Diversità vegetale

Prima che le piante colonizzassero la terra dal mare, i continenti erano aridi. Ora milioni di specie di microbi, piante e animali vivono sulla terraferma, ed è stata l'evoluzione delle piante terrestri che ha reso possibile tutto questo. Per comprendere questa sconcertante trasformazione, dobbiamo capire cosa sono esattamente le piante e come si sono evolute per affrontare le sfide della vita sulla terraferma.

Ci sono alcune caratteristiche che tutte le piante condividono, dagli alberi più alti al muschio più piccolo. Innanzitutto, tutte le piante sono eucarioti multicellulari. In secondo luogo, le piante producono il pigmento fotosintetico clorofilla in organelli chiamati cloroplasti, che consentono loro di produrre il proprio cibo utilizzando l'energia del sole. In terzo luogo, tutte le piante hanno celle circondate da pareti di cellulosa. Infine, tutte le piante hanno un ciclo vitale caratterizzato dall'alternanza delle generazioni, definita come il passaggio tra gli stadi multicellulari aploidi e diploidi nel corso del ciclo vitale. Qui, le generazioni si riferiscono a due diverse fasi multicellulari del ciclo di vita. Una fase è il gametofito aploide. Il gametofito produce gameti per mitosi, che si fondono durante la fecondazione per formare una cellula diploide, che poi subisce la mitosi per svilupparsi in uno sporofito. Lo sporofito, a sua volta, produce spore aploidi per miosi, completando il ciclo dando origine a nuovi gametofiti.

Sebbene tutte le piante condividano queste caratteristiche, ci sono forti differenze tra i diversi lignaggi vegetali nel modo in cui alcune di queste caratteristiche si esprimono. Esaminiamo questa diversità. Le piante terrestri si dividono in tre gruppi principali, le piante non vascolari, le piante vascolari senza semi e le piante da seme. Ognuno di questi gruppi contiene molte migliaia di specie.

I muschi appartengono alla divisione Bryophyta. Queste piante relativamente semplici hanno tre caratteristiche principali, una mancanza di tessuto vascolare, il gametofito è la fase dominante di vita libera del loro ciclo di vita e lo sporofito è piccolo, non ramificato e dipendente dal gametofito per la nutrizione.

Il successivo grande gruppo di piante terrestri ad evolversi furono le piante vascolari senza semi, rappresentate qui dalla divisione Monilophyta. Questo gruppo comprende le felci e gli equiseti. Queste piante hanno un vero tessuto vascolare ma non producono semi come le altre piante vascolari. Lo sporofito è dominante e ramificato con una cuticola cerosa e pori fogliari chiamati stomi che regolano lo scambio gassoso. Il gametofito è molto più piccolo, ma vive libero nella maggior parte dei membri di questo gruppo. Sia le spore di felce che lo sperma richiedono acqua liquida per la dispersione. Gli estesi apparati radicali e i tessuti vascolari sono innovazioni chiave nelle piante vascolari senza semi che forniscono supporto strutturale e consentono un'efficiente raccolta dell'acqua dal suolo.

Le piante da seme sono state il successivo grande gruppo ad evolversi. Ci sono due lignaggi principali in questo gruppo, le gimnosperme e le angiosperme. Sebbene differiscano in molti dettagli, tutti i semi di gimnosperme e angiosperme sono costituiti da un embrione e da una riserva di cibo circondata da un guscio protettivo chiamato rivestimento del seme. La riserva di cibo fornisce alla piantina risorse fino a quando non è in grado di nutrirsi da sola. Le gimnosperme includono alberi familiari come pini, abeti rossi e ginkgo. Lo sporofito è la fase dominante del ciclo vitale nelle gimnosperme. I gametofiti sono molto piccoli e crescono su coni maschili o femminili. Il vento trasporta il gametofito maschile, chiamato granuli di polline, ai gametofiti femminili. Dopo la fecondazione, una struttura femminile chiamata ovulo, si sviluppa in un seme. Le angiosperme, o piante da fiore, sono state il successivo gruppo di piante da seme ad evolversi. Questo gruppo è il gruppo di piante più diffuso e ricco di specie, tra cui molte piante e alberi familiari come gigli, querce e mele. Come le gimnosperme, gli sporofiti delle angiosperme sono grandi e vivono liberi e i gametofiti sono molto piccoli e separati in forme maschili e femminili. Ma a differenza delle gimnosperme, diversi animali possono impollinare i fiori oltre al vento, raccogliendo il polline quando visitano i fiori e distribuendolo quando partono per visitare gli altri. Dopo l'impollinazione e la fecondazione, l'ovaio si sviluppa in un frutto che contiene i semi.

Abbiamo ora completato il nostro tour semplificato della diversità vegetale che ha evidenziato alcuni tratti chiave delle piante, dal tessuto vascolare all'evoluzione dei frutti. Insieme, questi adattamenti hanno permesso alle piante di dominare la maggior parte dei biomi terrestri. In questo laboratorio, indagherai sulla diversità delle piante esaminando campioni provenienti dai diversi principali lignaggi di piante e osservando le loro strutture sia in laboratorio che sul campo.