Evolusi Tumbuhan Biji (Spermatophyta)

Biji (seeds) merupakan fitur yang membuat tumbuhan biji (Spermatophyta) dapat beradaptasi penuh pada lingkungan darat. Hal ini membuat tumbuhan biji menjadi produsen dominan di darat, dan mereka menyusun sebagian besar keanekaragaman hayati tumbuhan pada hari ini.

Biji Melindungi Embrio

Dalam perspektif evolusi, biji merupakan perkembangan fitur yang sangat penting. Megaspora di dalam ovulum dilindungi oleh lapisan jaringan sporofit yang disebut integumen. Di dalam ovulum juga terdapat sumber makanan yang nantinya digunakan untuk perkembangan embrio. Ketika telah terjadi pembuahan, integumen mengeras menjadi kulit biji. Kulit biji ini dapat melindungi embrio dari lingkungan luar yang sulit, seperti suhu, kekeringan, tekanan, dll., yang membuat biji dapat dorman untuk periode yang cukup lama. Ketika jatuh pada lingkungan yang cocok, cadangan makanan dalam biji mendukung saat-saat kritis perkecambahan, misalnya akar dapat tumbuh (menggunakan cadangan makanan) cukup dalam untuk mencapai air. Hal ini membuat kemungkinan untuk sukses bertumbuh menjadi lebih besar. ^[1]

Meskipun tumbuhan lumut dan tumbuhan paku saat ini juga sukses, tetapi biji merupakan inovasi untuk cara hidup yang baru. Apa sebenarnya keunggulan biji dibandingkan dengan spora? Spora biasanya bersel tunggal, berbeda dengan biji yang multiseluler. Spora dapat bertahan hidup dan dorman ketika lingkungan tidak menguntungkan, tetapi keadaan ini tidak dapat bertahan lama seperti pada biji. Spora juga tidak memiliki sumber (cadangan) makanan seperti pada biji, sehingga spora sangat bergantung pada kondisi luar untuk bisa melewati fase kritis perkecambahan. Dengan kata lain, biji dapat bertahan hidup lebih baik daripada spora, sehingga membuat tumbuhan biji mendominasi bumi saat ini. ^[2][3]

Reduksi Gametofit Tumbuhan Biji

Telah kita pelajari pada bab sebelumnya, bahwa tumbuhan lumut didominasi oleh fase gametofit, sedangkan tumbuhan paku didominasi oleh fase sporofit. Pada tumbuhan biji, fase yang dominan adalah fase sporofit. Tetapi berbeda dengan tumbuhan paku yang gametofitnya (protalium) masih dapat dilihat dengan mata telanjang, gametofit pada sebagian besar tumbuhan biji adalah mikroskopis. Reduksi ini sangat penting dalam evolusi tumbuhan biji, karena membuat gametofit dapat dilindungi oleh sporofit (pohon yang kita lihat adalah fase sporofit).

Pada tumbuhan lumut dan paku, gametofit bersifat independen dan harus melakukan fotosintesis sendiri untuk mendapatkan makanan sehingga seolah-olah gametofit dan sporofit merupakan dua individu yang terpisah. Pada tumbuhan biji, gametofit kecil ini berkembang dari spora yang dipelihara di dalam sporangium pada sporofit induk. Gametofit ini mendapatkan perlindungan dari radiasi ultraviolet dan faktor lingkungan luar ekstrem lain, serta mendapatkan nutrisi dari sporofit. Pada gambar di atas, gametofit adalah isi dari kerucut (cone) tersebut yang mikroskopis.

Evolusi tumbuhan biji juga terjadi pada spora, ketika tumbuhan lumut dan paku sebagian besar menghasilkan spora yang homospora, spora ini pada suatu saat berkembang menjadi heterospora. Spora pada tumbuhan biji adalah heterospora, yaitu: megasporangium menghasilkan megaspora yang berkembang menjadi gametofit betina, dan mikrosporangium menghasilkan mikrospora yang berkembang menjadi gametofit jantan. ^[4]

Serbuk Sari Membuat Fertilisasi Tidak Memerlukan Sumber Air Eksternal

Pada tumbuhan lumut dan paku, fertilisasi memerlukan sumber air eksternal agar sperma bisa berenang mendekati ovum. Hal ini menunjukkan bahwa mereka belum bisa lepas sepenuhnya dari nenek moyang mereka yang hidup di air. Pada tumbuhan biji, fertilisasi tidak membutuhkan sumber air eksternal. Mikrospora berkembang menjadi serbuk sari yang terdiri dari gametofit jantan yang diselubungi oleh dinding serbuk sari (yang dibuat oleh sporofit). Oleh karena itu, gametofit jantan bukanlah serbuk sari, tetapi isi dari serbuk sari tersebut. Perhatikan gambar di bawah, gametofit (mikrospora) digambarkan dengan titik-titik yang tersebar dalam kompartemen-kompartemen (mikrosporangium).

Saat mikrospora telah "matang", terbentuklah dinding serbuk sari. Sporopolenin pada dinding melindungi serbuk sari saat diterbangkan oleh angin atau saat dibawa oleh hewan. Saat serbuk sari jatuh pada ovulum (penyerbukan), saluran buluh serbuk sari (pollen tube) akan terbentuk. Inilah saatnya sperma bergerak mendekati bakal biji dan terjadilah fertilisasi. Jadi, terdapat mekanisme evolusi tumbuhan biji yang efektif, yaitu penyerbukan yang membawa seluruh gametofit jantan di dalam serbuk sari mendekati gametofit betina di dalam ovulum. Ini membuat gametofit jantan dapat membuahi gametofit betina pada tempat yang sangat jauh. Hal ini juga meminimalisir terpaparnya sperma terhadap lingkungan luar (seperti pada tumbuhan lumut dan paku). Pada tumbuhan biji, sperma baru dilepaskan saat buluh serbuk sari terbentuk, sehingga sperma dapat dengan aman bergerak menuju bakal biji. ^[4][5]