L'evoluzione e l'adattamento delle piante sulla Terra

L'importanza delle piante

Le piante furono i primi organismi viventi a colonizzare la terra e la loro presenza fu fondamentale per tutte le altre forme di vita in quanto, grazie alla fotosintesi, sono in grado di produrre molte delle biomolecole che vengono usate per la sopravvivenza, oltre all’ossigeno necessario alla respirazione cellulare.

Adattamenti delle piante terrestri

Per vivere sulla terra ferma fu necessario modificare alcune loro funzioni:

• Introduzione di un apparato radicale e un sistema di vasi conduttori per prelevare l’acqua dal terreno e trasportarla a tutte le cellule;

• Necessità di sostegno meccanico fornito dalle pareti ispessite e lignificate dalle cellule del legno.

Anche la loro riproduzione è particolare e vede:

• Produzione di sporofiti (individui cellulari diploidi) e gametofiti (individui pluricellulari aploidi);

• Produzione di gameti con mitosi e spore con meiosi.

Le piante non vascolari sono prive di vere foglie, fusti e radici.

Caratteristiche delle piante vascolari

Le piante vascolari nacquero per mezzo della comparsa della tracheide, ovvero una cellula dalla forma allungata, con pareti spesse e lignificate. Alla maturità sono cellule morte dove rimane solo la parete cellulare forata in diversi punti per il passaggio dell’acqua. La loro presenza contribuisce all’evoluzione del sistema vascolare, la cui funzione consiste nel sostenere la pianta e trasportare acqua e nutrienti nell’organismo.

Questo sistema è composto da due tessuti conduttori:

• Xilema, formato da catene di tracheidi in colonne verticali che conducono l’acqua e i minerali dalle radici alle parti aeree della pianta. Le cellule sono impregnate di lignina e quindi le funzioni vengono estese anche a quelle di sostegno;

• Floema, impegnato nel trasporto degli zuccheri prodotti dalla fotosintesi dalle foglie agli altri distretti della pianta.

In queste piante sono presenti anche altri elementi:

• Sporofito, maggiore in dimensione rispetto alle piante non vascolari e con un aspetto più ramificato;

• Radici, originate dalla ramificazione di un fusto, impegnate nel mantenimento della posizione della pianta e nell’assorbimento di acqua e sostanze minerali;

• Foglie, strutture appiattite specializzate nella fotosintesi che emergono lateralmente da un fusto o da un ramo complete di tessuti vascolari.

Spermatofite e loro evoluzione

Dopo la comparsa di insetti, ragni e anfibi, alcune piante svilupparono un involucro protettivo per i semi e un fusto legnoso ispessito talvolta di grandi altezze. Tutt’oggi, a queste piante sono conosciute come spermatofite, che nel complesso comprendono gimnosperme e angiosperme.

Il seme è la struttura specializzata costituita da un embrione racchiuso in un rivestimento protettivo e completo di riserva nutritiva che servirà per lo sviluppo della pianta.

Il polline è utilizzato per trasferire sulle parti femminili le cellule dei gameti maschili, così da poter dare luogo alla fecondazione grazie all’impollinazione.

Nelle spermatofite è presente anche il legno, il che consente lo sviluppo in altezza della pianta. La parte più giovane localizzata nella parte esterna è utilizzata per il trasporto dell’acqua e dei sali minerali così da accrescere in spessore. Verso l’interno, il legno vecchio è costituito da resina e altre sostanze che forniscono sostegno meccanico e permettono alla pianta di svilupparsi in altezza per cercare la luce.

Gimnosperme e il loro ciclo

Le gimnosperme sono piante in cui il seme non è racchiuso in un frutto. Il gruppo più vasto sono le conifere, comprendenti specie aghiformi e strutture contenenti i semi chiamate coni. I coni femminili sono chiamati pigne e se fecondate formano il seme. Quelli maschili si occupano di produrre il polline.

L’intero processo richiede più di un anno. Dallo zigote si forma l’embrione dello sporofito e successivamente l’ovulo si trasforma in seme. Questo è formato da un rivestimento legnoso chiamato tegumento, contenente la riserva di cibo per l’embrione. I semi cadono a terra oppure vengono dispersi al vento. Se le condizioni sono favorevoli, i semi iniziano a germinare producendo nuovi alberi.

Angiosperme e la loro riproduzione

Le angiosperme hanno dei semi protetti all’interno dei frutti, da cui si sviluppano le strutture riproduttive, ovvero i fiori.

Questi sono i loro organi sessuali e il luogo in cui avviene l’impollinazione e successivamente la fecondazione. Dall’ovario del fiore si sviluppano i frutti, contenenti i semi.

Tutte le parti del fiore sono foglie modificate:

• I carpelli sono la serie più interna;

• Il pistillo è il risultato della fusione di più carpelli insieme ed è anche l’organo femminile;

• L’ovario è la parte basale rigonfia del pistillo che ospita gli ovuli e sopra al quale si trova lo stilo;

• Lo stigma è localizzato alla sommità dello stilo e si occupa di ricevere i granuli di polline;

• Stami, altre serie di foglie modificate formate da un filamento;

• Antera, posta alla sommità degli stami e contenenti gli organi riproduttivi maschili;

• Corolla, formata da petali posti all’esterno degli stami;

• Sepali, che formano il calice. Nel caso questo non fosse distinguibile dalla corolla allora prendono il nome di tepali. La loro funzione risiede nell’attirare gli animali impollinatori.

• Alla base di tutti questi sono è posto il ricettacolo;

Nel caso il fiore possegga sia gli stami che i carpelli si dice perfetto. I fiori unisessuali, cioè che posseggono solo organi maschili o femminili si dicono imperfetti.

Le piante monoiche sono quelle che hanno sia gli organi maschili e femminili, al contrario di quelle dioiche, in cui vengono prodotti solo fiori femminili o maschili.

Dopo la fecondazione, l’ovario del fiore si trasforma in frutto, in modo tale da proteggere i semi e favorirne la dispersione grazie agli animali che se ne nutrono.

Le angiosperme si dividono in due grandi gruppi:

• Monocotiledoni, contenenti una fogliolina embrionale;

• Dicotiledoni.

Struttura e funzione delle foglie

Le foglie sono costituite da una lamina fogliare che si inserisce sul fusto con un peduncolo, ovvero il picciolo.

Nelle foglie è presente il tessuto fotosintetico chiamato mesofillo, dove sono presenti ampi spazi vuoti nei quali si diffonde il diossido di carbonio.

Il tessuto vascolare delle foglie forma una rete di nervature che garantisce alle cellule del mesofillo un apporto continuo di acqua e minerali. I prodotti vengono immessi nel sistema conduttore, dove vengono trasportati al resto della pianta.

Le cellule che rivestono la superficie della foglia formano l’epidermide e sono rivestite da una cuticola cerosa impermeabile all’acqua. Sull’epidermide sono presenti gli stomi, ovvero dei pori che sono circondati da cellule specializzate, ovvero le cellule di guardia, incaricate di controllare l’apertura e la chiusura degli stomi. Se questi sono aperti, il diossido di carbonio contenuto nell’aria entra nelle cellule per diffusione con perdita di vapore acquo. La chiusura dei pori previene la perdita d’acqua ma non permette l’ingresso del diossido. Generalmente, gli stomi vengono aperti solo se l’intensità della luce è in grado di mantenere un’adeguata velocità di fotosintesi. Di notte o quando c’è troppo caldo, questi vengono chiusi per evitare la perdita d’acqua.

Sistema radicale delle piante

Acqua e minerali possono entrare nelle piante per mezzo del sistema radicale, collocato nel terreno dove la luce non è in grado di penetrare. I sistemi radicali sono:

• A fittone, formato da una singola radice primaria che si accresce profondamente nel terreno assieme a delle radici laterali poco sviluppate. Le sue funzioni sono estese anche a riserva di sostanze nutritive.

• Fascicolato, costituito da radici sottili propagate orizzontalmente e ramificate sotto la superficie del suolo.