromosomes (un de chaque parent), tandis que le terme haploïde signifie que la plante ne possède qu'un seul jeu de chromosomes. La phase diploïde non sexuelle d'une plante est appelée sporophyte, tandis que la phase sexuelle haploïde de la plante est appelée gamétophyte.

La génération des sporophytes des gymnospermes est plus dominante que celle des gamétophytes.

Les cellules diploïdes à l'intérieur du microsporange subissent la méiose pour produire des microspores haploïdes. La microspore finit par germer dans le microsporange, formant le gamétophyte mâle(grain de pollen). À ce stade, la plante perd son pollen, qui est ensuite transporté par le vent ou les insectes.

De même, une cellule diploïde à l'intérieur de chaque mégasporange subit la méiose, ce qui donne quatre mégaspores haploïdes, dont trois dégénèrent, tandis que la dernière subit la mitose pour former le gamétophyte femelle. L'ovule est ainsi préparé à la fécondation.

Avant la fécondation, le pollen doit d'abord être transporté jusqu'au gamétophyte femelle au cours d'un processus appelé pollinisation.

Dans le mégasporange femelle de nombreuses gymnospermes, un petit pore exsude une "gouttelette de pollinisation" collante qui piège les grains de pollen. La gouttelette est réabsorbée dans le mégasporange pour la fécondation. Chez d'autres espèces, les grains de pollen se déposent et se développent à la surface du mégasporange.

Une fois qu'un grain de pollen a germé, un tube pollinique émerge et s'étend à travers le mégasporange vers l'archégone, une structure contenant l'ovule. Lorsque le spermatozoïde (contenu dans le grain de pollen) et l'ovule arrivent à maturité, le noyau du spermatozoïde subit une nouvelle division pour produire deux spermatozoïdes. Lorsque les noyaux des spermatozoïdes entrent en contact avec l'ovule, l'un des noyaux meurt tandis que l'autre fusionne avec l'ovule, formant ainsi un zygote diploïde.

Lorsque le zygote subit une mitose, une nouvelle génération de sporophyte (sous la forme d'un embryon de graine ) est formée. Le processus de fécondation des gymnospermes est illustré dans la figure 4 ci-dessous.

Quelle est la classification des gymnospermes ?

Les gymnospermes se répartissent enquatre groupes: les cycadées, les ginkgos, les conifères et les gnetales (Fig. 5).

Cycades

Lescycloïdes existent depuis 280 millions d'années. On les trouvait autrefois sur toute la planète mais, au fil du temps, elles se sont limitées aux régions tropicales et subtropicales. La plupart des cycadées que nous connaissons aujourd'hui sont des survivants d'un groupe de plantes autrefois prospère.

Il existe environ 300 espèces de cycadales. Les cycadales se distinguent par leur tronc unique non ramifié, dont les feuilles sont regroupées au sommet de la plante. Cependant, cette même caractéristique les fait ressembler à des palmiers. C'est ce qui ressort du nom donné à une cycade, le palmier sagou, qui est aussi la plante représentée sur la figure 5.

Les cycades sont dioïques, c'est-à-dire que les plantes mâles produisent des cônes de pollen, tandis que les plantes femelles produisent des cônes de graines. Les cônes des cycadales sont généralement de grande taille, avec plusieurs sporophylles agrégées en cônes. Dans les cônes de pollen et de graines, les sporophylles sont attachés directement à l'axe ou à la colonne du cône, sans autres feuilles ou bractées.

Ginkgo

LeGinkgo biloba est la seule espèce non éteinte de l'ordre des Ginkgoales, c'est pourquoi certains le qualifient de "fossile vivant".

Il présente des caractéristiques à la fois des cycadales et des conifères, c'est pourquoi il est souvent considéré comme un intermédiaire entre les deux groupes.

Ses caractéristiques distinctives comprennent ses feuilles en forme d'éventail. Contrairement aux cycadales, sa couronne est large et il est fortement ramifié. Les ginkgos sont également dioïques: les cônes de pollen mâles ont de longues tiges auxquelles sont attachés des organes producteurs de pollen, tandis que les cônes femelles sont constitués d'une tige et de deux ovules terminaux.

Les conifères

Avec plus de 600 espèces, dont les pins, les épicéas et les cèdres, les conifères constituent legroupe dominant parmi les gymnospermes, puisqu'ils représentent 39 % des forêts de la planète.

Les conifères ont généralement des feuilles persistantes en forme d'aiguilles. Leur forme fine et leur cuticule épaisse permettent de réduire l'évaporation et d'empêcher la neige de s'accumuler sur les branches. Ces adaptations expliquent leur abondance dans les climats plus froids et plus secs.

Plusieurs conifères, dont le mélèze, sont à feuilles caduques. Ainsi, contrairement aux conifères à feuilles persistantes, ils perdent leurs feuilles à l'automne.

Les graines des conifères sont généralement attachées aux écailles d'un cône. Une exception à cette règle est la famille des Taxus, dont les graines ne se trouvent pas sur les écailles, mais plutôt à l'extrémité de courtes branches. Une excroissance à la base de la graine de taxus finit par devenir un arille rouge charnu (enveloppe de la graine).

Gnetales

Les Gnetales sont constituées de trois sous-groupes: Ephedraceae, Gnetaceae et Welwitschiaceae. Ces trois sous-groupes sont si différents les uns des autres que tu pourrais ne pas penser qu'ils sont apparentés à première vue.

Leséphédracies se trouvent généralementdans les climats secs. Ce sont généralement des arbustes ou des lianes, bien que quelques-uns soient de petits arbres. Leurs feuilles en forme d'écailles ne sont pas photosynthétiques, mais leurs tiges vertes rondes et nervurées le sont. La plupart des espèces sont dioïques. Certaines espèces ont des graines enfermées dans un tégument charnu de couleur vive, ce qui les fait ressembler à des fruits.

Lesgnetaceae sont des gymnospermes tropicales, dont la plupart sont des lianes ligneuses. Leurs graines sont souvent enfermées dans un faux tégument de couleur vive, ce qui les fait ressembler à des baies . Leurs feuilles sont larges, plates et ont des nervures en forme de filet, ce qui les fait ressembler superficiellement aux angiospermes .

LesWelwitschiaceae ne comprennent qu'une seule espèce (Welwitschia mirabilis) qui pousse dans le désert de Namibie. Elle ne produit que deux feuilles massives à partir d'une courte tige ligneuse. Ces feuilles peuvent atteindre jusqu'à 6 mètres de long ! Ses cônes se développent à partir de bourgeons sur une couronne ligneuse située entre les deux feuilles.

Bien qu'ils soient très différents, ces trois groupes partagent certaines caractéristiques, notamment la présence d'éléments de vaisseaux (qui les distinguent des autres gymnospermes) et de pollen strié.

Les gnetales sont également si différentes des autres plantes à graines qu'une grande partie de leur relation évolutive avec d'autres groupes reste incertaine. Par exemple, certains chercheurs les placent à proximité des angiospermes, tandis que d'autres les associent aux conifères.