Botanika

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
(preusmereno sa Ботаничар)
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Biljke - predmet proučavanja botaničkih disciplina
Plod biljke Myristica fragrans, vrste čije je prirodno stanište Indonezija

Botanika je grana biologije koja se bavi naučnim proučavanjem biljaka. Ime potiče od grčke reči βοτανικός, botanikós - koji se odnosi na biljke (βοτάνη, botánē - trava, biljka).[1][2][3] U novije vreme često se označava i terminima „nauka o biljkama“ i „biologija biljaka“. Obuhvata više disciplina koje proučavaju izgled, građu, rast, razviće, reprodukciju, metabolizam, fiziologiju, oboljenja, ekologiju, srodnost i evolucionu istoriju biljaka.[4][5] Tradicionalno, botaničari su istraživali sve organizme koji nisu bili označeni kao životinje (na primer, svi oni koji vode sesilan način života, vrše fotosintezu). Napredak u poznavanju ovih „specijalnih“ organizama, naročito mikroorganizama, doveo je do odvajanja zasebnih grana od botanike - u prvom redu mikrobiologije i mikologije. Još uvek je, međutim, široko rasprostranjena praksa opisivanja ovih ne-biljnih organizama u uvodnim kursevima botanike. U današnje vreme, botaničari izučavaju aproksimativno 410.000 vrsta kopnenih biljki među kojima je oko 391.000 vrsta su vaskularne biljke (uključujući 369.000 vrsta cvetajućih biljki),[6] i 20.000 su mahovine.[7]

Botanika je nastala u praistoriji kao travarstvo putem napora ranih ljudi da identifikuju – i kasnije kultiviraju – jestive, medicinske i otrovne biljke, te je stoga jedna od najstarijih grana nauke. Srednjevekovni fizički vrtovi, često vezani za manastire, sadržali su biljke od medicinskog značaja. Oni su bili preteče prvih botaničkih bašta vezanih za univerzitete, koje su osnivane od 1540-tih na ovamo. Jedna od najranijih je bila botanička bašta u Padovi. Te bašte su omogućavale akademsko proučavanje biljaka. Napori uloženi na katalogiranje i opisivanje njihovih kolekcija su bili počeci biljne taksonomije, i doveli su 1753. godine do razvoja binomijalnog sistema Karla Linea koji je u upotrebi i dan danas.

U 19. i 20. veku, su razvijene nove tehnike za proučavanje biljaka, uključujući metode optičke mikroskopije i slikanja živih ćelija, elektronske mikroskopije, analize broja hromozoma, biljne hemije i strukture i funkcije enzima i drugih proteina. U zadnjih nekoliko decenija 20. veka, botaničari su da bi klasifikovali preciznije biljke istražili tehnike molekularne genetičke analize, uključujući genomiku i proteomiku i DNK sekvenciranje.

Moderna botanika je širok, multidisciplinarni predmet sa inputima iz znatnog broja oblasti nauke i tehnologije. Istraživačke teme obuhvataju studije biljne strukture, rasta i diferencijacije, reprodukcije, biohemije i primarnog metabolizma, hemijskih produkata, razvića, bolesti, evolucionih odnosa, sistematike, i biljne taksonomije. Dominantne teme nauke o biljkama u 21. veku su molekularna genetika i epigenetika, koje su bave mehanizmima i kontrolom ekspresije gena tokom diferencijacije biljnih ćelija i tkiva. Botanička istraživanja imaju raznovrsne primene u proizvodnji osnovne hrane, materiala kao što su drvo, ulje, guma, vlakna i lekovi, u modernoj holtikulturi, poljoprivredi i šumarstvu, biljnom razmnožavanju, oplemenjivanju i genetičkom modifikovanju, u sintezi hemikalija i sirovina za građevinarstvo i proizvodnju energije, u upravljanju resursima životne sredine, i održavanju biološke raznovrsnosti.

Istorija botanike[uredi]

Među prvim botaničkim radovima, napisanim oko 300. p. n. e., su i dva velika Teofrastova dela - Istorija biljaka i Uzroci biljaka (tj. Priroda biljaka) - u kojima je opisao mnogo vrsta kao i njihovu primenu. Rimski lekar Dioskorides je dopunio Teofrastove spiskove biljaka i više pažnje posvetio upotrebi lekovitih biljaka. Ove knjige su tokom antičkih vremena bile najvažniji doprinos botanici, i na njih su se oslanjali istraživači i lekari i tokom Srednjeg veka. Sa „otkrićem“ Novog Sveta, počinje i dalji razvoj botanike, jer su Evropljani došli u kontakt sa potpuno nepoznatim vrstama. Ključne tačke u razvoju botaničke misli su i Lineov sistem binomijalne nomenklature i pokušaj klasifikacije biljaka na osnovu građe cvetova, otkriće ćelije, Darvinovo uspostavljanje teorije evolucije, otkriće biljnih hormona, razviće genetike i molekularne biologije krajem 20. veka. Paralelno sa obogaćivanjem botaničkog znanja, došlo je i do značajnog unapređenja metodologije istraživanja, zahvaljujući razvoju tehnike i tehnologije.

Opseg i važnost[uredi]

Botanika se bavi zapisivanjem i opisivanjem biljki, kao što je ovaj herbarijumski uzorak paprati Athyrium filix-femina.

Izučavanje biljki je važno zato što su one u osnovi skoro celokupnog životinjskog života na Zemlji. One stvaraju velike količine kiseonika i hrane kojima se ljudi i drugi organizmi sa aerobnom respiracijom snabdevaju hemijskom energijom koja im je neophodna za održanje života. Biljke, alge i cijanobajterije su glavne grupe organizama koji vrše fotosintezu, proces koji koristi energiju sunčeve svetlosti za konvertovanje vode i ugljen-dioksida[8] u šećere koji se mogu koristiti bili kao izvori hemijske energije ili kao organiski molekuli koji se koriste kao strukturne komponente ćelija.[9] Kao nusprodukt fotosinteze, biljke otpuštaju kiseonik u atmosferu, gas koji je neophodan skoro svim živim bićima za obavljanje ćelijske respiracije. Osim toga, biljke utiču na globalne cikluse ugljenika i vode, i biljni koreni vezuju i stabilizuju zemljište, sprečavajući eroziju zemljišta.[10] Biljke su od ključnog značaja za budućnost ljudskog društva pošto one proizvode hranu, kiseonik, lekove, i niz drugih materijala.[11]

Istorijski, svi živi organizmi su klasifikovani kao bilo životinje ili biljke[12] i botanika je pokrivala studiranje svih organizama koji nisu smatrani životinjama.[13] Botaničari izučavaju interne funkcije i procese unutar biljnih organela, ćelija, tkiva, celokupnih biljaka, biljnih populacija i biljnih zajednica. Na svakom od tih nivoa, botaničar se može baviti klasifikacijom (taksonomijom), filogenijom i evolucijom, strukturom (anatomijom i morfologijom), ili funkcijom (fiziologijom) biljnog života.[14]

Najstrožija definicija „biljaka“ obuhvata samo „kopnene biljke“ ili embriofite, koje obuhvataju semeno rastinje (golosemenjače, uključujući četinare, i skrivenosemenice) i slobodno sporne kriptogame u koje se ubrajaju paprati, Lycopodiopsida, jetrenke, rogovnici i mahovine. Embriofite su višećelijske eukariote koje su potomci pretka koji je dobijao svoju energiju iz sunčeve svetlosti putem fotosinteze. One imaju životne cikluse sa naizmeničnim haploidnim i diploidnim fazama. U seksualnoj haploidnoj fazi embriofita, poznatoj kao gametofit, neguje se razvijajući embrion sporofit sa sopstvenim tkivima za bar polovinu njegovog života,[15] čak i kod semenjača, gde se gametofit uzgaja njegov roditelj sporofit.[16] U druge grupe organizama koje su ranije izučavali botaničari se ubrajaju bakterije (koje su sad u okviru bakteriologije), gljive (mikologija) – uključujući gljive koje formiraju lišajeve (lihenologija), nehlorofitne alge (fikologija), i viruse (virologija). Mnogi botaničari se još uvek bave tim grupama organizama, i gljive (uključujući lišaje) i fotosintetički protisti su obično obuhvaćeni u uvodnim botaničkim kursevima.[17][18]

Paleobotaničari studiraju drevne biljke u fosilnim zapisima da bi došli do infomacija o evolucionoj istoriji biljaka. Smatra se da su modrozelene bakterije, prvi fotosintetički organizmi na Zemlji koji su otpuštali kiseonik, proizveli pretka biljki ulaskom u endosimbiotski odnos sa ranim eukariotama, ultimatno postajući hloroplasti biljnih ćelija. Nove fotosintetičke biljke (zajedno sa njinovim algalnim srodnicima) su ubrzali porast atmosferskog sadržaja kiseonika započet modrozelenim bakterijama, menjajući drevnu beskiseoničnu, redukujuću atmosferu u onu u kojoj je slobodni kiseonik bio izobilan tokom zadnjih par milijardi godina.[19][20]

Među važnim botaničkim pitanjima 21. veka su uloga biljki kao primarnih proizvođača u globalnoj cirkulaciji osnovnih životnih sastojaka: energije, ugljenika, kiseonika, azota i vode, i načini na koje naše staranje o biljkama može da pomogne u adresiranju globalnih problema životne sredine u pogledu upravljanja resursima, konzervacije, bezbednosti ljudske hrane, biološki invazivnih organizama, sedimentacije ugljenika, klimatskih promena, i održivosti.[21]

Ljudska ishrana[uredi]

Hrana koji jedemo dolazi direktno ili indirektno od biljki kao što je pirinač.

Virtualno sva osnovna hrana potiče direktno od primarne proizvodnje biljkama, ili indirektno iz životinja koje je jedu.[22] Biljke i drugi fotosintetički organizmi su baza najvećeg dela lanca ishrane pošto one koriste energiju sunca i nutrijente iz zemljišta i atmosfere, konvertujući ih u oblik koji životinje mogu da koriste. Ekolozi to nazivaju prvim trofičnim nivoom.[23] Moderne forme glanih vrsta osnovne hrane, kao što su kukuruz, pirinač, žito i druge žitarice, mahune, banane i plantani,[24] kao i lan i pamuk koji se gaje zbog njihovih vlakana, su ishod praistorijske selekcije tokom hiljada godina počevši od divljih predaka sa najpoželjnijim karakteristikama.[25]

Botaničari studiraju kako biljke proizvode hranu i kako se mogu povećati usevi, na primer putem biljnog uzgoja, što čini njihov rad važnim u pogledu sposobnosti čovečanstva da prehraniti svet i obezbeđivanja prehrambenie sigurnosti za buduće generacije.[26] Botaničari isto tako izučavaju korove, koji predstavljaju znatan problem u poljoprivredi, i biologiju i kontrolu biljnih patogena u poljoprivredi i prirodnim ekosistemima.[27] Etnobotanika je studija odnosa između biljki i ljudi. Kad je primenjena na istraživanje istorijskih biljno–životinjskih odnosa etnobotanika se može zvati arheobotanika ili paleoetnobotanika.[28] Neki od najranijih biljno-životinjskih odnosa su nastali između urođenika Kanade pri identifikaciji jestivih i nejestivih biljki.[29] Ovaj odnos urođenika sa biljkama su opisali etnobotaničari.[29]

Biljna biohemija[uredi]

Biljna biohemija je studija hemijskih procesa koje koriste biljke. Neki od tih procesa se koriste u njihovom primarnom metabolizmu, kao što je fotosintetički Kalvinov ciklus i krasulacenski kiselinski metabolizam.[30] Drugi formiraju specijalizovane materijale kao što su celuloza i lignin koji se koriste kao gradivni materijali tela, i sekundarne produkte kao što su rezini i jedinjenja arome.

Paperna hromatografija ekstrakta uzoraka listova španaća prikazuje razne pigmente prisutne u njihovim hloroplastima.
Biljke formiraju razne fotosintetičke pigmente, neki od kojih su vidljivi papirnom hromatografijom.

Biljke i razne druge grupe fotosintetičkih eukariota kolektivno poznate kao „alge“ imaju jedinstvene organele poznate kao hloroplasti. Smatra se da su hloroplasti proistekli iz cijanobakterija koje su formirale endosimbiotske relacije sa drevnim precima biljaka i algi. Hloroplasti i cijanobakterije sadrže plavo-zeleni pigment hlorofil a.[31] Hlorofil a (kao i srodni molekul hlorofil b, koji je specifičan za biljke i zelene alge)[a] apsorbuje svetlo u plavo-ljubičastim i naradžasto/crvenim delovima spektra, a reflektuje i transmituje zeleno svetlo, koje se može videti kao karakteristična boja tih organizama. Energija u crvenom i plavom svetlu koje ti pigmenti apsorbuju se koristi u hloroplastima za formiranje energetski bogatih jedinjenja ugljenika iz ugljen diokdida i vode putem kiseonične fotosinteze, procesa kojim se oslobađa molekularni kiseonik (O2) kao nusproizvod.

Kalvinom ciklus (Interaktivni dijagram) Kalvinovim ciklusom se inkorporira ugljen-dioksid u molekule šećera.
Kalvinom ciklus (Interaktivni dijagram) Kalvinovim ciklusom se inkorporira ugljen-dioksid u molekule šećera.

Svetlosna energija koju zarobljava hlorofil a je inicijalno u obliku elektrona (a kasnije protonskog gradijenta). Oni se koriste za pravljenje molekula ATP i NADPH, u kojima se privremeno skladišti i transportuje energija. Njihova energija se koristi u reakcijama nezavisnim od svetlosti Kalvinovog ciklusa posredstvom enzima ribuloza-bisfosfatna karboksilaza da bi se formirali molekuli trougljeničnog šećera gliceraldehid 3-fosfata (G3P). Gliceraldehid 3-fosfat je prvi produkt fotosinteze i on je polazna sirovina iz koje se sintetiše glukoza i skoro svi drugi organski molekuli biološkog porekla. Deo glukoze se konvertuje u skrob, koji se skladišti u hloroplastu.[35] Skrob je karakteristična zaliha energije većine kopnenih biljki i algi, dok se inulin, polimer fruktoze, koristi za istu svrhu kod suncokretne familije Asteraceae. Deo glukoze se konvertuje u saharozu (rasprostranjeni stoni šećer) za ekport do ostatka biljke.

Za razliku od životinja (koje nemaju hloroplaste), biljke i njihovi eukariotski srodnici su delegirali mnoštvo biohemijksih uloga svojim hloroplastima, uključujući sintezu svih masnih kiselina,[36][37] i većine aminokiselina.[38] Masne kiseline koje hloroplasti prave se koriste za mnoge svrhe, kao što su gradivni materijali ćelijskih membrana i za formiranje polimera kutina, koji je prisutan u biljnom kutikularnom sloju koji štiti kopnene biljke od isušivanja. [39]

Biljke sintetišu brojne jedinstvene polimere poput polisaharidnih molekula celuloza, pektin i ksiloglukan[40] od kojih su formirani ćelijski zidovi kopnenih biljki.[41] Vaskularne kopnene biljke formiraju lignin, polimer koji se koristi za ojačavanje sekundarnog ćelijskog zida ksilemskih traheida i vezikula da bi se onemogućilo njihovo kolapsiranje kad biljka isisava vodu pomoću njih u situacijama vodenog stresa. Lignin se isto tako koristi u drugim ćelijskim tipovima kao što su sklereidna vlakna koja pružaju strukturnu podršku biljci i koja su glavni konstituent drveta. Sporopolenin je hemijski otporan polimer prisutan u spoljašnjim ćelijskim zidovima spora i polena kopnenih biljki koji je odgovoran za opstanak ranih spora kopnenih biljki i polena semenica u fosilnim zapisima. On se generalno smatra prekretnicom koja je označila početak evolucije kopnenih biljki tokom Ordovicijumskog perioda.[42] U današnje vreme je koncentracija ugljen-dioksida u atmosferi znatno niža od nivoa prisutnog u vreme pojave kopnenih biljki tokom perioda Ordovicijuma i Silura. Mnoge monokotiledone biljke, kao što su kukuruz i ananas, i neke dikotiledone biljke kao što je Asteraceae, su od tog vremena nezavisno evoluirale[43] ćelijske puteve kao što su CAM i C4 fotosinteza za fotosintezu pri kojoj ne dolazi do gubitaka usled fotorespiracije, kao što je to slučaj u šire zastupljenom putu C3 fotosinteze. Te biohemijske strategije su jedinstvene za kopnene biljke.

Medicina i materijali[uredi]

Podrezivanje gumenog stabla u Tajlandu

Fitohemija je grana biljne biohemije koja se prvenstveno bavi hemijskim supstancama koje proizvode biljke tokom sekundarnog metabolizma.[44] Neka od tih jedinjenja su toksini, kao što je alkaloid koniin iz biljke Conium. Druga, kao što su esencijalna ulja peperminta i limuna, korisna su zbog njihove arome, kao začini (e.g. kapsaicin), i u mediciji kao lekovi kao što je opijum iz opijumskih čaura. Mnogi lekovi i droge, kao što je tetrahidrokanabinol (aktivni sastojak kanabisa), kofein, morfin i nikotin potiču direktno iz biljki. Drugi su jednostavni derivati botaničkih prirodnih proizvoda. Na primer, lek za umanjenje bola, aspirin, acetilni je estar salicilne kiseline, a originalno je izolovan iz kore vrbinog drveta,[45] i širok opseg opijatnih analgetika poput heroina su formirani hemijskom modifikacijom morfina dobijenog iz maka.[46] Niz popularnih psihostimulanasa je biljnog porekla, kao kofein iz kafe, čaja i čokolade, i nikotin iz duvana. Većina alkoholnih pića je bazirana na fermentaciji ugljenim hidratima-bogatih biljnih produkata kao što su ječam (pivo), pirinač (sake) i grožđe (vino).[47] Američki domoroci su koristili razne biljke za tretiranje bolesti hiljadama godina.[48] Njihovo poznavanje biljnog sveta su zapisali entnobotaničari, a zatim su ga koristile farmaceutske kompanije kao jednu od početnih tačaka u otrkivanju lekova.[49]

Biljke imaju sposobnosti sintetisanja boja i pigmenata kao što su antocijanini, koji su odgovorni za crvenu boju crvenog vina, žutu boju korova Reseda luteola i plavu boju biljke Isatis tinctoria, koje se zajedno koriste da se formira Linkoln zelena boja, indoksil, izvor su plave boje indiga koja se tradicionalno koristi za bojenje teksas tkanine, i umetničkih pigmenata gumigut i rose madder. Šećer, skrob, pamuk, posteljina, konoplja, neki tipovi kanapa, drvo i šperploča, papirus i papir, biljna ulja, voskovi, i prirodna guma su primeri komercijalno važnih materijala napravljenih od biljnih vlakana ili njihovih sekundarnih produkata. Ugljen, oblik čistog ugljenika koji se formira pirolizom drveta, ima dugu istoriju kao gorivo za topljenje metala, kao materijal za filtriranje i adsorbent i kao materijal za umetnike i jedan je od tri sastojka baruta. Celuloza, najizobilniji organski polimer na svetu,[50] se može konvertovati u energiju, goriva, materijale i hemijske sirovine. Produkti napravljeni od celuloze obuhvataju viskozna vlakna i celofan, tapete, biobutanol i bezdimni barut. Šećerna trska, uljana repica i soja su neke od biljki sa šećerima koji se lako fermentišu ili visokim sadržajem ulja koje se koristi kao izvor u proizvodnji biogoriva, važne alternative fosilnih goriva, kao što je biodizel.[51] Biljku Hierochloe odorata su koristili američki domoroci za odbranu od komaraca.[52] Američko hemijsko društvo je utvrdilo da su za sposobnost odbijanja insekata odgovorni molekuli fitol i kumarin.[52]

Metode istraživanja u botanici[uredi]

Botanika se koristi kako posmatranjem, tako i komparativnim, istorijskim i eksperimentalnim metodama. Neke od ovih metoda su: sakupljanje i pohranjivanje biljnog materijala u herbarijume, posmatranje u prirodnim i veštačkim uslovima, eksperiment u prirodi i botaničkoj laboratoriji, matematička obrada dobijenih podataka.

Botaničke discipline[uredi]

Poznati botaničari[uredi]

Vidi još[uredi]

Napomene[uredi]

  1. ^ Hlorofil b je takođe prisutan kod pojedinih cijanobakterija. Postoji nekoliko drugih hlorofila kod cijanobakterija i pojedinih grupa algi, ali ni jedan od njih nije zastupljen kod kopnenih biljki.[32][33][34]

Izvori[uredi]

  1. ^ Liddell & Scott 1940.
  2. ^ Gordh & Headrick 2001, str. 134.
  3. ^ Online Etymology Dictionary 2012.
  4. ^ Petković, Branimir; Merkulović, Ljiljana; Sonja Duletić-Laušević (2005). Morfologija biljaka sa praktikumom. Beograd. ISBN 978-86-907471-2-2. 
  5. ^ Petković, Branimir; Merkulović, Ljiljana; Sonja Duletić-Laušević (2005). Anatomija biljaka sa praktikumom. Beograd. ISBN 978-86-907471-1-5. 
  6. ^ RBG Kew (2016). The State of the World’s Plants Report – 2016. Royal Botanic Gardens, Kew. https://stateoftheworldsplants.com/report/sotwp_2016.pdf Arhivirano na sajtu Wayback Machine (septembar 28, 2016) (na jeziku: engleski)
  7. ^ „The Plant List - Bryophytes”. 
  8. ^ Campbell et al. 2008, str. 186–187.
  9. ^ Campbell et al. 2008, str. 1240.
  10. ^ Gust 1996.
  11. ^ Missouri Botanical Garden 2009.
  12. ^ Chapman et al. 2001, str. 56.
  13. ^ Braselton 2013.
  14. ^ Ben-Menahem 2009, str. 5368.
  15. ^ Campbell et al. 2008, str. 602.
  16. ^ Campbell et al. 2008, str. 619–620.
  17. ^ Capon 2005, str. 10–11.
  18. ^ Mauseth 2003, str. 1–3.
  19. ^ Cleveland Museum of Natural History 2012.
  20. ^ Campbell et al. 2008, str. 516–517.
  21. ^ Botanical Society of America 2013.
  22. ^ Ben-Menahem 2009, str. 5367–5368.
  23. ^ Butz 2007, str. 534–553.
  24. ^ Stover & Simmonds 1987, str. 106–126.
  25. ^ Zohary & Hopf 2000, str. 20–22.
  26. ^ Floros, Newsome & Fisher 2010.
  27. ^ Schoening 2005.
  28. ^ Acharya & Anshu 2008, str. 440.
  29. 29,0 29,1 Kuhnlein, Harriet V.; Turner, Nancy J. (01. 01. 1991). Traditional Plant Foods of Canadian Indigenous Peoples: Nutrition, Botany, and Use (na jeziku: engleski). Taylor & Francis. ISBN 9782881244650. 
  30. ^ Lüttge 2006, str. 7–25.
  31. ^ Campbell et al. 2008, str. 190–193.
  32. ^ Kim & Archibald 2009, str. 1–39.
  33. ^ Howe et al. 2008, str. 2675–2685.
  34. ^ Takaichi 2011, str. 1101–1118.
  35. ^ Lewis & McCourt 2004, str. 1535–1556.
  36. ^ Padmanabhan & Dinesh-Kumar 2010, str. 1368–1380.
  37. ^ Schnurr et al. 2002, str. 1700–1709.
  38. ^ Ferro et al. 2002, str. 11487–11492.
  39. ^ Kolattukudy 1996, str. 83–108.
  40. ^ Fry 1989, str. 1–11.
  41. ^ Thompson & Fry 2001, str. 23–34.
  42. ^ Kenrick & Crane 1997, str. 33–39.
  43. ^ Gowik & Westhoff 2010, str. 56–63.
  44. ^ Benderoth et al. 2006, str. 9118–9123.
  45. ^ Jeffreys 2005, str. 38–40.
  46. ^ Mann 1987, str. 186–187.
  47. ^ University of Maryland Medical Center 2011.
  48. ^ Frances 1974, str. =
  49. ^ McCutcheon, A. R.; Ellis, S. M.; Hancock, R. E.; Towers, G. H. (01. 10. 1992). „Antibiotic screening of medicinal plants of the British Columbian native peoples”. Journal of Ethnopharmacology. 37 (3): 213—223. ISSN 0378-8741. PMID 1453710. doi:10.1016/0378-8741(92)90036-q. 
  50. ^ Klemm et al. 2005.
  51. ^ Scharlemann & Laurance 2008, str. 52–53.
  52. 52,0 52,1 „Research confirms Native American use of sweetgrass as bug repellent”. Washington Post. Pristupljeno 05. 05. 2016. 

Literatura[uredi]

Спољашње везе[uredi]