Gimnospermele sunt plante vasculare, cu semințe, purtătoare de conuri și lipsite de flori. Semințele lor se dezvoltă fie pe suprafața solzilor sau a frunzelor, adesea modificate pentru a forma conuri, fie la capătul unor tulpini scurte, ca la Ginkgo.
În prezent, există puțin peste 1.000 de specii de gimnosperme, în timp ce în trecut au existat mult mai multe specii, potrivit înregistrărilor fosile.
Gimnospermele au apărut în urmă cu aproximativ 365 de milioane de ani și au dominat pământul în urmă cu între 245 și 65 de milioane de ani, când angiospermele au preluat supremația.
Se credea că gimnospermele sunt un grup evolutiv natural cu un strămoș comun (o cladă), dar odată cu noile descoperiri din genetică, există dovezi care arată că nu este cazul. Oamenii de știință încă nu au stabilit relațiile evolutive, dar se pare că angiospermele au evoluat dintr-un grup dispărut de gimnosperme, deși nu este clar care dintre ele este ruda lor cea mai apropiată.
De departe, cel mai mare grup de gimnosperme de astăzi sunt coniferele (pini, chiparoși și rudele acestora), urmate de cicade, gnetofite (Gnetum, Ephedra și Welwitschia) și o singură specie de ginkgo.
Coniferele (uneori denumite Pinophyta) cuprind pinii, brazii, molizii, cedrii, chiparoșii și sequoia, care sunt, în mare parte, arbori și arbuști cu frunze veșnic verzi și asemănătoare unor ace.
Există o sută specii de cicade cunoscute în întreaga lume. Aceste plante au apărut în urmă cu 320 de milioane de ani și au atins apogeul în Epoca Mezozoică, când au trăit alături de dinozauri. După ce au supraviețuit atât de mult timp, cicadele din zilele noastre sunt în pericol de dispariție din cauza activităților umane.
În cele din urmă, grupul gnetofitelor este format din 70 de specii cunoscute, împărțite în trei genuri (Gnetum, Ephedra și Welwitschia mirabilis). Acest grup de plante nu are rude apropiate în viață. Welwitschia mirabilis apare în Deșertul Namib și a evoluat pentru a face față condițiilor hiperaride. Frunzele sale sunt canelate și au capacitatea de a colecta apa care condensează din ceață și de a o canaliza spre rădăcinile special adaptate pentru stocarea umidității. Ele produc conuri care sunt polenizate de gândacii Welwitschia, ce apar doar pe aceste plante.
Există doar un singur membru supraviețuitor al genului Ginkgo: Ginkgo biloba (arborele pagodelor), care se întâlnește în sălbăticie în China, dar este ușor de cultivat și în parcuri sau grădini. Acest arbore a rămas practic neschimbat față de acum 80 de milioane de ani.
Ciclul de viață al gimnospermelor
Aproape toate plantele terestre se reproduc prin intermediul a două faze distincte și alternante: o fază sexuată, care produce și eliberează gameții (celulele sexuale) și o fază de dispersie. Faza sexuată este cunoscută sub denumirea de generație gametofit sau generație haploidă (n), iar faza de dispersie este cunoscută sub denumirea de generație sporofit sau generație diploidă (2n). La gimnosperme, la fel ca la toate plantele vasculare, sporofitul este generație dominantă.
Generația gametofit este redusă doar la câteva celule: sacul embrionar (la femelă) și grăuncioarele de polen (la mascul). Microsporii și macrosporii haploizi (fiecare spor are un singur set de cromozomi) sunt produși de către conurile masculine, respectiv de conurile feminine. Macrosporii se dezvoltă în sacul embrionar (macrosporofit) din interiorul ovulului. Microsporii se dezvoltă în grăuncioarele de polen (microsporofit) și sunt transferați de la conurile masculine la cele feminine cu ajutorul vântului sau al insectelor. Granulele de polen pătrund în ovule printr-un spațiu microscopic din peretele acestuia numit micropil, după care se maturizează și produc spermatozoizi.
Gametofiții nu trăiesc liber și sunt total dependenți de sporofit pentru apă, nutrimente și protecție. Cu toate acestea, nu este nevoie de apă din exterior pentru ca fertilizarea să aibă loc. La gimnosperme se întâlnesc două moduri de fertilizare: cicadele și ginkgo au spermatozoizi mobili, care ”înoată” în interiorul ovulului, în timp ce spermatozoizii coniferelor și gnetofitelor sunt transportați în sacul embrionar de-a lungul unui tub de polen care se formează în interiorul ovulului.
Odată ce are loc fuziunea dintre ovul și spermatozoid (fertilizarea), se formează un zigot diploid (2n), cu două seturi de cromozomi. Zigotul se transformă în embrion prin diviziune celulară (mitoză), iar în final se formează sămânța. Sămânța matură cuprinde embrionul și rămășițele gametofitului feminin, care servesc ca sursă de hrană. Apoi sămânța germinează și crește în forma matură a plantei (sporofitul matur).
Sporofitele (2n) produc conuri, în care sunt apoi produși microsporii și macrosporii haploizi (n). Aceștia au suferit un alt tip de diviziune celulară, denumit meioză, din care rezultă patru celule-fiice, fiecare cu jumătate din numărul de cromozomi ai celulei-părinte. Generarea gametofiților haploizi are loc în conurile feminine, care, în cele din urmă, vor elibera semințele sporofite diploide – și astfel ciclul continuă.