النباتات

المؤلف:
س. مايكل هوجان

تحرير:
دانيل روبرت تاوب

المصدر:
موسوعة الأرض

English

مقدمة
النبات هو أي من العدد الضخم من الكائنات الحية التي تنتمي إلى مملكة النباتات البيولوجية. وبوجه عام، تمتلك الأنواع قدرة محدودة على الحركة وغالبًا ما تُصنع غذائها بنفسها. وتضم النباتات عدد ضخم من الكائنات الحية المعروفة، بما في ذلك الأشجار، والنباتات العشبية، والشجيرات، والأعشاب، والنباتات المتسلقة، والسراخس، والحزازيات. ويشير مصطلح النبات بصورة تقليدية إلى إصنوفة تتسم بتعدد الخلايا، وتركيب خلية يشمل جدران تحتوي على السليولوز، وكائنات حية قادرة على تنفيذ عملية التمثيل الضوئي. وتمثل تصنيفات متعنتة بعض الشيء مرتبطة بالحمض النووي والأصول المشتركة الركيزة الأساسية للمخططات الحديثة للتصنيف (1).

التصنيف والمصطلحات
لقد انقسمت الأنواع إلى طائفتي الحيوانات والنباتات عبر الجزء الأكبر من تاريخ العلوم، بدءًا من عصر أرسطوا، مرورًا بكارل لينيوس، وصولاً إلى القرن العشرين. وبناءً على سمات الحمض النووي والدراسات الحديثة الأخرى، تم نقل الفطريات والبكتيريا إلى طوائف مستقلة؛ وبالتحديد، تضم جدران خلايا الفطريات الكيتين عوضًا عن السيليلوز. وبصورة عامة، لا تعد الأشنيات، التي تمثل رابط تعايشي ما بين كائن فطري وآخر قادر على تنفيذ عملية التمثيل الضوئي، من النباتات من منظور تصنيفي بحت، على الرغم من تصنيفها ضمن مخططات تصنيفية سابقة كنباتات. ولا تعد الفيروسات من النباتات أيضًا، لأنها لا تشتمل على خلية خاصة بها، ولكنها تسكن خلية مضيفة خاصة بكائن آخر. وبالإضافة إلى ذلك، لا تدرجها الكثير من التصنيفات ضمن الكائنات الحية على الإطلاق. ولا يعد العفن الغروي (Myxomycetes) أيضًا من النباتات، ولكن من غيريات التغذية القادرة على التغذي على البكتيريا، والأبواغ الفطرية، وعناصر أخرى.

ولقد كشفت الدراسة العلمية للنباتات، والتي تُعرف بعلم النباتات، عن 350.000 ألف إصنوفة متواجدة من النباتات، يتم تصنيفها ضمن البذريات، والبريويات، والسراخس ومثيلاتها. وانطلاقًا من العام 2008، تم وصف ما يقارب 400,000 نوع من النباتات (2)، 90% منها من النباتات الزهرية.

وتمتاز النباتات الوعائية بأنسجة متخشبة وهياكل متخصصة يطلق عليها النسيج الخشبي والقلافة، تنقل المياه، والمعادن، والمغذيات من الجذور إلى الجزء العلوي وتجلب السكريات ومنتجات التمثيل الضوئي الأخرى إلى الجزء السفلي. وتضم النباتات الوعائية السراخس، والحزازيات، والنباتات الزهرية، والأشجار المخروطية وغيرها من عاريات البذور. يعد (Tracheophyta) أحد الأسماء العلمية للنباتات الوعائية (3).

تضم مملكة النباتات الأقسام الكبرى التالية:
النباتات الزهقرنية (نباتات القرن: نباتات لا وعائية تضم بلاستيدة خضراء واحدة بكل خلية بالمشرة)
البريويات (الحزازيات: نباتات لا وعائية لها سيقان صلبة تتكاثر عن طريق الأبواغ)
السيكاديات (السيكاد: نباتات وعائية غير مزهرة لها أوراق كبيرة مركبة تشبه الريش)
الجنكويات (عاريات البذور: لا يوجد سوى نوع واحد على قيد الحياة؛ شجرة الجنكة)
الجنتويات (نباتات خشبية تملك بعض سمات كل من كاسيات البذور وعاريات البذور)
أرجل الذئبيات (نباتات وعائية شبيهة بالسراخس لا تملك بذور أو زهور، ولها عرق واحد من الأوراق الكاذبة)
المغنوليات (نباتات مزهرة تضم أجهزة وعائية وهي من النباتات المنتجة للبذور)
المرشانتيات (الكبديات: نباتات لا وعائية تملك أشباه جذور وحيدة الخلية)
البينويات (أشجار مخروطية تنتمي إلى عاريات البذور تملك أجهزة وعائية ومخاريط، ولكنها لا تملك زهور)
النباتات البتيريدية (السراخس: نباتات وعائية لا تملك زهور وبذور، تتكاثر عن طريق الأبواغ)
هنالك جدل دائر حول ما إذا كان يجب ضم عدة مجموعات من الطحالب إلى مملكة النباتات، ومع ذلك، سوف نتبع أحد تعريفات النباتات التي تُقصي الطحالب. وتستمد النباتات الخضراء (Viridiplantae) الجزء الأكبر من طاقتها من أشعة الشمس عن طريق عملية التمثيل الضوئي وتعد أحد المجموعات الفرعية بمملكة النباتات.

ويتنوع التركيب بتلك المجموعة تنوعًا كبيرًا، ولكن تتشارك جميع الأنواع تقريبًا في بضعة من السمات الأساسية التي تساعد على تمييزها كهدبيات. وتتمثل السمة الولى في تواجد الأهداب في مرحلة واحدة على الأقل من مراحل نمو الكائن الحي. وتضم الصور المختلفة عن الجسد المغطى بالكامل بالأهداب وجود حلقة واحدة من الأهداب، وعضيات هدبية مجمعة تدعى هدابات، واقتصار وجود الأهداب على مجسات التغذية. وتملك غالبية الأنواع أكياس سامة يرجح استخدامها في صعق الفرائس والإمساك بها. وتتواجد تلك الأكياس السامة حول الفم، أو على طول المجسات، أو في أي مكان أخر على سطح جسد الخلية.

التركيب المورفولوجي
تتضمن دراسة التركيب المورفولوجي للنباتات دراسة الهياكل المتواجدة داخل الكائن الحي، بما في ذلك الهياكل التكاثرية، كما تتناول نمط تطور تلك الهياكل مع نمو النباتات (4). وتضم الهياكل الأساسية بالنباتات الوعائية الجذور، والسيقان، والأوراق، بينما يعد نمو الهياكل المزهرة والبذور من العناصر الهامة من السمات المميزة للنباتات المزهرة. وتسمى الهياكل التي تتواجد بأنواع مختلفة ويعتقد بأنها تنحدر من مسارات وراثية مشتركة بالتراكيب المتماثلة. على سبيل المثال، تمتاز أشواك الصبار بذات مراحل التطور والتركيب الأساسي الخاص بأوراق النباتات الوعائية الأخرى، وبذلك، تماثل أشواك الصبار الأوراق. وترصد دراسة تراكيب النباتات كل من الهياكل الخضرية والتكاثرية. وتضم الهياكل الخضرية للنباتات الوعائية دراسة المجموع الخضرى، الذي يتكون من السيقان والأوراق، بالإضافة إلى الطبقة تحت السطحية أو المجموع الجذري. وتتنوع الهياكل التكاثرية بصورة أكبر، وعادة ما تقتصر على مجموعة محددة من النباتات، مثل الزهور والبذور بالنباتات المزهرة، والشوارس بالسراخس، والكبسولات بالحزازيات. ولقد أدت الدراسات التي أُجريت على هياكل التكاثر بالنباتات إلى اكتشاف تعاقب الأجيال القائم بغالبية النباتات (إلى جانب الطحالب). ويتداخل ذلك القطاع من دراسة تركيب النباتات مع دراسة التنوع الحيوي وعلم تصنيف النباتات.

وتتنوع أشكال تراكيب النباتات وفقًا لمجموعة متنوعة من المقاييس الهندسية. على المستوى الوراثي، يجب إجراء دراسة معقدة لتركيب الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (الدنا) والحمض الريبي النووي (الرنا) وفقًا لعلم الأحياء المجهرية. وعلى مستوى الخلية، يجب أن يتم إجراء دراسة مجهرية ضوئية. ومن الناحية المجهرية، لا يزال التركيب الهندسي للنباتات والذي يمكن ملاحظته بصريًا تحت التدقيق. كما تتناول دراسة التركيب المورفولوجي للنباتات نمط النمو: العملية التي تتكون عن طريقها الهياكل الجديدة وتتطور مع نمو النبات. وبينما تتطور جميع أجزاء أجساد الحيوانات في مرحلة مبكرة من حياتها، إلا أن النباتات تُطور هياكل وأنسجة جديدة بصورة دورية خلال دورة حياتها، حيث تملك النباتات الحية نسيج جنيني حتى مراحل النمو المتقدمة (5). وقد تتأثر طرق اكتمال نمو الهياكل الجديدة عند تطويرها بوقت بدء نمو النبات، إلى جانب الموطن.

الأيض والنمو
تتحكم العوامل البيئية والإيكولوجية في نمو النباتات، وتضم العوامل البيئية الرئيسية متغيرات جوية مثل درجات الحرارة، والهطول، وسرعة الرياح، وتوفر ضوء الشمس، وعوامل تربية مثل مغذيات التربة، ورطوبة التربة، وتحبب التربة ودمكها، ذلك بالإضافة إلى العوامل الطبوغرافية. وتشمل العوامل الإيكولوجية التنافس من أجل المياه، والمغذيات، ومصادر الضوء مع الأعضاء الآخرين بمجتمع النباتات، ذلك إلى جانب المخاطر الناتجة عن الكائنات الآكلة للأعشاب وخطر سحق الحيوانات لها أثناء السير. وبالإضافة إلى ذلك، تلعب أمراض النباتات دورًا في نجاح نمو أنواع النباتات وتكاثرها. في الألفية الماضية، شكل دور الإنسان عاملاً هامًا في تدمير المواطن و تجزؤها، كما اُكتشفت بصمة الإنسان بعملية استنبات الأنواع الانتقائية.

عادة ما يُستمد الجزء الأكبر من الكتلة الحيوية التي يُكونها النبات من العوامل الجوية، من خلال عملية تُعرف بالتمثيل الضوئي، تستخدم غالبية النباتات ضوء الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون المستمد من الجو، بالإضافة إلى المياه، إلى سكريات بسيطة، تُستخدم كمكون أساسي للمكونات الهيكلية الرئيسية. ويتواجد الكلوروفيل، وهو جزيء يكسب النباتات اللون الأخضر، عادة بالأوراق بالإضافة إلى أجزاء أخرى من النباتات ليمتص ضوء الشمس وتوفير الطاقة اللازمة لعملية التمثيل الضوئي. وفي المقابل، تستمد النباتات الطفيلية المغذيات من المُضيف. وتُمسك النباتات المفترسة فرائس من الحيوانات الصغيرة للحصول على المغذيات الأساسية. وتعتمد النباتات عادة على التربة لتوفر الدعم لهيكلها ولامتصاص المياه، ولكنها تحصل على مغذيات مثل النيتروجين والفسفور من التربة أيضًا. وتعتمد النباتات الهوائية والصخرية على مياه الأمطار أو مصادر أخرى للحصول على المغذيات. وتمتلك بعض النباتات الوعائية المتخصصة القدرة على النمو وجذورها ضاربة في بيئة تعاني من نقص الأكسجين، مثل الأيكة الساحلية.

الإيكولوجيا
تُكون النباتات معظم الانتاج الرئيسي لأنظمة كوكب الأرض البيئية؛ أي أنها تُنتج معظم الكتلة الحيوية من الضوء، وثاني أكسيد الكربون، والمغذيات الأساسية (6). وتمثل عملية التمثيل الضوئي حجر الزاوية لتلك الانتاجية الرئيسية، والتي أحدثت تغيير جذري بتركيب العوامل الجوية الأولى لكوكب الأرض، ونتج عن ذلك هواء يبلغ نسبة الأكسجين به 21%. وتعتمد الحيوانات على الأكسجين كما تعتمد آكلات الأعشاب على النباتات كمصادر للغذاء أيضًا؛ كما توفر النباتات أماكن للتعشيش والمأوى للعديد من الأنواع.

تمثل النباتات البرية أحد ركائز دورة المياه والعديد من الدورات البيوجيوكيميائية الآخرى. ولقد تطورت بعض النباتات بصورة مشتركة مع البكتيريا المثبتة للأكسجين (7)، مما يضفي على النباتات أهمية خاصة بدورة النيتروجين كما تلعب جذور النباتات دورًا محوريًا في نمو التربة ومكافحة تحات التربة.

تتصل الفطريات بجذور غالبية النباتات في علاقة تعايشية تكافلية متبادلة تعرف بالجذريات الفطرية؛ ويعد تعزيز امتصاص الفسفور من أهم وظائف ذلك النوع من العلاقات التعايشية (8). وضمن تلك العلاقة، تساعد الفطريات النباتات على امتصاص المياه والمغذيات من التربة، بينما تمد النباتات الفطريات بالكربوهيدرات التي تتكون خلال عملية التمثيل الضوئي. وتقدم بعض النباتات المسكن للمستنبتات الفطرية التي توفر بدورها الحماية للنباتات من آكلات الأعشاب عن طريق إفراز السموم (9). وفي الواقع، تضم غالبية التباتات مجموعة متنوعة من الكائنات الدقيقة المستنبتة، ويفرز كل منها مجموعة فريدة من المواد الكيميائية المفيدة للنباتات المُضيفة.

تنتشر أشكال متنوعة من العلاقات الطفيلية بين النباتات، بدءًا من نبات الدبق شبه الطفيلي الذي يمتص المغذيات من المُضيف فحسب، ولكنه يملك أيضًا القدرة على تنفيذ عملية التمثيل الضوئي، وصوًلا إلى نبات الذُؤْنُون الذي يجمع المغذيات عن طريق قنوات من جذور النباتات الأخرى.

ارتباطات النباتات
هنالك ارتباط نباتي محدد المعالم في أي نظام إيكولوجي، وعادة ما يتسم ذلك الارتباط بطبقة من الغطاء النباتي، وهي طبقة وسطى (أو طبقة من الشجيرات)، وطابق سفلي أو طبقة أرضية بالغابات. وفي حالة الأراضي العشبية، والتندرا، ومواطن محددة أخرى لا تضم أشجار، قد لا تتواجد طبقة أو من الطبقات العلوية، على الرغم من وجود فوارق مادية في أغلب الأوقات في تلك الحالات بترتيب طبقات النباتات ذات الأطوال المختلفة بالإراضي العشبية. وبالطبع، يعتمد أي ارتباط نباتي على أنواع محددة من التربة، والعوامل الجوية، ومزيج من الحيوانات. وعلاوة على ذلك، قد يبدي الارتباط النباتي فوارق موسمية واضحة في البيئات المعتدلة والشمالية، على الرغم من أن المظهر العام يخفي نباتات محددة قد تكون ساكنة أو ليس لها أوراق في فصل محدد (10). وتمثل سمات الارتباطات النباتية فائدة كبرى بالنسبة إلى علماء النبات كدليل للتعرف على النباتات كما أنها مفيدة ببحوث إيكولوجية أخرى. وعلاوة على ذلك، يلعب فهم الارتباطات النباتية دورًا فعالاً في دراسات تعاقب سلالات النباتات؛ عندما تؤدي التغيرات البيئية في منطقة محددة إلى ظهور سلسلة من مجتمعات النباتات، قبيل الوصول إلى توازن ثابت (11).

التفاعل مع البشر

يُستمد الجزء الأكبر من النظام الغذائي البشري من النباتات؛ كما يحصل البشر على جزء كبير من المواد الخام التي تستخدم في المسكن، والملبس، واحتياجات الحياة الآخرى من منتجات النباتات. وبالإضافة إلى ذلك، استمد عدد هائل من المستخلصات الطبية من النباتات. وتمثل حلقات الأشجار أحد وسائل التأريخ بعلم الآثار كما تقدم سجل للظروف المناخية في الماضي. وفي أغلب الأحيان، كان يتم إجراء الأبحاث البيولوجية الأساسية باستخدام النباتات، مثل استخدام سجلات عينات حبوب اللقاح المستخرجة من قلب النباتات لدراسة الماضي البعيد أو نباتات البازلاء التي استخدمت لاستنتاج قوانين مندل الوراثية. ويختص مجال علم النبات العرقي بدراسة استخدام الثقافات المحلية للنباتات، مما يساعد على حفظ الأنواع المهددة بالإنقراض، بالإضافة إلى اكتشاف اعشاب طبية جديدة. وتعد البستنة النشاط الترفيهي الأول في الكثير من مناطق العالم.

وظلت النباتات محور اهتمام البشر لألآف السنين من جوانب أخرى تتعدى كونها أحد أنواع الغذاء. ولقد تم تسجيل نشاط البستنة لأغراض تزينية واستخدام الزهور المقطوفة في الديكورات في وقت مبكر يرجع إلى العصر البرونزي بالحضارة المصرية، وحضارة كريت، والحضارة الكلتية، على سبيل المثال. ولقد بذل العلماء القدماء مثل ايونانيين جهودًا جهيدة لوصف وتحديد سمات التركيب المورفولوجي لأنواع متنوعة من النباتات، كما مثلت النباتات أحد العناصر الهامة بالفن البشري، حيث ظهرت عناصر من تراكيب النباتات كزخارف على الخزف والديكورات الآخرى في العصر البرونزي والعصر الحجري الحديث بالصين، وكريت، وجنوب إفريقيا، والجزر البريطانية، ومصر، وفي حضارات المايا. على سبيل المثال، تضم الرموز التي اكتشفت بخزف الحضارة المينوسية الوسطى، والتي ترجع إلى عام 1850 ق.م، غصن الزيتون، والزعفران، والقمح، والسلفيوم (12). ولقد لعبت النباتات دورًا هامًا خلال تاريخ الفن كموضوعات بلوحات الحياة الساكنة الكلاسيكية، وقد تصاعدت أهميتها لتصل إلى القمه بالقرنين الثامن عشر والتاسع عشر عبر هوس الطباعين الأوروبين بابتداع عدد هائل من الرسومات النباتية.

وفي مجال البستنة، لم يتم استخدام النباتات لتزيين المساحات الداخلية والخارجية بمساكن البشر فحسب، بل أيضًا لإحداث تعديلات بالمناخات الصغيرة لخلق مساكن توفر راحة أكبر. على سبيل المثال، تم استخدام حد نمو الأشجار والشجيرات كحواجب لحماية الماشية من الرياح وكفواصل ما بين المراعي لحماية ملكية الماشية، خاصة في الألفية الأخيرة في أوروبا. وبالإضافة إلى ذلك، تم استخدام مجال تنسيق المناظر الطبيعية كأحد وسائل تحسين المناخات الصغيرة بمساكن البشر لقرون، بالإضافة إلى توفير الحماية من الرياح، والعزل الحراري، وتعديل الرطوبة الجوية.

References
  1. Carl R. Woese, Otto Kandler and Mark L. Wheelis: Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 87(12):4576-9.
  2. Botanic Gardens Conservation International. Plant Species Numbers
  3. Abercrombie, Hickman & Johnson. 1966. A Dictionary of Biology. Penguin Books
  4. Harold C. Bold, C. J. Alexopoulos, and T. Delevoryas. 1987.Morphology of Plants and Fungi, 5th ed., Harper-Collins, New York ISBN 0-06-040838-1
  5. Andrew J. Lack and David E. Evans. 2005. Bios instant notes plant biology. Taylor & Francis. 351 pages
  6. Martin A. Abraham. 2006. Sustainability science and engineering: defining principles. 518 pages
  7. Dietrich Werner and William Edward Newton. 2005. Nitrogen fixation in agriculture, forestry, ecology and the environment. Springer. 347 pages
  8. Teja Tscharntke and Bradford A. Hawkins. 2002. Multitrophic level interactions. Cambridge University Press. 274 pages
  9. Arun Arya and Analía Edith Perelló. 2010. Management of Fungal Plant Pathogens. CABI.388 pages
  10. A.G.Tansley. 2003. An Introduction To Plant Ecology. 228 pages
  11. J.H. Connell and R.O. Slatyer. 1977. Mechanisms of succession in natural communities and their role in community stability and organization. American Naturalist 111: 1119-44
  12. C.Michael Hogan. 2007. Knossos fieldnotes. The Modern Antiquarian. ed. Julian Cope

ذلك المقال مأخوذ من موسوعة الأرض.
متاح تحت رخصة النسب-الترخيص بالمثل CC BY-SA-2.5

الاستشهاد

س. مايكل هوجان (المؤلف الرئيسي);دانيل روبرت تاوب (محرر الموضوع) "النباتات". في: موسوعة الحياة. محررون. كاتلر ج. كليفلاند (واشنطن العاصمة: ائتلاف المعلومات البيئية، المجلس الوطني للعلوم والبيئة). [نُشر بموسوعة الأرض لأول مرة في 19 يوليو 2010، وتم مراجعته لأخر مرة في 15 أغسطس 2011؛ استُرجع في 27 سبتمبر 2012. موسوعة الأرض.