Vor rund 320 Millionen Jahren traten erstmals Samenpflanzen auf. Als dann die riesigen Sümpfe, die das Devon bis weit in das Karbon hinein prägten, vor etwa 300Mio Jahren fast völlig verschwanden, setzten sich die Samenpflanzen endgültig gegen die nun zahlreich aussterbenden samenlosen Gefäßpflanzen-Arten durch.

der Samen, attraktiv verpackt zur Verbreitung über Tiere

Mit den Samenpflanzen kamen wieder viele Neuentwicklungen: Die namensgebende, der Samen, schützt und ernährt den Embryo, ermöglicht eine Ausbreitung über weitere Strecken und eine „Keimruhe“ bei widrigen Bedingungen. Hier nun befindet sich der Gametophyt stark reduziert im, bzw. am Sporophyten, wodurch er besser vor Austrocknung geschützt ist und vom Sporophyten ernährt werden kann (vgl. Fortpflanzungsexkurs bei den Moosen). Statt schwimmender männlicher Gameten gibt es bei fast allen Samenpflanzen Pollen. Diese brauchen kein Wasser mehr, um zur Eizelle zu gelangen, stattdessen wurden verschiedene andere Mechanismen zur Verbreitung entwickelt. Der ursprünglichste ist die Windbefruchtung, Gymnospermen (Nacktsamer) wie die Nadelbäume nutzen fast nur diese. Bei den Angiospermen (Bedecktsamer, Blütenpflanzen) wird dagegen auch auf Tiere gesetzt.

präzise Zustellung des Pollens

Die Fortbewegung durch die Luft (Windbefruchtung) ist unpräzise, von Wind und Regen abhängig und davon, in welcher Entfernung die nächste Eizelle angetroffen werden kann. So werden sehr große Mengen Pollen frei gesetzt, was im Frühjahr und Frühsommer als gelber Staub gut zu sehen ist. Pollensäcke helfen teils beim Schweben, der Pollen selbst ist möglichst leicht. Oft blühen diese Pflanzen noch bevor die Blätter sich im Frühjahr ganz entfaltet haben, damit nicht so viel Pollen an den Blättern hängen bleibt, um dann nutzlos vom nächsten Regen zu Boden gespült zu werden.

Bei der Tierbestäubung ist die Zustellung des Pollens sehr viel präziser. Dafür sind deutlich aufwändigere Blüten nötig, dazu weitere Lockstoffe (Geruch, Nektar) und die Blüte muss natürlich auch stabil genug sein, die zur Verbreitung des Pollens nötigen Tiere zu tragen. Der Pollen ist in dem Fall klebrig (und schwerer) und haftet so gut an den Tieren.

Einige Samenpflanzen sind außerdem zu sekundärem Dickenwachstum fähig, d.h. der Spross wächst nicht nur in die Höhe, sondern auch kontinuierlich und verholzend in die Breite (siehe auch hier).

Samenpflanzen werden in Nacktsamer (Gymnospermen, z.B. Nadelbäume) und Bedecktsamer (Angiospermen, Blütenpflanzen) unterteilt.

Gymnosperme; ein mächtiger, alter Nadelbaum

Die Gymnospermen sind dabei viel älter, „echte“ Blütenpflanzen gibt es erst seit rund 150Mio Jahren (vorherrschend seit etwa 135Mio Jahren).
Die Begriffe werden z.T. unterschiedlich genutzt: So kann man durchaus auch bei Nadelbäumen von Blüten lesen (es handelt sich bei den „Blüten“ der Nadelbäume meist um Staubblätter und Fruchtblätter, die an unterschiedlichen Zapfentypen sitzen). Die „echten“ Blütenpflanzen sind allerdings Teil der Angiospermen=Bedecktsamer. Die Begriffe Blütenpflanzen und Angiospermen werden dazu häufig synonym benutzt. Aber ausschließlich die Angiospermen können, per definitionem, Früchte bilden, da nur sie einen Fruchtknoten besitzen.

Gymnospermen

Zu den Gymnospermen (=Nacktsamer) gehören die Cycadeen, Gingko-Gewächse, Gneto-Gewächse und Koniferen. Die Koniferen sind das, was man als „Nadelbaum“ kennt: Fichten, Kiefern, Zypressen, Eiben und andere. Sie sind sehr viel artenreicher und verbreiteter in der Welt, als die restlichen Klassen der Gymnospermen.

Gymnospermen haben im Gegensatz zu den Angiospermen (Bedecktsamern) noch keinen Fruchtknoten, in dem sich die Samen entwickeln können und bilden damit auch keine Früchte. Auch das Gefäßsystem zur Wasser- und Nährstoffleitung unterscheidet sich von dem der Angiospermen.

Nadelbäume (Koniferen)

ein riesiger Wald, aber nur 2 Arten: Fichten und Lärchen im Herbstkleid

Die Nadelbäume sind zwar am artenreichsten unter den Nacktsamern, aber auch sie stellen heute gerade mal etwa 800 Arten weltweit. Zum Vergleich: bei den Bedecktsamern (Blütenpflanzen) sind es mindestens 250.000 Arten. Die wenigen Nadelbaumarten, die es gibt, bedecken allerdings große Areale in der Welt, z.B. riesige Flächen in Sibirien oder Nordamerika. Sie können sich vor allem in den kalten, eher trockenen Regionen der Erde gegen die Blütenpflanzen durchsetzen.

Konifere heißt übersetzt „Zapfenträger“. Tatsächlich haben sehr viele Nadelbäume ihre Fortpflanzungsorgane an Zapfen sitzen. Häufig gibt es „männliche“ und „weibliche“ Zapfen, die sich aber meist am selben Baum befinden. In den männlichen Zapfen wird der Pollen zur Windbestäubung gebildet, in den weiblichen Zapfen findet die Befruchtung statt und der Samen reift in ihnen heran.

Die meisten Arten sind immergrün, betreiben im Winter aber nur begrenzt (an warmen, sonnigen Tagen) Photosynthese. Da sie im Frühjahr nicht erst aufwändig Blätter bilden müssen, können sie so bereits die ersten warmen Frühlingstage voll nutzen. Damit sind sie die Bäume für kurze Vegetationsperioden.

Die Nadeln vertragen die Kälte durch einige Anpassungen: z.B. eine dicke Wachsschicht (Cuticula) und Spaltöffnungen in Gruben.

Nadeln vertragen sehr tiefe Temperaturen

Die Spaltöffnungen dienen dem Gasaustausch, über sie wird aber auch durch Verdunstung viel Feuchtigkeit verloren. Das wird im Winter zum Problem, wenn der Boden tief gefroren ist und so kein neues Wasser mehr aufgenommen werden kann. Abgesenkte Spaltöffnungen verringern das Verdunstungsrisiko. Dazu sind die Nadeln sehr hart und der Zellsaft ist mit „Frostschutz“ angereichert. Würde der Zellsaft einfrieren, würden die so gebildeten Kristalle die Membranen und inneren Zellstrukturen zerstören. Auch die Zell-Membran selbst ist modifizierbar. Es können mehr ungesättigte Fettsäuren eingebaut werden, damit auch bei Frost eine gewisse Fluidität bewahrt wird.
Die Wuchsform und biegsame Äste verhindern Schneebruch. Laubbäume sind davon sehr viel bedrohter, vor allem im Herbst und Frühjahr, wenn sie schon/noch Blätter haben. Die dünnen Nadeln der Nadelbäume bieten zudem Schnee und Wasser weniger Möglichkeit, sich auf ihnen anzutürmen.

Anders als bei vielen Laubbäumen, findet das Höhenwachstum nur am Hauptstamm statt. Dieser unterdrückt hormonell das gleichzeitige Austreiben eines zweiten Stamms. Bricht die Spitze ab, wird die Hormonsteuerung einige Zeit ungenau. Jetzt kann es passieren, dass sich mehrere neue Spitzen bilden und auch ein Nadelbaum zwei „Stämme“ bildet.

Angiospermen/Bedecktsamer (Blütenpflanzen)

Blüte

Die Bedecktsamer blicken auf eine große Erfolgsgeschichte zurück. Sie haben es geschafft, fast die ganze Welt zu besiedeln, sie bieten mehrere Hunderttausend Arten auf, von winzig klein bis zu mächtigen Bäumen. In Wüstenregionen, im Regenwald, im Gebirge und selbst in der Antarktis sind sie zu finden. Sie sind immergrün oder nur sommergrün, Rankpflanzen, Wasserpflanzen, fleischfressende Pflanzen, nur im Frühjahr aus Zwiebeln austreibend oder groß und verholzt.

Die interessantesten Blüten existieren, z.B. passgenau zugeschnitten auf die eine Insektenart, die für die Pollenverbreitung zuständig ist oder Fliegen über Aasgeruch anlockend oder leuchtend bunt und duftend mit wohlschmeckendem Nektar. Auch Windbestäuber mit sehr unauffälligen Blüten gibt es unter den Bedecktsamern.

der Haselnussstrauch blüht zeitig im Jahr und verbreitet seine Pollen mit Hilfe des Windes

Die Windbestäubung findet dabei oft schon vor dem Austreiben der Blätter im Frühjahr statt. So soll verhindert werden, dass der Pollen an den Blättern hängen bleibt und dann mit dem nächsten Regen zu Boden gewaschen werden. Die Insektenbestäubung dagegen ist zum einen vom Laub unabhängig, zum anderen kommen viele Insekten erst, wenn die Fröste zuverlässig vorbei sind. So blühen Apfelbaum und Co erst im Frühsommer.

Die meisten Angiospermen haben in einer Blüte männliche und weibliche Fortpflanzungsorgane vereint: der weibliche Fruchtknoten und das männliche Staubblatt. Teils ist das Ganze mit Mechanismen ausgestattet, um eine Selbstbefruchtung zu verhindern.

Nach der Befruchtung wächst dann geschützt im Fruchtknoten der Samen heran. Dies ist ein Hauptunterschied zu den Nacktsamern: der geschlossene Fruchtknoten, der sich zur Frucht ausbilden kann. Durch eine „doppelte Befruchtung“ wird zusätzliches Nährgewebe für den Embryo geschaffen.

Nun stellt sich für die Pflanze die Frage, wie der Samen verbreitet werden kann. Für die Pflanze macht es Sinn, wenn der Samen ein Stück weg von der Mutterpflanze ein Plätzchen für sich findet. So kann eine Ausbreitung der Art stattfinden und die Mutter- und die Tochterpflanze nehmen sich gegenseitig nicht Sonnenlicht, Nährstoffe und Wasser weg. Und falls sich die Bedingungen ändern am Standort, ist eine weitere Verteilung der Art sehr vorteilhaft, damit nicht alle Pflanzen Schaden nehmen.

manchmal hilft auch der Mensch bei der Verbreitung des Samens

Es gibt Samen, die durch die Luft verbreitet werden, teils aus explodierenden Kapseln katapultiert oder leicht genug, um mit dem Wind zu schweben, als Kletten über Tierfell auf Reisen oder mit Propeller und Segel zur weiteren Windverbreitung ausgestattet. Und natürlich als essbare Früchte: darauf getrimmt, gut zu schmecken und gut auszusehen und so Tiere anzulocken. Die Früchte sind dabei oft erst genießbar, wenn der Samen im Inneren reif ist. Das wird den Tieren auch durch Farbe und Geruch angezeigt. Die Tiere fressen entweder nur das Fruchtfleisch und lassen den Kern irgendwo fallen oder sie verdauen die Frucht mit den Samen und scheiden die Samen unbeschadet wieder aus. Noch einen anderen Weg schlägt z.B. die Hasel ein: die Haselnuss ist der Samen, sie hat kein Fruchtfleisch drum herum. Wird sie gegessen, kann aus diesem Samen keine Pflanze mehr wachsen. Trotzdem ist die Haselnuss nicht giftig, sondern sogar für einige Tiere sehr schmackhaft. Der Trick ist, dass Tiere, wie z.B. das Eichhörnchen oder Mäuse, Wintervorräte mit Haselnüssen anlegen. Sie vergraben an unterschiedlichen Stellen Nüsse, finden aber nicht alle wieder. Die Nüsse, die ungefressen durch den Winter kommen, können perfekt in der Erde versenkt im kommenden Frühjahr austreiben. Ähnlich verfahren auch z.B. die Kastanie, die Eiche und die Buche.