Fissaidee 1

1. Il passaggio dalla vita acquatica alla terraferma

Le piante terrestri hanno tutte un unico antenato comune. Si sono infatti evolute da antiche alghe verdi imparentate alle attuali Charophyte. Per adattarsi agli ambienti terrestri hanno dapprima dovuto superare il problema della disidratazione, formando delle strutture superficiali in grado di evitare l’eccessiva perdita di acqua. Hanno poi dovuto fare i conti con la forza di gravità che in acqua, invece, è controbilanciata dalla spinta di Archimede. Inoltre hanno dovuto adattare i meccanismi della fotosintesi perché l’acqua “filtra” alcune lunghezze d’onda più di quanto possa fare l’aria e troppa luce può danneggiare l’apparato fotosintetico. La conquista della terra emersa ebbe per loro anche dei vantaggi: nell’aria infatti è disponibile una maggiore quantità di CO₂ e si trovavano in ambienti praticamente prive di predatori. Le prime piante avevano strutture più semplici delle attuali, e il lento adattamento ai nuovi ambienti terrestri è consistito anche nello sviluppo di organi come radici, fusti e foglie, o in strutture in grado di svolgere le stesse funzioni (analoghe).

2. I principali gruppi tassonomici delle piante terrestri /1

Le prime piante vivevano in ambienti relativamente umidi e avevano una forma che le faceva assomigliare alle attuali epatiche 

 e ai muschi.

In queste piante, raggruppate nelle briofite, il trasporto dell’acqua è molto rudimentale, per cui la loro altezza è sempre molto limitata.

3. I principali gruppi tassonomici delle piante terrestri /2

Tutte le piante comparse più di recente dal punto di vista evolutivo delle briofite vengono collettivamente chiamate tracheofite. Il nome è legato alla comparsa di un sistema di trasporto dell’acqua più efficiente soprattutto grazie alla capacità di usare una molecola detta lignina per impermeabilizzare e irrigidire le pareti delle cellule. Non solo l’uso della lignina consente di costruire strutture impermeabili in grado di trasportare acqua (dette tracheidi e trachee, da cui il nome di tracheofite) ma, essendo tale molecola molto rigida, consente alle piante in grado di usarla di crescere in altezza. Ciò offre a queste piante (a partire dalle antenate delle attuali licofite) un vantaggio competitivo non indifferente perché, stando più in alto, riescono a intercettare prima la luce. Sono le piante che iniziano a differenziare strutture come radici, fusti e foglie. Sono tipologie di piante che nel loro ciclo vitale sono sempre meno dipendenti dall’acqua, ma che non possono fare a meno di questa molecola per chiudere il loro ciclo vitale, ovvero per riprodursi. Le descriviamo collettivamente come pteridofite e sono quelle piante vascolari (tracheofite), che, al pari delle briofite, si riproducono per mezzo di spore. Comprendono i gruppi delle già citate licofite, degli equiseti e delle felci. Con la comparsa dei semi e con ulteriori adattamenti legati al trasporto dell’acqua, adattamenti tipici di quelle piante che chiamiamo spermatofite, la dipendenza dall’acqua si riduce ulteriormente perché non è più condizione necessaria per la riproduzione, consentendo a queste piante di dominare quasi tutti gli ambienti terrestri. Ovviamente la vita delle piante senza acqua non è possibile, e, a parità di altri fattori ambientali, maggiore è la quantità di acqua maggiore sarà la produttività di biomassa vegetale. Tuttavia queste piante possono adattarsi a condizioni in cui questa è poca, addirittura assente per periodi prolungati. Queste piante, che hanno appunto nel nome la caratteristica di fare i semi (dal greco “sperma”), sono divise in due gruppi: le gimnosperme, a cui appartengono per esempio le conifere, e le angiosperme, cioè le piante a fiore che ci circondano. Fra le spermatofite si trovano le piante più grandi e si riscontra la maggior biodiversità.

Il maggior numero di specie si trova proprio nelle piante in grado di fare una struttura particolare per la loro riproduzione, il fiore. Grazie a questa “invenzione” evolutiva, le angiosperme hanno avuto un grande successo ecologico. Inoltre, la continua corsa coevolutiva con gli impollinatori ha portato a una maggiore tendenza alla speciazione, per cui oggi le angiosperme sono il gruppo di piante attualmente viventi con il maggior numero di specie.

4. Il ciclo biologico delle piante /1

A differenza degli animali, in cui le uniche cellule aploidi, cioè con una sola copia per ogni cromosoma, sono quelle dei gameti, le piante hanno cellule somatiche la cui ploidia varia a seconda della “fase” o "generazione". Troviamo quindi individui costituiti di cellule aploidi che individui costituiti di cellule diploidi (cellule con 2 copie di cromosomi). Le piante quindi alternano una generazione (o fase) aploide a una diploide, e per tale motivo si dice che hanno un ciclo riproduttivo aplodiplonte.

La ploidia della generazione dipende dalla collocazione delle diverse tipologie di divisione cellulare, ovvero la mitosi e la meiosi.

Per comprendere meglio il ciclo biologico delle piante lo confrontiamo con l’esempio di ciclo a noi più noto, ovvero il ciclo che caratterizza la nostra specie, tipico dei mammiferi e di molti altri tipi di animali. Nella nostra specie le cellule che si formano dalla tipologia di divisione cellulare in grado di ridurre la ploidia, cioè la meiosi, non vanno incontro ad ulteriori divisioni cellulari. La meiosi produce cellule aploidi particolari, che si modificano per diventare gameti. Gameti di segno/sesso opposto si fondono (gamia) per dare una cellula detta zigote. La cellula dello zigote va incontro a una serie di divisione mitotiche per dare l’embrione che poi va a differenziare un organismo adulto all’interno del quale, in organi particolari detti gonadi, si differenzieranno cellule germinali. Queste vanno poi incontro a meiosi per dare gameti, e il ciclo si chiude. In questo tipo di ciclo tutte le cellule dell’organismo, tranne i gameti, sono diploidi, per cui questo ciclo viene definito diplonte.

5. Il ciclo biologico delle piante /2

Nel caso delle piante terrestri il prodotto della meiosi dà origine a cellule dette spore. Queste cellule vanno incontro a divisioni mitotiche, andando a costruire un individuo fatto di cellule aploidi. Questa generazione (o fase) viene detta gametofitica perché l’organismo aploide, detto gametofito, differenzia delle strutture specializzate in cui delle cellule si modificano in gameti. Gameti di segno opposto (di solito un gamete mobile -spermatozoide- identificato come maschile raggiunge un gamete non mobile -cellula uovo o ovocellula- identificato come femminile) vanno incontro a fusione -gamia- per dare uno zigote. Lo zigote diploide va incontro a una serie di divisioni mitotiche che danno prima l’embrione e poi vanno a costruire il corpo della pianta. Questa fase, o generazione, viene detta sporofitica perché l’organismo diploide, detto sporofito, differenzia strutture specializzate con cellule che vanno incontro a meiosi producendo cellule aploidi dette spore. E il ciclo si chiude. In questo tipo di ciclo ci sono quindi due fasi. A una fase in cui tutte le cellule dell’organismo sono aploidi e differenziano gameti dopo divisioni mitotiche segue la gamia, da cui si genera uno zigote che, per divisioni mitotiche, dà origine a un individuo diploide in grado di produrre meioticamente spore aploidi che chiudono il ciclo. Per questo motivo il ciclo viene definito aplodiplonte.

Nelle Briofite (muschi ed epatiche) è la forma aploide ad essere dominante e a fare la fotosintesi; è cioè la generazione che vediamo in ambiente. Nelle felci (Pteridofite) entrambe le generazioni sono fotosintetiche, anche se di solito la forma diploide (sporofito) è grande e complessa mentre il gametofito, costituito da poche centinaia di cellule, è quasi microscopico. Nelle spermatofite (gimnosperme e angiosperme) la forma aploide è ridotta a poche cellule, confinate all’interno degli ovuli (per quel che riguarda la parte femminile) e ai granuli di polline: è prima della fecondazione che alcune cellule della generazione aploide si differenziano nei gameti.

6. Gli organi delle piante /1

 È nelle angiosperme che si trovano due organi particolarmente interessanti per la nostra specie e per altri animali: i fiori e i frutti. Il fiore ha la funzione di aumentare le probabilità della dispersione del polline e la fecondazione, il frutto invece ha la funzione di contribuire alla dispersione del seme o dei semi. Le spermatofite hanno tipicamente una struttura ben diversificata in radici e germoglio, quest’ultimo formato da fusto e foglie.

Possono avere un portamento erbaceo e arboreo; nel secondo caso il fusto è lignificato. E’ nelle foglie della chioma che di solito avviene la fotosintesi, anche se in molte xerofite, cioè piante che vivono in ambienti aridi, è il fusto ad avere attività fotosintetica. 

La radice è un organo tipicamente sotterraneo che serve ad assorbire e trasportare l’acqua e i sali minerali dal terreno; inoltre l’apparato radicale permette di ancorare saldamente la pianta al terreno e ha un importante ruolo di accumulo delle riserve. Può essere di due tipologie principali, dette rispettivamente “fascicolata” e “a fittone”.

È spesso presente una radice primaria, che può continuare a crescere per tutta la vita della pianta e inoltre si possono sviluppare delle radici secondarie che permettono un aumento della superficie di assorbimento. La radice, analogamente al germoglio, ha un apice che riesce a crescere in lunghezza per progressiva divisione cellulare e successiva differenziazione e allungamento. Questo è possibile grazie ad un tipo di tessuto: il meristema apicale. 

7. Gli organi delle piante /2

Questo tessuto funge da riserva di cellule indifferenziate che si formano in continuazione per successive mitosi e permette la crescita longitudinale della pianta. Anche il germoglio cresce in lunghezza grazie all’attività di un meristema apicale che differenzia in continuazione porzioni di fusto da cui protrudono le foglie.

Il germoglio costituisce la parte aerea della pianta, con le foglie tipicamente deputate alla fotosintesi e il fusto con la funzione di sorreggerle e di consentire il flusso dell’acqua e dei sali minerali assorbito dalla radice dal terreno. Le piante a portamento erbaceo sono formate esclusivamente da cellule che derivano da questi due meristemi. Alcune piante, tipicamente alberi e arbusti, crescono anche in larghezza grazie ai meristemi secondari. Quello più interno porta alla formazione del sistema conduttore secondario mentre quello più esterno dà origine al sistema tegumentale secondario.

Il sistema conduttore è formato da due tipi diversi di tessuto: il primo, lo xilema, è formato da cellule di conduzione che a maturità sono morte e permette la risalita verso le foglie della linfa grezza, composta da acqua e sali minerali. Il floema, invece, è formato da cellule vive e permette il trasporto della linfa elaborata, costituita da acqua con disciolte molecole organiche e inorganiche, come zuccheri e aminoacidi e sali minerali, in tutti i tessuti che necessitano di nutrienti.