Botanik

Botanik, ilk insanların yenilebilir, şifalı ve zehirli bitkileri tanımlama ve daha sonra yetiştirme çabalarıyla herboloji olarak tarih öncesinde ortaya çıktı ve bu da onu bilimin en eski dallarından biri haline getirdi. Genellikle manastırlara bağlı orta çağ fizik bahçeleri, tıbbi öneme sahip bitkiler içeriyordu. Bunlar 1540'lardan itibaren kurulan üniversitelere bağlı ilk botanik bahçelerinin öncüleriydi. Bu bahçelerin en eskilerinden biri Padova botanik bahçesiydi. Bu bahçeler, bitkilerin akademik olarak çalışılmasını kolaylaştırdı. Bitki koleksiyonlarını kataloglama ve açıklama çabaları, bitki taksonomisinin de başlangıcıydı ve bu çabalar botaniği 1753'te, Carl Linnaeus'un bugüne kadar kullanımda olan ikili adlandırma sistemine götürdü.

19. ve 20. yüzyıllarda, bitkilerin incelenmesi için optik mikroskopi ve canlı hücre görüntüleme yöntemleri, elektron mikroskobu, kromozom sayısının analizi, bitki kimyası ve enzimlerin ve diğer proteinlerin yapısı ve işlevi dahil olmak üzere yeni teknikler geliştirildi. 20. yüzyılın son yirmi yılında botanikçiler, bitkileri daha doğru bir şekilde sınıflandırmak için genomik ve proteomik ve DNA dizileri dahil olmak üzere moleküler genetik analiz tekniklerini kullandılar.

Modern botanik, bilim ve teknolojinin diğer alanlarının çoğundan girdiler içeren geniş, çok disiplinli bir konudur. Araştırma konuları arasında bitki yapısı, büyüme ve farklılaşma, üreme, biyokimya ve birincil metabolizma, kimyasal ürünler, gelişme, hastalıklar, evrimsel ilişkiler, sistematiği ve bitki taksonomisi çalışmaları yer alır. 21. yüzyıl bitki bilimindeki baskın temalar, bitki hücrelerinin ve dokularının farklılaşması sırasında gen ekspresyonunun mekanizmaları ve kontrolü olan moleküler genetik ve epigenetiktir. Botanik araştırmaları, temel gıda, kereste, yağ, kauçuk, lif ve ilaç gibi malzemeleri, modern bahçecilikte, tarım ve ormancılıkta, bitki çoğaltmada, ıslahta ve genetik modifikasyonda, inşaat için kimyasalların ve hammaddelerin sentezinde kullanmada çeşitli uygulamalara sahiptir ve enerji üretimi, çevre yönetimi ve biyolojik çeşitliliğin sürdürülmesi konularını içerir.

Erken botanik

Botanik orijinli olan herbalizm, bitkileri tıbbi özellikleri sebebiyle kullanma çalışmalarıdır. Holosen dönemine ait birçok kayıt, erken botanik bilgisinin 10.000 yıl öncesine kadar uzandığını göstermektedir. Bu kayıt dışı bitki bilgisi, günümüzde Cherokee topraklarının çoğunu oluşturan Tennessee'deki insan işgalinin eski bölgelerinde keşfedildi. İlk kaydedilen botanik tarihi, birçok eski yazı ve bitki sınıflandırmasını içerir. Erken botanik eserlerin örnekleri, Hindistan'dan MÖ 1100 öncesine dayanan eski metinlerde, arkaik Avestan yazılarında ve MÖ 221'de birleşik olmayan Çin'den gelen çalışmalarda bulunmuştur.

Modern botaniğin kökleri Antik Yunan'a özellilke Aristoteles'in öğrencisi olan Theophrastus (c. 371-287 BC)'a dayanır. Aristo'nun çalışmaları botaniğin ilkelerinin birçoğu açıklar ve Aristo bilimsel topluluk tarafından yaygın bir biçimde "Botaniğin babası" olarak isimlendirilir. adlı başlıca çalışmaları, "Enquiry into Plants ve On the Causes of Plants" neredeyse on yedi yüzyıl sonra, Orta Çağlara kadar botanik bilimine en önemli katkıları oluşturur.

Botanik üzerinde erken bir etki yaratan Antik Yunan'dan bir başka eser, birinci yüzyılın ortalarında Yunan doktor ve farmakolog Pedanius Dioscorides tarafından yazılan bitkisel ilaçlarla ilgili beş ciltlik bir ansiklopedi olan De Materia Medica'dır. De Materia Medica, 1500 yıldan fazla bir süredir geniş çapta okunmaktadır. Ortaçağ Müslüman dünyasından önemli katkılar arasında İbn Vahşiyye'nin Nabatean Tarımı, Abū Ḥanīfa Dīnawarī'nın (828-896) Bitkiler Kitabı ve İbn Bassal'ın Toprakların Sınıflandırılması bulunmaktadır. 13. yüzyılın başlarında, Abu al-Abbas al -Nabati ve Ibn al-Baitar (ö. 1248) sistematik ve bilimsel bir şekilde botanik üzerine çalışmalar yaptı.

16. yüzyılın ortalarında, bir dizi İtalyan üniversitesinde " botanik bahçeleri " kuruldu - 1545'teki Padua botanik bahçesi genellikle orijinal konumunda olan ilk bahçe olarak kabul edilir. Bu bahçeler, bitkilerin tıbbi kullanım için yetiştirildiği, genellikle manastırlarla ilişkilendirilen eski "fizik bahçelerinin" pratik değerini sürdürdü. Botaniğin büyümesini akademik bir konu olarak desteklediler. Bahçelerde yetişen bitkiler hakkında dersler verildi ve tıbbi kullanımları gösterildi. Botanik bahçeleri çok daha sonra kuzey Avrupa'ya geldi; İngiltere'de birincisi, 1621'de Oxford Üniversitesi Botanik Bahçesi idi. Bu dönem boyunca, botanik tıbba sıkı sıkıya bağlı kaldı.

Alman hekim Leonhart Fuchs (1501-1566), ilahiyatçı Otto Brunfels (1489-1534) ve doktor Hieronymus Bock (1498-1554) (Hieronymus Tragus olarak da anılır) ile birlikte "üç Alman botanik babasından” biriydi. Fuchs ve Brunfels, kendi orijinal gözlemlerini yapmak için önceki çalışmaları kopyalama geleneğinden koptu. Bock kendi bitki sınıflandırma sistemini yarattı.

Hekim Valerius Cordus (1515-1544), botanik ve farmakolojik açıdan önemli bir bitkisel eser olan Historia Plantarum'u 1544'te ve kalıcı öneme sahip bir farmakope olan Dispensatorium'u 1546'da yazdı. Naturalist Conrad von Gesner (1516-1565) ve bitki uzmanı John Gerard (1545– c. 1611) bitkilerin tıbbi kullanımlarını kapsayan eserler yayımladılar. Doğa bilimci Ulisse Aldrovandi (1522-1605), bitkilerle ilgili çalışmaları da içeren doğa tarihinin babası olarak kabul edildi. Polymath Robert Hooke, 1665 yılında erken bir mikroskop kullanarak mantarda ve kısa bir süre sonra canlı bitki dokusunda kendi icat ettiği bir terim olan hücreleri keşfetti.

Erken modern botanik

18. yüzyılda, bitki tanımlama sistemleri, tanımlanamayan bitkilerin karakter çiftleri arasında bir dizi seçim yapılarak taksonomik gruplara (örneğin aile, cins ve tür) yerleştirildiği ikili anahtarlara benzer şekilde geliştirildi. Karakterlerin seçimi ve sırası, tamamen tanımlama (teşhis anahtarları) için tasarlanmış anahtarlarda yapay olabilir veya sinoptik anahtarlardaki taksonların doğal veya fiziksel düzeniyle daha yakından ilişkili olabilir. 18. yüzyıla gelindiğinde, yeni keşfedilen ülkelerden ve dünya çapındaki Avrupa kolonilerinden artan sayıda araştırma için yeni bitkiler Avrupa'ya geliyordu. 1753'te Carl von Linné (Carl Linnaeus), modern botanik terminolojinin referans noktası olan bitki türlerinin hiyerarşik bir sınıflandırması olan Species Plantarum'unu yayınladı. Bu, ilk adın cinsi temsil ettiği ve ikincisinin cins içindeki türleri tanımladığı standart bir iki terimli veya iki parçalı adlandırma şeması oluşturdu. Linnaeus'un Systema Sexuale eseri bitkileri erkek organların sayısına göre 24 grupa ayırmıştır. 24. grup olan Cryptogamia, gizlenmiş üreme kısımlarına sahip tüm bitkileri, yosunları, ciğerotları, eğrelti otları, algler ve mantarları içermektedir.

Bitki anatomisi, morfolojisi ve yaşam döngüleri hakkındaki artan bilgi, bitkiler arasında Linnaeus'un yapay cinsel sisteminden daha fazla doğal afinite olduğunun farkına varılmasına yol açtı. Adanson (1763), de Jussieu (1789) ve Candolle (1819), bitkileri daha geniş bir ortak karakter yelpazesi kullanarak gruplandıran ve yaygın olarak takip edilen çeşitli alternatif doğal sınıflandırma sistemleri önerdi. Candollean sistemi, morfolojik karmaşıklığın ilerleyişine ilişkin fikirlerini yansıtıyordu ve daha sonra 19. yüzyılın ortalarına kadar etkili olan Bentham & Hooker sistemi, Candolle'un yaklaşımından etkilendi. Darwin'in Türlerin Kökeni'ni 1859'da yayınlaması ve ortak soy kavramı, yalnızca morfolojik benzerlikten farklı olarak evrimsel ilişkileri yansıtmak için Candollean sisteminde değişiklikler yapılmasını gerektiriyordu.

Botanik, ilk "modern" ders kitabı olan Matthias Schleiden'den Almanca: Grundzüge der Wissenschaftlichen Botanik ortaya çıkışıyla büyük ölçüde canlandı. Bilimsel Botanik İlkeleri olarak 1849'da İngilizce olarak yayınlandı. Schleiden, Theodor Schwann ve Rudolf Virchow ile birlikte hücre teorisini kuran ve Robert Brown tarafından 1831'de tanımlanan hücre çekirdeğinin önemini ilk kavrayanlardan biri olan bir mikroskopist ve erken bir bitki anatomistiydi. 1855'te Adolf Fick, Fick'in biyolojik sistemlerdeki moleküler difüzyon oranlarının hesaplanmasını sağlayan yasalarını formüle etti.

Geç modern botanik

Gregor Mendel (1822-1884) ile ortaya çıkan gen kromozom kalıtım teorisine dayanan August Weismann (1834-1914), kalıtımın yalnızca gametler aracılığıyla gerçekleştiğini kanıtladı. Başka hiçbir hücre, miras alınan karakterleri aktaramaz. Katherine Esau'nun (1898-1997) bitki anatomisi üzerine yaptığı çalışma, hala modern botaniğin önemli bir temelidir. Plant Anatomy and Anatomy of Seed Plants kitapları, yarım yüzyıldan uzun süredir önde gelen bitki yapısal biyolojisi metinleridir.

Bitki ekolojisi disiplininin öncülüğünü, bitkilerin topluluklar oluşturduğu hipotezini üreten Eugenius Warming ve bitki yaşam formlarını tanımlama sistemi bugün hala kullanımda olan danışmanı ve halefi Christen C. Raunkiær gibi botanikçiler tarafından 19. yüzyılın sonlarında başlatıldı. Ilıman geniş yapraklı orman gibi bitki topluluklarının bileşiminin ekolojik bir ardışık süreçle değiştiği kavramı Henry Chandler Cowles, Arthur Tansley ve Frederic Clements tarafından geliştirilmiştir. Clements, bir çevrenin destekleyebileceği en karmaşık bitki örtüsü olarak doruk bitki örtüsü fikriyle tanınır ve Tansley ekosistem kavramını biyolojiye tanıtmıştır. Alphonse de Candolle'un daha önceki kapsamlı çalışmasına dayanan Nikolai Vavilov (1887-1943), ekonomik bitkilerin biyocoğrafyası, menşe merkezleri ve evrimsel tarihinin hesaplarını üretmiştir.

Özellikle 1960'ların ortalarından bu yana, terleme (suyun bitki dokuları içinde taşınması), yaprak yüzeyinden su buharlaşma oranlarının sıcaklığa bağımlılığı ve suyun moleküler difüzyonu gibi bitkisel fizyolojik süreçlerinin fiziğinin anlaşılmasında ilerlemeler kaydedilmiştir. Stomataaçıklıkları yoluyla buhar ve karbondioksit salınır. Bu gelişmeler, stoma açıklıklarının boyutunu ve fotosentez oranını ölçmek için yeni yöntemlerle birleştiğinde, bitkiler ve atmosfer arasındaki gaz değişim oranlarının tam olarak tanımlanmasını sağladı. Rothamsted Experimental Station'daki Ronald Fisher, Frank Yates ve diğerleri tarafından istatistiksel analizdeki yenilikler, botanik araştırmada rasyonel deneysel tasarımı ve veri analizini kolaylaştırdı. 1948'de Kenneth V. Thimann tarafından oksin bitki hormonlarının keşfi ve tanımlanması, bitki büyümesinin dışarıdan uygulanan kimyasallarla düzenlenmesini sağladı. Frederick Campion Steward, bitki hormonları tarafından kontrol edilen mikro çoğaltma ve bitki doku kültürü tekniklerine öncülük etti. Sentetik oksin 2,4-Diklorofenoksiasetik asit veya 2,4-D, ilk ticari sentetik herbisitlerden biriydi.

Bitki biyokimyasındaki 20. yüzyıl gelişmeleri, spektroskopi, kromatografi ve elektroforez gibi modern organik kimyasal analiz teknikleri tarafından yönlendirilmiştir. Moleküler biyoloji, genomik, proteomik ve metabolomiklerin ilgili moleküler ölçekli biyolojik yaklaşımlarının yükselişiyle, bitki genomu ile bitkilerin biyokimyası, fizyolojisi, morfolojisi ve davranışlarının çoğu yönü arasındaki ilişki ayrıntılı deneysel analize tabi tutulabilir. İlk olarak 1902'de Gottlieb Haberlandt tarafından , tüm bitki hücrelerinin totipotent olduğu ve in vitro olarak yetiştirilebileceği fikri , nihayetinde genetik mühendisliğinin deneysel olarak belirli bir özellikten sorumlu bir gen veya genleri yok etmek için kullanılmasını sağladı. ilgilenilen bir genin ifade edildiğini bildiren GFP gibi genler eklendi. Bu teknolojiler, pestisitleri, antibiyotikleri veya diğer farmasötikleri sentezlemek için biyo-reaktörlerde yetiştirilen bütün bitkilerin veya bitki hücresi kültürlerinin biyoteknolojik kullanımına ve ayrıca gelişmiş verim gibi özellikler için tasarlanmış genetiği değiştirilmiş mahsullerin pratik uygulamasına olanak tanır.

Modern sistematik, bitkiler arasındaki filogenetik ilişkileri yansıtmayı ve keşfetmeyi amaçlamaktadır. Modern Moleküler filogenetik, veri olarak DNA dizilerine dayanarak morfolojik karakterleri büyük ölçüde göz ardı eder. Çoğu çiçekli bitki familyasından DNA dizilerinin moleküler analizi, Angiosperm Phylogeny Group'un 1998 yılında çiçekli bitkilerden oluşan bir filogeniyi yayınlamasına ve anjiyosperm aileleri ve türler arasındaki ilişkiler hakkındaki birçok soruyu yanıtlamasına olanak sağladı. Bitki türlerinin ve ticari çeşitlerin DNA barkodlama ile tanımlanmasına yönelik pratik bir yöntemin teorik olasılığı, aktif güncel araştırmaların konusudur.

Kapsam ve önemi

Bitkilerin incelenmesi hayati önem taşımaktadır, çünkü insanlara ve diğer organizmalara var olmaları gereken kimyasal enerjiyle aerobik solunum sağlayan oksijen ve besinlerin büyük bir kısmını üreterek Dünya'daki neredeyse tüm hayvan yaşamını desteklerler. Bitkiler, algler ve siyanobakteriler, su ve karbondioksiti hem kimyasal enerji kaynağı hem de organik moleküllerin kaynağı olarak kullanılabilen şekere dönüştürmek için güneş ışığının enerjisini kullanan bir süreç olan fotosentezi gerçekleştiren başlıca organizma gruplarıdır. Fotosentezin bir yan ürünü olarak bitkiler, hemen hemen tüm canlıların hücresel solunum için ihtiyaç duydukları bir gaz olan oksijeni atmosfere salarlar. Ayrıca küresel karbon ve su döngülerinde etkilidirler ve bitki kökleri toprağı bağlayarak stabilize ederek toprak erozyonunu önler. Bitkiler, toprağı oluşturup muhafaza etmenin yanı sıra insanlar için besin, oksijen, ilaç ve ürünler sağladıkları için insan toplumunun geleceği için çok önemlidir.

Tarihsel olarak, tüm canlılar ya hayvanlar ya da bitkiler olarak sınıflandırıldı ve botanik, hayvan olarak kabul edilmeyen tüm organizmaların incelenmesini kapsıyordu. Botanistler, bitki organelleri, hücreler, dokular, bütün bitkiler, bitki popülasyonları ve bitki toplulukları içindeki hem iç işlevleri hem de süreçleri inceler. Bu seviyelerin her birinde, bir botanikçi bitki yaşamının sınıflandırılması (taksonomi), filogenisi ve evrimi, yapısı (anatomi ve morfolojisi) veya işlevi (fizyolojisi) ile ilgilenebilir.

"Bitki" sıkı tanım sadece "toprak bitkiler" veya içeren embryophytes arasında, tohum bitkileri (açıktohumlu dahil olmak üzere, çam ve bitkilerin çiçek) ve serbest-spor oluşturan kriptogamların içeren eğrelti otları, clubmosses, kuzu yosunları, boynuzluciğerotları ve yosunlar. Embriyofitler, enerjisini güneş ışığından fotosentez yoluyla elde eden bir atadan gelen çok hücreli ökaryotlardır. Alternatif haploid ve diploid fazları olan yaşam döngüleri vardır. Olarak bilinen embryophytes cinsel haploid faz gametofit gelişmekte diploid embriyo besleyen sporofit ömrünün en azından kısmen için dokular içinde, daha gametofit kendisi üst sporofit beslenmektedir tohum bitkilerde. Daha önce Botanikçiler tarafından incelenmiştir, organizmaların diğer grupları (şimdi incelenen bakteriler bakteriyoloji, mantarlar () Mikoloji dahil -) liken 'i oluşturan mantarlara (Likenolojinin), non- chlorophyte yosun (Fikoloji) ve virüs (viroloji). Bununla birlikte, botanikçiler tarafından bu gruplara hala ilgi gösterilmekte ve mantarlar (likenler dahil) ve fotosentetik protistler genellikle başlangıç botanik kurslarında ele alınmaktadır.