Transcript 05 a L`evoluzione delle piante terrestri

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David Sadava, H. Craig Heller, Gordon H. Orians, William K. Purves,
David M. Hillis
Biologia
La scienza della vita
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I viventi e la loro storia
L’evoluzione
delle piante
terrestri
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Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010
Le piante terrestri
Gli antenati delle piante terrestri
hanno sviluppato adattamenti
per vivere fuori dall’acqua.
Il gruppo più affine a quello delle
piante è quello delle alghe verdi
acquatiche dette carofite.
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I cicli vitali delle piante terrestri
La caratteristica condivisa
dei cicli vitali di tutte le
piante terrestri è
l’alternanza di
generazioni:
1. l’alternanza di individui
diploidi (2n) con individui
pluricellulari aploidi (n);
1. la produzione di gameti
per mitosi e la produzione di
spore tramite meiosi.
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• La diversificazione delle piante testimonia la loro
complessa storia evolutiva
Piante terrestri
Tracheofite
Briofite
(piante non vascolari)
Piante vascolari
senza semi
Piante con semi
Spermatofite
Angiosperme
Gimnosperme
Pteridofite
(felci e simili)
Licopodiofite (licopodi
e simili)
Muschi
Antocerote
Epatiche
Le piante si sono
evolute da un gruppo
di alghe verdi, una
linea ha dato origine
alle briofite, l’altra
ha dato origine alle
piante vascolari
(tracheofite).
Comparsa delle piante con semi
(360 milioni di anni fa)
Comparsa delle piante vascolari
(420 milioni di anni fa)
Figura 34.10A
Comparsa delle piante terrestri
(475 milioni di anni fa)
Classificazione delle piante
epatiche
briofite
antocerote
muschi
licopodiofite
psilotopsida
piante
equisetopsida
pteridofite
tracheofite
marattiopsida
polipoliopsida
cicadofite
gimnosperme
ginkofite
gnetofite
pinofite (conifere)
spermatofite
monocotiledoni
angiosperme
dicotiledoni
monocotiledoni
Agavaceae
Arecaceae
Bromeliaceae
Orchidaceae
Graminacee
dicotiledoni
Aizoaceae
Anacardiaceae
Asteraceae
Balsaminaceae
Boraginaceae
Brassicaceae
Cactaceae
Campanulaceae
Chenopodiaceae
Crassulaceae
Ericaceae
Euphorbiaceae
Fabaceae
Fagaceae
Lamiaceae
Lauraceae
Oleaceae
Orobanchaceae
Plantaginaceae
Rutaceae
Solanaceae
Sparganiaceae
angiosperme
Le piante non vascolari (Briofite)
La comparsa della cuticola permise alle piante non
vascolari di evitare la disidratazione in ambiente
terrestre.
Le piante non vascolari sono di piccola taglia e vivono
in aree con abbondante disponibilità di acqua.
Si ritiene che le più antiche piante terrestri dovessero
assomigliare molto alle attuali piante non vascolari, cioè
le epatiche, le antocerote e i muschi.
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Le epatiche e le antocerote
Le epatiche sono le uniche
rappresentanti odierne del gruppo
più antico di piante terrestri, alcune
hanno gametofiti fogliacei, altre
sono formate da strati verdi appiattiti
sul terreno.
Le antocerote hanno l’aspetto di
piccole corna che spuntano da un
tappeto verde, e sono provviste di
stomi.
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I muschi
I muschi, si trovano su substrati
umidi e freschi dove formano
cuscinetti e spessi tappeti.
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Il ciclo vitale di un muschio
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Le prime piante vascolari(Tracheofite)
La comparsa delle tracheidi (cellule
di forma allungata con pareti spesse
e lignificate) ha portato allo sviluppo
di un sistema vascolare, che è
composto da due tipi di tessuto
conduttore:
• lo xilema che conduce acqua e
minerali dalle radici verso le parti
aeree;
• il floema che trasporta zuccheri
provenienti dalla fotosintesi nelle
foglie a tutti i distretti della pianta.
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I licopodi
Nelle piante vascolari lo
sporofito diventa
indipendente dal gametofito
e si evolvono le radici.
I licopodi sono aggregati
in strutture chiamate
strobili: un insieme di
foglioline che portano le
spore inserite lungo un
asse.
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Equiseti
Gli Equiseti fanno parte del gruppo
delle pteridofite.
La caratteristica che distingue questo
gruppo è la presenza di vere e proprie
foglie.
Gli equiseti hanno il caratteristico
aspetto a scopino
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Nephrolepsis exaltata
Le felci
(Polipoliopsida)
Anche le Felci fanno parte del gruppo delle pteridofite.
Le felci:

vivono a tutte le latitudini
costituendo gran parte
della vegetazione del
sottobosco

presentano vasi conduttori
per l’acqua e le sostanze
nutritive

si riproducono per mezzo
di spore racchiuse negli
sporangi sulla superficie
inferiore delle foglie
Nephrolepsis exaltata
Asplenium
Adiantum hispidulum
Platycerium alcicorne
Blechnum discolor
Le felci
Psilotopsida
(Psilotopsida, Marattiopsida)
Marattiopsida
Angiopteris evecta
Ophioglossum vulgatum
Il ciclo vitale di una felce
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Le piante con semi
Il seme è una struttura specializzata costituita da un
embrione racchiuso all’interno di un rivestimento
protettivo.
Le piante con i semi utilizzano il polline per trasferire
sulle parti femminili le cellule che daranno origine ai
gameti maschili.
• Le gimnosperme sono le piante il cui seme non è
racchiuso in un frutto.
• Le angiosperme presentano semi contenuti all’interno
di un frutto.
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Il seme delle gimnosperme
Il seme è costituito da 3 diversi
tipi di cellule:
 l’embrione, il nuovo
sporofito (diploide)
 le cellule del gametofito
femminile (aploide), che
hanno funzione nutritiva e
circondano l’embrione
 il tegumento, che si trova
all’esterno ed è originato
dai tessuti diploidi
dell’ovulo
Le gimnosperme
I coni sono brevi fusti su cui
sono inserite delle squame
legnose, ciascuna delle quali
contiene due ovuli.
Gli strobili sono strutture
coniformi con squame
modificate che producono il
polline.
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Le gimnosperme
La presenza di tronchi legnosi ha permesso
alle piante con semi di svilupparsi molto in
altezza.
Le gimnosperme attuali sono classificate in
quattro gruppi principali: le cicadine (simili a
palme), le ginkofite, le gnetofite e le conifere
che comprendono pini, abeti, larici, sequoie e
cipressi, cedri.
Nel ciclo vitale delle gimnosperme i gametofiti
hanno dimensioni microscopiche e dipendono
per il nutrimento dallo sporofito.
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Il ciclo vitale delle gimnosperme
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Le angiosperme
 Le angiosperme sono oggi le piante più diffuse sul nostro
pianeta: occupano più del 90% della superficie terrestre in cui
sono presenti forme vegetali
 Comprendono tutti gli alberi a foglie larghe (latifoglie), le erbe dei
prati e la maggior parte delle piante coltivate
 Il grande successo delle angiosperme è dovuto allo sviluppo di
due organi speciali: il fiore e il frutto
 Il loro seme è protetto all’interno del frutto (per esempio il fagiolo
in un baccello)
Le caratteristiche delle angiosperme
Le angiosperme sono caratterizzate da:
1. doppia fecondazione;
1. produzione di un tessuto nutritivo detto endosperma;
1. ovuli e semi racchiusi in un carpello;
1. presenza di fiori;
1. produzione di frutti.
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Funzione dei fiori
I fiori hanno una funzione di richiamo per gli animali impollinatori.
Nei fiori avviene la riproduzione sessuata, si formano i semi e si
sviluppano i frutti
Struttura del Il fiore
Il fiore è la caratteristica
principale delle
angiosperme.
Le specie in cui si trovano
sia fiori maschili che fiori
femminili si dicono
monoiche, invece se
hanno sessi separati sono
dette dioiche.
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IL FRUTTO
Specie monoica: stami e pistilli sono sulla stessa pianta.
Castanea sativa
(Castagno)
Larix decidua
(Larice)
Specie dioica: stami e pistilli sono su piante diverse.
Ilex aquifolium L.
(Agrifoglio)
Actinidia chinensis
(Kiwi)
Specie monoica: stami e pistilli sono sulla stessa pianta.
Fiore Maschile:
castagno
Fiore Femminile:
castagno
Specie dioica: stami e pistilli sono su piante diverse.
Fiore Maschile: agrifoglio
Fiore femminile: agrifoglio
pianta annuale si intende un esemplare vegetale che compie il proprio ciclo vitale
in un anno o in una o due stagioni. Le piante annuali dedicano l'ultimo periodo
della loro vita a garantire la moltiplicazione della specie tramite la produzione di
semi di piccola o media grandezza.
Le piante annuali crescono, fioriscono e muoiono nell'arco di un anno, mentre quelle
perenni riescono a sopravvivere all'inverno per crescere e fiorire anche l'anno
successivo.
La strategia di molte piante annuali consiste in una rapida germinazione e crescita
seguita da una altrettanto veloce transizione a fiore, con la produzione del seme, il
tutto evitando di "sprecare" energia nella creazione di strutture permanenti.
Germinando non appena l'inverno è terminato, queste piante si sviluppano prima di
tutte le altre, eliminando la necessità di competere per la luce e per le sostanze
nutritive, un "trucco" essenziale per produrre il maggior numero di semi possibile nel
minor tempo possibile. Di fatto, le piante annuali “utilizzano" tutte le proprie cellule
non specializzate nello sviluppo dei fiori.
Le piante perenni (sopravvivono per più di due anni) hanno strategie di vita più
evolute per sopravvivere in condizioni difficili e formano strutture perenni capaci di
sopravvivere all'inverno, come bulbi, tuberi, gemme, che contengono gruppi di
cellule non specializzate che possono essere trasformate al momento opportuno nel
tipo richiesto per la formazione di organi come foglie e steli.
Parti non legnose
Funzione dei frutti
I frutti hanno la funzione di disperdere il seme a una certa distanza
dalla pianta d’origine, dove è più facile trovare spazio aperto e luce
solare. Nel corso della storia delle angiosperme si è evoluta una
grande varietà di frutti adattati a molteplici meccanismi di
dispersione dei semi, tra cui i frutti carnosi, mangiati dagli animali,
e i frutti alati, dispersi dal vento
Pesca, un frutto carnoso
Credits: Teodor Ostojic/Shutterstock
Samara, il frutto alato dell’acero
Credits: Rolf Klebsattel/Shutterstock
Struttura dei frutti
Il frutto si sviluppa dalla parete dell’ovario contemporaneamente ai
semi che racchiude. In alcuni casi, come nella pera e nella mela, la
parte carnosa si sviluppa a partire da altre strutture del fiore
Carpello:foglia metamorfosata che produce gli ovuli; nelle Gimnosperme sono aperti e portano esposti gli
ovuli nudi; nelle Angiosperme il c. ha i due margini laterali ripiegati l’uno verso l’altro, concresciuti a
formare un apparato chiuso, contenente gli ovuli, detto pistillo.
IL FRUTTO
È costituito dal seme e dal pericarpo. Nel
pericarpo si distinguono tre zone concentriche: la
parte più esterna viene detta esocarpo, quella
intermedia mesocarpo mentre la parte più
interna a contatto con il seme è l'endocarpo.
La classificazione tradizionale distingue i frutti in
carnosi e secchi ; questi ultimi vengono
ulteriormente suddivisi in deiscenti ed
indeiscenti, a seconda che, una volta maturi,
permettano la fuoriuscita del seme oppure no.
Spesso nel linguaggio comune vengono definite
come frutti alcune formazioni che in realtà non lo
sono; infatti il pomo deve essere considerato un
falso frutto. Allo stesso modo non è un frutto la
fragola che mangiamo, dato che deriva
dall'estremo sviluppo del ricettacolo che diviene
carnoso; ma si tratta di una infruttescenza, dove
i veri frutti sono rappresentati dai puntini esterni
(acheni). Altre infruttescenze normalmente
assimilate a frutti singoli sono il sorosio tipico del
gelso, ed il siconio prodotto dal fico domestico.
IL FRUTTO
Monocotiledoni e dicotiledoni
Le angiosperme si dividono in monocotiledoni, se
hanno un singolo cotiledone all’interno del seme, e
dicotiledoni se ne hanno due.
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Anatomia delle angiosperme
Tutti gli organi sono organizzati in
due apparati:
• il sistema aereo che
comprende fiori, fusto e foglie;
• il sistema radicale che ancora
la pianta al terreno.
Le angiosperme hanno un
sistema conduttore articolato: lo
xilema possiede speciali cellule
conduttrici (trachee) e cellule di
sostegno (fibre); mentre il floema
è costituito dai tubi cribrosi.
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RADICE
La banda del Caspary è
un ispessimento della
parete primaria che viene
impregnata di una
sostanza lipidica e
cerosa, molto simile alla
suberina ed alla lignina.
Tale sostanza rende
impermeabili le pareti. La
banda del Caspary gioca
un ruolo di primaria
importanza nel passaggio
delle sostanze nutritizie
dalla radice al resto della
pianta. Passaggio che
può avvenire solo
attraverso il protoplasma
cellulare.
Le radici
Il sistema radicale ha funzioni di ancoraggio al substrato
e di assorbimento di acqua e minerali.
Molte dicotiledoni possiedono radici a fittone, mentre le
monocotiledoni e alcune dicotiledoni possiedono un
sistema radicale fascicolato.
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FUSTO
Il cilindro centrale di una Gimnosperma o
di una Angiosperma Dicotiledone, si
presenta diverso da quello di una
Monocotiledone. Nelle prime i fasci cribro
vascolari sono del tipo collaterale aperto.
Tra un fascio e l'altro si dispongono i
raggi midollari primari, mentre al centro vi
è il midollo .
Fra il cilindro centrale e la corteccia si
trova uno strato di cellule detto periciclo.
Nelle Monocotiledoni, non essendo
presente il cambio, i fasci sono del tipo
collaterale chiuso. In genere la
distribuzione dei fasci è uniforme in tutto il
cilindro centrale
FUSTO
1. sughero:tessuto morto di protezione
2. floema: trasporta gli zuccheri prodotti dalla
fotosintesi a radici e a altre parti della pianta
(sughero e floema costituiscono la corteccia.
3. Cambio vascolare: produce xilema (legno)
all’interno e floema all’esterno.
4. Alburno: tessuto xilematico che contiene
canali (trachee e tracheidi) attraverso cui acqua
e soluti passano dal suolo alle foglie e a altre
parti della pianta.
5. Durame: composto da cellule morte (ex alburno)
Con funzioni di sostegno
Le foglie sono organi specializzati
Le foglie sono
responsabili di quasi
tutta la fotosintesi
effettuata dalla pianta.
Gli stomi regolano gli
scambi di acqua e di
diossido di carbonio tra
la pianta e l’ambiente.
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Foglie: nervature, margini, modificazioni, stomi
Il ciclo vitale delle angiosperme
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