Sistematica vegetale - Appunti

Biodiversità è una dinamica di variazione. Alghe sono il laboratorio della biodiversità, poiché sono partite

dall’acqua. Le piante sono una risorsa importante per la nostra vita, esse ci forniscono: - cibo (agricoltura e

indirettamente allevamento); - materie prime (legno, sughero, carta, fibre); - medicinali e metaboliti

secondari in genere; - sono produttori primari negli ecosistemi; - sono produttori di ossigeno che serve per

la respirazione; - sono capaci di trasformare l’energia luminosa in energia chimica (Fotosintesi). Le piante

sono molto importanti per i biologi: Molti meccanismi biologici di base sono identici tra i diversi organismi

viventi (es. vie metaboliche principali); La sperimentazione sulle piante ha meno problemi etici che quella

svolta sugli animali o sull’uomo. I geni, i genomi ed i meccanismi ad essi legati sono analoghi in piante e

animali. Pertanto le piante sono buoni organismi modello per studi di biologia molecolare; Un biologo che

si occupa di ambiente, biodiversità, ecologia ma anche alimentazione deve avere una conoscenza delle

piante e dei sistemi vegetali in genere per poter eseguire valutazioni corretti o interventi di conservazione

di una determinata area o valorizzazione di una varietà; Le piante mostrano una grande variabilità e

capacità di adattamento, maggiore di quella riscontrata negli animali a causa della loro staticità. I fenomeni

di stress e adattamento possono quindi essere studiati meglio nelle piante che in altri organismi superiori.

L’agricoltura moderna, le biotecnologie vegetali, gli OGM richiedono le capacità di un biologo che conosca i

Sistemi Vegetali…solo così è possibile comprendere come e dove intervenire.

La nostra mente ha l’esigenza di classificare gli oggetti che vede in base a caratteristiche precise al fine di

poter comprendere la loro entità, utilità, ecc. Classificare significa fare ordine all’interno di un insieme

eterogeneo, raggruppando gli elementi in categorie più o meno omogenee al loro interno. Il mondo che ci

circonda è pieno di oggetti da “classificare” e di questo gruppo fanno parte anche le entità vegetali,

animali, batteri, ecc. è più facile classificare quando ci sono più caratteri diversi invece che pochi.

La botanica sistematica è una branca della botanica che si occupa di studiare e comprendere la diversità

degli organismi viventi. È uno strumento che permette di classificare la biodiversità. In passato era vista

come una scienza descrittiva che si occupava principalmente di evidenziare le differenze tra i taxa detta

quindi anche Tassonomia. Gli studi tassonomici forniscono gli elementi per la Classificazione. Classificare

significa mettere in ordine le diverse entità secondo schemi logici. Bisognava trovare dei modelli di

relazione tra i diversi elementi tassonomici così da poterli mettere in una gerarchia. Ciò significa

classificare. La logica più seguita è quella evolutiva. Si ha un albero della vita che riunisce i taxa in base alle

loro parentele evolutive. Una moderna visione della Botanica Sistematica prevede che essa si occupi di

“individuare tutti i rami dell’albero evolutivo della vita e studiare i cambiamenti che sono avvenuti nel

corso dell’evoluzione ai diversi rami in base alle caratteristiche delle specie poste agli apici dei rami stessi.”.

la botanica sistematica vuole identificare tutti i rami dell’albero evolutivo così da capire quali individui sono

simili tra loro e quali cambiamenti hanno portato a trasformare e diversificare le specie.

Il primo punto per ordinare un insieme caotico è quello di individuare l’unità elementare (il singolo

oggetto). In botanica questa unità è tuttora la SPECIE. La specie è un bisogno, è una imposizione artificiale

dell’uomo. È una unità utile a noi. Ad esempio serve a capire il valore di biodiversità di un’area oppure se

ne devo sostituire una con un'altra devo sapere quali sono quelle più affini. Specie e biodiversità sono

elementi di praticità, devono servire per avere un impatto. La specie ha tante definizioni. Gli antichi

usavano i loro occhi per identificare caratteristiche morfologiche. Quindi si aveva una descrizione delle

caratteristiche esteriori, si tratta di una Morfospecie. È un insieme di individui morfologicamente simili fra

loro più di quanto non siano simili ad altri individui, sulla base di caratteri stabili e trasmissibili alla

discendenza. La prole sarà simile ai genitori. Il concetto di specie morfologica è talvolta basto sul

riconoscimento di minime differenze tra taxa ed il rischio di errore è elevato. E’ quindi idoneo solo se le

caratteristiche distintive sono molto chiare e nette. Le piante in base alle caratteristiche ambientali

modificano leggermente la loro struttura. Alcune volte siamo in grado di distinguere queste piccole

differenze, in alcuni casi si va addirittura a trovare delle sottospecie. Le sottospecie sono individui della

stessa specie molto simili che cambiano solo per alcune caratteristiche. È complicato capire se è una

sottospecie oppure un’altra specie. Il sistema della morfospecie è utile e veloce perché basta guardare la

pianta, ma le condizioni ambientali influenzano alcune caratteristiche morfologiche che possono poi essere

fuorvianti. Ad esempio dove le condizioni sono stressanti, quindi al limite di confine è possibile che le

caratteristiche della pianta cambino leggermente.

Gli evoluzionisti usano il concetto di specie biologica. La specie è costituita da “popolazioni di individui in

grado di incrociarsi fra di loro effettivamente o potenzialmente per produrre una discendenza a sua volta

fertile, riproduttivamente isolate da altre popolazioni simili” (Mayr, 1963 ). Ci sono due elementi principali:

- potenzialità riproduttiva. Individui compatibili tra di loro sono della stessa specie. – discendenza: il

potenziale ibrido non può essere sterile. Il figlio sarà sessualmente compatibile con i genitori stessi e con

altri individui provenienti dallo stesso tipo di incrocio. Questa definizione non è sempre adattabile alle

piante. Hanno una grande varietà di meccanismi riproduttivi che consentono l’ibridazione con progenie

fertile anche tra specie diverse (autoimpollinazione, propagazione vegetativa, incrocio e anche i tempi

possono essere diversi). Non è semplice dimostrare l’interfertilità nella stessa specie. Ad esempio due

individui sono potenzialmente fertili, ma ci sono elementi di genetica che non lo permettono(Es. Spesso

nelle angiosperme esistono meccanismi che obbligano all’impollinazione incrociata impedendo la

fecondazione tra polline e ovuli dello stesso fiore o di fiori dello stesso individuo). Inoltre le piante possono

riprodursi anche per via asessuata (o propagazione vegetativa) e produrre quindi individui della stessa

specie senza che avvenga gamia. Ci possono essere taxa che usano strategie di gamia differente.

Quindi si usa la specie evolutiva. Per gli evoluzionisti come Simpson (1961) la SPECIE EVOLUTIVA è una

sequenza di popolazioni che discendono da un progenitore comune e che si evolvono separatamente da

altre popolazioni simili in un certo luogo e per un certo periodo di tempo. indica dinamicità infatti Wiley

(1978) dice che “La specie è una linea di popolazioni che mantiene la propria identità da altre linee simili,

avendo una propria tendenza evolutiva ed un proprio destino storico”. Esistono quindi tante definizioni di

specie, tutte teoricamente corrette ma di difficile applicazione. Perché non esiste una definizione

“naturale” di specie universalmente accettabile? In Botanica Sistematica il concetto di specie morfologica è

quello più funzionale. La maggior parte delle specie oggi classificate nelle flore nazionali e mondiali sono

basate sulle caratteristiche morfologiche degli individui che le compongono. Perché la specie è una

categoria astratta artificiale inventata dall’uomo per schematizzare una realtà che è in continuo

mutamento, sia nel tempo che nello spazio.

I primi passi della Botanica Sistematica furono realizzati dai filosofi del passato quali Aristotele e

successivamente Teofraste (IV secolo a.C). Essi si concentrarono su specie di interesse medicinale e

descrissero molto bene le strutture fiorali di molte specie. Nel periodo Romano si svilupparono molto le

scienze applicate e tra queste anche la botanica. Tra i tanti si ricordi Plinio il Vecchio che classificò oltre 600

specie descritte tutte minuziosamente. Dopo la caduta dell’Impero Romano la botanica sistematica

sopravvisse solo nei pressi dei monasteri dove vi erano gli “Orti dei Semplici” e dove si coltivavano piante

medicinali. E’ anche il periodo degli “erbari figurati” testi in cui le piante venivano raffigurate più sulla base

delle loro proprietà medicinali. Figure con colori surreali e forme che ricordavano le proprietà

farmacologiche o gli organi su cui esse avevano attività. Infatti le piante possono presentare dei metaboliti

secondari che sono sintetizzati e possono avere effetti positivi o negativi per noi. I monaci coltivavano e

testavano le piante, ma allo stesso tempo crearono delle biografie in cui le piante venivano rappresentate.

Tra il 1500 e 1600, Andrea Cesalpino è considerato uno dei primi grandi sistematici in quanto non solo egli

descrisse e classificò 1500 specie (De Plantis Libri XVI) ma fù il primo a suggerire una relazione tra struttura

e funzione dei caratteri morfologici usati nella classificazione. Cesalpino non fu solo un tassonomo ma

anche un classificatore e raggruppo le entità da lui descritte in gruppi superiori e questi a sua volta in

gruppi ancora superiori. Questo potrebbe ricordare in un certo senso il nostro attuale sistema. In Italia ci

sono circa 7000 piante a fiori, in Europa 14000. Cesalpino ha introdotto anche il concetto dell’erbario (cioè

mettere foglia in un libro per farla seccare). Le piante quando seccano mantengano le loro strutture grazie

alle loro pareti rigide. Così si poteva vedere la morfologia di una pianta sempre (come se fosse una foto).

Il crescente interesse per le scienze botaniche portò allo sviluppo di diversi sistemi di classificazione ma

senza dubbio quello più efficiente fu sviluppato dal naturalista svedese Carlo Linneo nell’opera Species

Plantarum (1753). Linneo inventò il sistema della nomenclatura binomia: ogni specie è designata da un

binomio latino seguito dal nome dell’autore che per primo ha descritto la specie. Per convenzione, il

binomio si scrive in corsivo e l’autore in tondo. Il genere ha la prima lettera maiuscola. Il nome dell’autore

viene abbreviato in una maniera stabilita, che si trova in appositi repertori. Il binomio è univoco per una

determinata specie. I nomi di tutte le specie e le regole di attribuzione sono raccolte nel Codice

internazionale di nomenclatura botanica. Linneo oltre alla classificazione aveva introdotto la nomenclatura

binaria. Si possono prendere caratteri arbitrari per poi riunire le piante in base alle sfaccettature del

carattere. Lui inizialmente prese in considerazione stami e pistilli. Il vantaggio del sistema è che è aperto

ovvero si possono aggiungere nuove caratteristiche. Egli introdusse i primi sistemi di classificazione

artificiali basati su pochi ma ben definiti caratteri morfologici. Il sistema di classificazione di Linneo era

sostanzialmente basato sui caratteri degli stami e in subordine su quelli degli altri organi riproduttivi. Oltre

al sistema di classificazione di Linneo ne furono sviluppati molti altri tuttavia il metodo di Linneo

presentava 2 vantaggi principali: 1- Era un sistema aperto in cui si potevano aggiungere continuamente

nuove entità; 2- Permetteva di classificare anche specie pressoché sconosciute sulla base di pochi caratteri

(numero di stami, ecc). Gli svantaggi di questo metodo erano: 1- L’arbitraria scelta dei caratteri diagnostici

(si dava peso ai caratteri meglio conosciuti) 2- In questi schemi non necessariamente le piante più simili si

trovavano vicine tra loro. Questi sistemi basati su pochi caratteri sono detti Artificiali. Sono artificiali

perché siamo noi a decidere quali sono gli elementi da considerare e non tiene conto dell’evoluzione.

Quello di Linneo è un sistema facile per classificare le specie e pratico per classificare. I metodi linneani

sono stati usati anche successivamente da Ray e Anderson. A Ray si deve per esempio la distinzione delle

Angiosperme in Monocotiledoni e Dicotiledoni in base all’analisi delle caratteristiche dei semi e della loro

germinazione.

Con lo sviluppo dei sistemi naturali viene generalizzato e fissato l’uso delle principali categorie sitematiche

o taxa (singolare taxon) tuttora in uso: specie, genere, famiglia, ordine, classe, divisione (o phylum). Al di

sopra del genere, ciascuna di queste categorie ha una sua desinenza caratteristica: -aceae per la famiglia -

ales per l'ordine -opsida per la classe -phyta per la divisione o phylum.

Il 1800 fu sicuramente un secolo importante per la scienza in genere si accettarono i sistemi di

classificazione naturali e la nomenclatura binomia ma si iniziò anche a discutere di Evoluzione. Si scopre il

concetto di evoluzione, selezione naturale, relazione con l’ambiente. 1859 Darwin scrive “L’origine delle

specie”. Il concetto di specie come entità fissa entra in crisi. Selezione naturale e poi artificiale sono posto

come motore dell’evoluzione. Il concetto di specie non è rigido, ma dinamico. Gli individui, le popolazioni si

evolvono in seguito alla selezione naturale e creano altre specie. Gli individui di una specie derivano quindi

dall’evoluzione di una specie ancestrale: tutte gli organismi ai diversi livelli della scala di classificazione

sono interconnessi da parentele più o meno forti. L’obiettivo della botanica sistematica può essere la

ricostruzione filogenetica. Quindi bisogna fare un’analisi dei caratteri. Si sfruttano i caratteri sotto

pressione evolutiva e grazie a ciò si è evoluto in un modo o nell’altro a seconda dell’ambiente. L’ambiente

ha selezionato gli ambienti più favorevoli. Questi elementi diventano chiave e caratteristici della linea

evolutiva.

I primi tentativi di costruire alberi filogenetici erano basati sul creare vicinanze tra alberi. Maggiore sarà la

diversità filogenetica riscontrata tra due taxa più elevata sarà la probabilità di raggiunger la radice

dell’albero prima di unirli. È importante lo sviluppo di tools che permettano di classificare le specie. Non

sempre è facile ricostruire la storia evolutiva di un taxa. Andare a ritroso per definire le caratteristiche

evolutive a volte non è facile. Nascono quindi 2

discipline di analisi ed interpretazione della diversità

biologica: 1) Fenetica: valuta i rapporti tra gli

organismi considerando tutti i caratteri disponibili

senza dare peso filogenetico. Conto quante cose due

individui condividono rispetto ai parametri totali

analizzati. L’assenza o presenza di un carattere da un

peso evolutivo. Per Anderson due individui sono

probabilmente fratelli se condividono numericamente

tanti tratti. Il carattere non ha un peso evolutivo, ma

lo conto. 2) Cladistica: interpreta gli organismi viventi

in chiave evolutiva. Vuole che l’albero della vita abbiamo una polarità a partire da un organismo più

ancestrale fino ai suoi derivati. È difficile capire però cerco di interpretare i caratteri. Esempio: so che in

periodo della storia evolutiva si sono ridotte le dimensioni dei fiori, posso dire che i taxa con fiori piccoli di

quel periodo possono essere correlati. Poi guardando altre caratteristiche posso vedere se sono fratelli,

gemelli o cugini. Nella cladistica si cerca di capire se il carattere di interesse non c’è nell’altro taxa perché è

stato perso oppure perché non è stato in grado di farlo.

Un carattere è l’insieme di caratteristiche misurabili. Possono essere morfologici (struttura fiore, radici,

tronco) o molecolari (Sequenze di geni del DNA nucleare o degli organelli). In questo modo possono

assimilare o distanziare degli organismi. I caratteri sono binari se caratterizzati solo da presenza o assenza.

Esempi: Piante legnose/ Piante erbacee Piante a fiore/ piante senza fiore Piante con sistema

vascolare/Piante senza sistema vascolare. I caratteri multistato prevedono più varianti per lo stesso

carattere. Esempio le infiorescenze delle angiosperme.

La Cladistica ha come fine quello di interpretare i caratteri in chiave evolutiva ovvero comprendere quale

carattere è derivato dal progenitore e quale invece è il frutto di eventi indipendenti come fenomeni di

Convergenza evolutiva (es. Comparsa di parenchimi acquatici in molte specie succulenti appartenenti

addirittura a famiglie differenti). La Cladistica riconosce quindi i Cladi come insiemi di più unità

tassonomiche che condividono caratteri derivati da un ancestrale comune. Questi cladi sono raggruppati

tra loro secondo parentele nei cladogrammi. La Cladistica impone che i gruppi siano MONOFILETICI, ovvero

composti da organismi tutti derivati da un comune antenato. Questo si contrappone a quelle entità

(Famiglie, generi, ecc) che nascono da sistemi di classificazione non cladistica e che riuniscono organismi

che presentano similarità morfologiche e non necessariamente derivati da antenati comuni. Tali gruppi si

dicono POLIFILETICI. Gli studi del passato hanno sicuramente fatto errori di classificazione, ma adesso è

difficile spostarli perché le flore ormai sono su carta (col digitale si corregge).

Il carattere è una caratteristica distintiva univoca che caratterizza quel gruppo di specie. Ma il carattere è

anche un elemento funzionale in quanto l’organismo vuole comunicare con l’ambiente esterno. La

costruzione di un cladogramma prevede quindi l’analisi dei caratteri dei diversi