Ciclo vitale e adattamenti delle piante: dalle alghe alle angiosperme

Definizione e ciclo delle alghe

Con il termine alga si indica comunemente un organismo di struttura semplice,autotrofo, unicellulare o pluricellulare, che produce ossigeno e che non presenta una differenziazione in tessuti veri e propri. Il ciclo delle alghe pluricellulari presenta un’alternanza di generazioni di una fase aploide con una diploide: una forma diploide che si riproduce per via asessuata si alterna a una forma aploide che si riproduce per via sessuata. La forma diploide che produce spore tramite meiosi è detta sporofito mentre la forma aploide che produce gameti mediante mitosi è detta gametofito. In alcune alghe, i gameti appaiono tutti uguali,condizione chiamata isogamia; in altre invece i gameti maschili e femminili hanno dimensioni diverse ma sono entrambi flagellati,chiameremo questa condizione anisogamia. Nella condizione,invece, che chiameremo oogamia,troveremo un gamete immobile corrispondente alla cellula uovo e un gamete più grosso e mobile corrispondete alla cellula spermatica maschile.

Adattamenti delle piante terrestri

Dal momento in cui le prime forme vegetali si insediarono sulla terra ferma,assunsero caratteristiche di adattamento. Quasi tutte le piante moderne,infatti, hanno caratteristiche comuni quali:

• Il rivestimento ceroso delle foglie,protezione che ricopre la superficie riducendo la perdita dell’acqua chiamata cuticola

• La presenza di stomi,ovvero aperture delle foglie e dei fusti erbacei attraverso cui si verificano gli scambi gassosi necessari alla fotosintesi.

• Sviluppo di organi riproduttivi pluricellulari, i gametangi e sporangi, nei quali le cellule riproduttive sono protette dalla disidratazione grazie ad uno strato di rivestimento.

Le piante si diversificarono poi in due linee evolutive differenti: una dette origine alle briofite mentre l’altra dette origine alle piante vascolari o tracheofite. La differenza tra le due linee evolutive è che le piante vascolari possiedono appunto un sistema vascolare in grado di trasportare acqua e sostanze nutritive verso tutto il corpo della pianta.

Evoluzione delle piante briofite

Le piante briofite si dividono in:epatiche e muschi. La loro caratteristica fondamentale è quella di essere sprovviste di radici vere e proprie e di solito si attaccano al substrato per mezzo dei rizoidi,cellule filamentose dalla forma allungata. La struttura è semplice: esse infatti non possiedono tessuti per la conduzione di acqua e proprio per questo motivo le loro dimensioni devono essere ridotte,in modo tale che al loro interno le sostanze possano muoversi per un movimento da cellula a cellula. I muschi tendono ad espandersi orizzontalmente in modo da restare in contatto con le superfici da cui traggono sostanze di cui hanno bisogno. Molte briofite hanno strutture a forma di foglia,contenenti pochi strati di cellula, nelle quali ha luogo la fotosintesi. Dato che sono sprovviste di radici possiamo trovarle più facilmente in luoghi umidi e paludosi poiché devono assorbire umidità attraverso tutti i loro tessuti.

Ciclo vitale delle briofite

Anche le briofite hanno un ciclo vitale con alternanza di generazioni: esso è caratterizzato dalla prevalenza di un gametofito aploide mentre lo sporofito diploide è temporaneo. Il ciclo vitale di un muschio comincia quando una spora aploide caduta sul terreno germina per formare un intreccio

di filamenti che si sviluppano in gametofiti aploidi. Se vi è sufficiente umidità vengono liberate dal gametangio maschile (anteridio) le cellule spermatiche flagellate che nuotano verso la cellula uovo posta nel gametangio femminile (archegonio). I muschi presentano oogamia; la fusione della cellula spermatica con la cellula uovo ha luogo all’interno del gametangio femminile, dove lo zigote si sviluppa in uno sporofito diploide non fotosintetico che rimane attaccato al gametofito e dipende da esso per il nutrimento. Lo sporofito è costituito da un unico grosso sporangio all’interno del quale,per meiosi, si formano le spore aploidi. Nelle briofite è frequente anche la riproduzione asessuata che avviene per frammentazione del gametofito. L’assenza di vasi conduttori, la dipendenza dall’acqua per la fecondazione e la prevalenza del gametofito sullo sporofito sono caratteristiche piuttosto primitive.

Caratteristiche delle piante vascolari

Un’importante caratteristiche delle piante vascolari che le rendono più evolute rispetto alle briofite è che sono provviste,all’interno del fusto, di un cilindro capace di trasportare acqua verso l’alto e prodotti della fotosintesi verso il basso. Questo sviluppo ha dato origine a una grande varietà di piante: possiamo infatti classificare le piante vascolari in nove divisioni.

Classificazione delle piante vascolari

Le piante vascolari sono suddivise in piante senza semi, le crittogame e piante con semi,le spermatofite. Le spermatofite sono a loro volta suddivise in gimnosperme,tra cui troviamo le conifere e le angiosperme,ossia le piante con fiori. Le gimnosperme hanno semi che non sono ricoperti da tessuti protettivi,mentre le angiosperme hanno semi racchiusi e protetti all’interno di strutture specializzate chiamate frutti

Innovazioni delle piante vascolari

Le innovazioni che troviamo nelle piante vascolari sono: la radice,struttura specializzata nell’ancoraggio e nell’assorbimento di acqua,la foglia, struttura specializzata nella fotosintesi e lo sviluppo di sistemi di conduzione. In tutte le piante vascolari il gametofito è più piccolo dello sporofito ed ha vita autonoma e indipendente da esso dal punto di vista nutritivo. Tuttavia,l’innovazione più importante è stata il seme,struttura complessa in cui l’embrione è racchiuso da un rivestimento esterno,il tegumento che deriva dai tessuti dello sporofito materno; il tegumento protegge l’embrione fino a che le condizioni climatiche non sono favorevoli alla sua germinazione.

Ciclo vitale delle felci

Le felci sono caratterizzate da foglie o fronde,suddivise in foglioline più piccole, o pinnule. Le spore sono prodotte per meiosi all’interno di sporangi che si trovano generalmente sul lato inferiore delle foglie. Cadendo sul terreno le spore aploidi prodotte per meiosi negli sporangi possono germinare e dare origine per mitosi al gametofito aploide,un organismo che si sviluppa sottoterra a pochi millimetri dalla superficie. Sul gametofito maturano la cellula uovo,all’interno dell’archegonio, e le cellule spermatiche, all’interno dell’anteridio. L’umidità e la pioggia fanno aprire l’archegonio cosicché i gameti maschili flagellati raggiungono la cellula uovo e, dalla fecondazione ha origine lo zigote diploide. Lo zigote,per mitosi, dà origine al nuovo sporofito diploide.

Ciclo vitale delle gimnosperme

Le gimnosperme sono piante con semi che comprendono una divisione più nota: quella delle conifere,degli abeti,dei pini,dei cedri del Libano,dei cipressi e delle sequoie giganti. Il ciclo vitale di una conifera comune è il seguente: la pianta produce due strutture specializzate,il cono maschile e il cono femminile,note come pigne; per meiosi,gli sporangi presenti su questi coni producono al loro interno microspore e megaspore. Lo sporangio femminile(ovulo) dà origine a una cellula madre della megaspora che per meiosi si divide in quattro cellule apolidi; tre degenerano,mentre una sviluppa al suo interno il gametofito femminile. Le microspore danno vita ai granuli pollinici,ossia gametofiti maschili immaturi; essi vengono liberati e,trasportati dal vento,raggiungono il cono femminile,dove germinano per mitosi producendo un tubolo pollinico; attraverso questo tubolo il gamete maschile giunge all’interno del gametofito e si unisce al gamete femminile. Dopo la fecondazione, l’ovulo produce il rivestimento più esterno del seme. Ogni seme è costituito contemporaneamente da tre diverse generazioni: al suo interno è presente l’embrione del nuovo sporofito diploide circondato dalle cellule del gametofito femminile aploide che hanno funzione nutritiva.

Riproduzione delle angiosperme

Le piante vascolari caratterizzate dalla presenza dei fiori sono le angiosperme,piante con semi racchiusi e protetti. Inizialmente,come tutt’ora,venivano impollinate dal vento oppure dagli insetti che dovevano essere attratti dai granuli pollinici e inavvertitamente cominciarono a trasportare il polline da una pianta all’altra. Si svilupparono così delle strutture secernenti una sostanza zuccherina,il nettare, che aveva proprio lo scopo di richiamare gli impollinatori; le piante iniziarono così a produrre piante di colori vivaci oppure intensamente profumate. Le angiosperme si differenziano anche per la presenza di frutti; fiore e frutto sono espedienti per ricompensare,ingannare e attrarre gli animali e per valorizzare le strategie riproduttive delle piante.

Nel ciclo vitale delle angiosperme, all’interno delle antere le cellule madri delle microspore, che sono diploidi, producono per meiosi le microspore aploidi, che danno origine ai granuli pollinici. Un granulo pollinico maturo è costituito da tre cellule aploidi,ossia da due cellule spermatiche,racchiuse in un’altra cellula più grande,la cellula del tubolo, che a sua volta è racchiusa dalla parete esterna ispessita del granulo. Una volta raggiunto lo stigma,il granulo pollinico germina e,sotto l’influenza del nucleo del tubolo pollinico si allunga e le cellule spermatiche penetrano nello stilo giungendo fino all’ovulo. Ciascun ovulo contiene la cellula madre della megaspora dove si forma il gametofito femminile costituito da sette cellule per un totale di otto nuclei aploidi: la grossa cellula centrale,infatti,contiene due nuclei aploidi,detti nuclei polari. Il nucleo di una delle due cellule spermatiche portato dal tubolo pollinico si fonde con il nucleo della cellula uovo. La cellula uovo si sviluppa in un embrione. Il nucleo della seconda cellula spermatica,invece,si unisce coi due nuclei polari in un processo di fusione tripla da cui deriva un tessuto specializzato detto endosperma,che circonda e nutre l’embrione. Dopo la doppia fecondazione,endosperma e zigote si dividono per mitosi

Struttura e funzione dei fiori

I fiori sono strutture riproduttive specializzate dove avviene la riproduzione sessuata,si formano i semi e si sviluppano i frutti. Dopo la fecondazione alcune parti del fiore si trasformano in frutto,struttura che protegge e racchiude il seme. La maggior parte dei fiori è costituita da quattro serie di componenti fiorali. Formano la parte più esterna i sepali,riuniti da una struttura detta calice. Internamente ai sepali ci sono i petali,riuniti a formare la corolla. I petali mettono in risalto il fiore tra le foglie verdi,attraendo cosi insetti o altri animali che vi posano per succhiare il nettare. All’interno della corolla ci sono gli stami,strutture in cui si formano i gametofiti maschili. Ogni stame è formato da un filamento,all’estremità del quale c’è l’antera che libera i granuli pollinici attraverso i suoi pori. Le parti fiorali più interne sono i carpelli,contenenti i gametofiti femminili. I carpelli sono costituiti da uno stigma,superficie vischiosa cui aderiscono i granuli di polline,da uno stilo,peduncolo dal quale cresce il tubolo pollinico e ,alla base, da un ovario. All’interno dell’ovario ci sono uno o più ovoli ognuno dei quali produce un gametofito femminile contenente una singola cellula uovo. Talvolta i fiori maschili e femminili possono essere diversi ma presenti nella stessa pianta:tali piante sono dette monoiche.

Funzione e sviluppo dei frutti

Anche i frutti,come i fiori,hanno il compito di ricompensare l’animale visitatore. I semi,all’interno dei frutti, hanno un rivestimento che non viene sciolto dai succhi gastrici:passano quindi indenni nell’intestino e vengono depositati insieme agli escrementi qualche ora più tardi lontani dalla pianta madre. Il frutto si sviluppa dalla parete dell’ovario contemporaneamente al seme. Mentre l’ovario si trasforma in frutto e si formano i semi, dalla pianta madre possono cadere i petali,gli stami e le altre parti del fiore. I frutti possono avere forme differenti