Appunti di Botanica

Botanica: differenze strutturali e fisiologico-metaboliche

Differenze strutturali

- Parete cellulare: piante (presente), animali (assente), funghi (presente).

- Crescita: modalità di piante (aperta), animali (chiusa), funghi (aperta).

Differenze fisiologico-metaboliche

- Fonte di energia: piante (luce), animali (sostanze organiche), funghi (sostanze organiche).

- Pigmenti fotosintetici: piante (presenti), animali (assenti), funghi (assenti).

- Riserva glucidica: piante (amido), animali (glicogeno), funghi (glicogeno).

- Movimento attivo: piante (assente), animali (presente), funghi (presente/assente).

La parete cellulare e la crescita

Non si parla di alberi, ma di piante. I lieviti NON sono microrganismi; i microrganismi sono procarioti. "Vuol dire sensu latu", è un gruppo non definito, sono gruppi disomogenei, s.l. non molto chiari.

La parete cellulare: a fine 800 era chiamata membrana, ma non è la membrana. Tutte le cellule hanno una membrana plasmatica (che è una barriera, che serve a distinguere i vari ambienti); ma non tutte hanno una parete cellulare (ce l'hanno solo funghi e piante), è una struttura esterna a cui a tratti la membrana aderisce, a tratti no -> c'è un rapporto parete-membrana. Dal punto di vista meccanico la parete cellulare è come un filtro, ma ha anche interazioni dal punto di vista chimico. Dalla parete cellulare non passano molecole troppo grandi, inoltre devono essere idrofile. La parete delle piante è diversa rispetto a quella dei funghi (che la cambiano in base a vari fattori), così come quella delle alghe.

Modalità di crescita

Negli animali c'è una fase giovanile e una adulta. Per quanto riguarda le piante e i funghi, è vero che si parla di crescita continua, ma in realtà dalla giovane plantula allo sviluppo alla morte della pianta, la pianta e il fungo hanno sempre una zona giovanile che le permette di crescere continuamente. Ha una porzione che rimane sempre giovanile e che riesce anche a ramificare -> viene detta modalità di crescita aperta. Negli animali invece ad un certo punto finisce ed invecchia. Inoltre, piante e funghi sono a crescita indefinita, mentre animali definita entro un paradigma.

Fonte di energia e fotosintesi

La luce è la fonte di energia degli organismi fotosintetici, mentre gli zuccheri sono la fonte principale per gli animali. I pigmenti fotosintetici non sono pigmenti che percepiscono la luce (perché quelli li hanno anche gli animali, persino gli unicellulari), ma le piante hanno un vero e proprio sistema metabolico legato alla luce. Il grande insieme è quello dei fotorecettori, all'interno ci sono i fotosintetici.

Il movimento negli organismi

Il movimento ce l'hanno tutti, anche la pianta che orienta le foglie in base alla luce anche grazie agli ormoni. Negli animali il movimento è attivo, l'animale decide di muoversi e si muove, di solito è un movimento connesso a cause esterne, anche una sostanza chimica, che induce un movimento. Inoltre, ci sono funghi che non hanno movimento e stanno fermi, altri che si muovono alla ricerca del substrato e scelgono se muoversi verso il buio, verso la luce, ma si muovono lentissimi.

Le molecole organiche

Gli organismi viventi sono costituiti da un gran numero di sostanze diverse. Se escludiamo l'acqua e i sali minerali, esse sono rappresentate da molecole organiche. Le molecole organiche sono:

• Grandi
• Complesse: ci sono legami covalenti che danno una tridimensionalità molto particolare
• Ricche di energia di legame (chimico): molti dei legami hanno alto livello energetico, quindi non sono legami molto stabili
• Elementi chimici fondamentali: il carbonio, l'idrogeno e l'ossigeno (quantitativamente sono in numero maggiore)

In più nell'ATP abbiamo azoto e fosforo.

La fotosintesi clorofilliana

È una serie di reazioni chimiche che porta alla formazione di una molecola organica di glucosio fatta da carbonio, idrogeno e ossigeno. Dal glucosio riescono poi a formare le altre sostanze organiche che servono per l'esistenza dell'organismo stesso, le proteine enzimatiche, ma anche le sostanze di riserva e che danno energia. Gli organismi autotrofi sono organismi in grado di introdurre nel loro organismo molecole semplici e povere di energia (composti minerali) e trasformarle in molecole complesse e ricche di energia (composti organici). Potremmo definire gli organismi autotrofi come organismi capaci di vivere in maniera autonoma, indipendentemente dalla vita e dall'attività di ogni altro essere vivente, purché abbiano disponibilità di molecole inorganiche contenenti elementi adeguati e di energia (quindi non è che vivono se non c'è nient'altro, se non ci fosse l'ossigeno che le fa respirare non fa la fotosintesi).

Condizione numero 1: ingredienti principali

- Carbonio, idrogeno e ossigeno. I composti inorganici utilizzati per la loro sintesi devono contenere obbligatoriamente questi elementi che sono i principali dei composti organici. Inoltre, questi composti devono poter raggiungere la superficie delle piante, che è immobile, devono circolare nell'ambiente (infatti nell'acqua è un po' difficile, la CO2 non ci circola facilmente, lo fa meglio nell'acqua mossa).

CO2: sia nell'acqua che nell'atmosfera la concentrazione di anidride carbonica disponibile per le piante è sempre molto bassa.

Composizione della troposfera a livello del mare (escludendo il vapore acqueo e il pulviscolo): 78,08% azoto, 20,95% ossigeno, 0,93% argon, 0,03-0,04% anidride carbonica, in quantità ancora inferiori neon, elio, kripton, xenon… quando do troppa CO2 c'è da dire che stresso la pianta, comunque più di un certo livello la pianta non sopporta. Il giorno con la luce: la pianta fa fotosintesi quindi sottrae CO2 e rilascia O2, la notte la pianta continua a respirare e non c'è più la fotosintesi a pareggiare, quindi consumano O2 e rilasciano CO2, così come la CO2 aumenta in inverno, non ci sono foglie.

H2O: l'acqua utilizzata per la fotosintesi è solo una piccola parte di quella di cui la pianta ha bisogno per vivere. L'ambiente interno delle cellule è un ambiente acquoso, la maggior parte delle reazioni chimiche del metabolismo avviene in soluzione acquosa. Ad esempio nell'anguria c'è il 95% di acqua, a scendere troviamo la lattuga, l'uva… fino ad arrivare alla noce che ha il 5% di acqua, sono strutture che devono vivere a lungo, nelle strutture che servono per produrre un nuovo individuo in tempi lontani il metabolismo deve essere rallentato, come appunto nel riso e nella noce, metabolismo più lento ottenuto grazie a riduzione della quantità di CO2.

Intensità della traspirazione

La pianta sta immersa nell'atmosfera, la sua superficie è impermeabilizzata, quindi ha bisogno che ci sia un varco tra l'interno della pianta e l'esterno della pianta, ma l'interno è molto più ricco di acqua, quindi passa dall'interno della pianta all'esterno attraverso le aperture stomatiche che sono quelle che servono per gli scambi gassosi. La pianta ha bisogno di riprendere acqua dall'ambiente, una palma da datteri che sta nel deserto consuma tra 400-500 lt di acqua al giorno, la palma da cocco invece sta vicino al mare, quindi consuma tra 70-80 lt di acqua al giorno (ovviamente dolce e non di mare). Il melo adulto che si trova nelle nostre zone, 35 lt di acqua al giorno, il mais 3-4 lt, e il cactus gigante 0,02 lt, vive infatti in ambiente arido e sa resistere, fa un risparmio di acqua enorme.

Ingredienti aggiuntivi: alcuni ingredienti aggiuntivi la pianta se li prende con i batteri azoto, fissatori con cui entra in simbiosi o sfrutta altri organismi. Agli inizi del 1800, si voleva coltivare la pianta in acqua o in agar, e non nella terra, e per questo fu ideata la soluzione di Knop, che agisce a pH 5,7 e che è ricca di sali che la pianta prende dalle radici.

Condizione numero 2: energia

La pianta deve essere capace di convertire i composti minerali in composti organici. Dal momento che i composti organici hanno un'alta energia di legame, mentre gli inorganici che la pianta introduce hanno un'energia di legame molto più bassa, la pianta deve procurarsi grandi quantità di energia per sopravvivere. La fonte di energia delle piante è il sole. In genere come possiamo vedere l'energia viene dimezzata, ed è quella che viene messa a disposizione delle piante, inoltre la superficie della terra riflette il 4% dell'energia. (non importa ricordarsi tutti i valori, ma che ne arriva la metà alle piante).

Le piante assorbono però solo una parte della radiazione solare, non tutta, e questa parte è rappresentata dai picchi dell'assorbimento della clorofilla. Se la vediamo verde vuol dire che respinge la luce verde ed assorbe il rosso e il blu-viola. Per trasmettere quella lunghezza d'onda, ho una spesa energetica, rispetto a trasmettere un altro colore, quel colore lì è quello che mi fa spendere meno energia per la trasmissione.

I pigmenti accessori sono quelli che riescono ad assorbire qualcosa in più e riescono a trasmettere come risonanza l'energia che assumono alla clorofilla. Se vedo una pianta verde vuol dire che perde l'onda verde e non viene usata per la fotosintesi. Le piante assorbono anche l'ultravioletto, ma non l'infrarosso, che dal punto di vista di resa del calore è più importante infatti quando fa caldo, e si tocca una pianta, non è calda (proprio perché non prende la radiazione infrarossa).

Solo le piante sono capaci di sintetizzare molecole organiche partendo da molecole inorganiche, usando il sole come fonte energetica, non posso scrivere una freccia al contrario scrivendo respirazione cellulare, perché è un processo diverso, che avviene con enzimi diversi, e in organuli diversi. Nelle piante terrestri bisogna avere clorofilla a e b in rapporto 3:2, ma questo VALE SOLO NELLE PIANTE TERRESTRI, l'unica veramente importante è la A.

Immagine 1 e 2: rapporto con l'acqua

La prima è un'alga, che arriva a lunghezze molto lunghe, sono alghe brune che formano vere e proprie foreste, la pianta è immersa nell'acqua, è vero che è salata ma le piante hanno caratteristiche che permettono loro di sopravvivere a concentrazioni saline alte. Non hanno il problema dell'acqua, quasi tutte le cellule sono a contatto con l'acqua, anche quelle che si trovano nella sabbia sono a contatto con l'acqua. L'acqua sta intorno, viene dall'ambiente, Immagine 2: l'acqua sta sotto, viene dal terreno. Il rapporto con l'acqua è quello che maggiormente condiziona la struttura della pianta.

Livelli di organizzazione degli organismi vegetali

Piante a tallo:

• Corpo idoneo a soddisfare le esigenze della vita acquatica: quindi o stanno in acqua (dolce, salmastra, salata), o sono totalmente immersi in acqua o ci stanno a volte.
• Acqua in equilibrio statico: non vuol dire che l'acqua sta ferma ma che tanta ne entra e tanta ne esce, se le sommo, hanno senso inverso e mi viene 0. Organismi unicellulari, coloniali, pluricellulari. Basta anche una semplice patina di acqua.

Piante a cormo:

• Corpo idoneo a soddisfare le esigenze della vita subaerea, ma di solito con una parte infilata nel suolo.
• Acqua in equilibrio dinamico: c'è un movimento dell'acqua dalla zona sotterranea all'atmosfera. Queste due parti vivono in mezzi diversi e sono fatte diversamente anche dal punto di vista istologico, la pianta sta a cavallo tra due substrati, quindi sono citologicamente vicini ma diversi, c'è un passaggio di mezzo che si chiama colletto. Organismi pluricellulari.

Classificazione delle piante

26\02
La classificazione delle piante: le piante inizialmente sono chiamate con nomi della lingua locale e più piante con lo stesso nome possono essere diverse in quanto si trovano in territori diversi, o, fatto ancora più comune, un nome corrisponde a più piante. All'inizio i nomi nascevano dalle popolazioni locali e qualcuno si è posto il problema se era possibile raccogliere in gruppi le piante trovando delle caratteristiche comuni. I primi raggruppamenti dividevano le piante dagli altri oggetti visibili in natura.

Ippocrate di Coo (460 a.C. ca - ): gli sono attribuiti elenchi di piante medicinali e gli viene riconosciuto il merito di aver stabilito l'importanza fondamentale dell'osservazione, ripudiando le precedenti concezioni magiche (riesce a staccare gli oggetti che vede in natura dalle credenze magiche). Introdusse un concetto innovativo per il suo tempo: la salute e la malattia dipendono da specifiche circostanze umane e non da volontà superiori come ad esempio interventi divini. Ippocrate acquisì grande fama contribuendo a debellare la grande peste di Atene nel 429 a.C., fondò una vera e propria scuola medica dove esercitò la sua attività di maestro. Le sue numerose opere, una settantina, sono raccolte nel Corpus Hippocraticum.

Aristotele (384-322 a.C.) fu il primo a tentare una classificazione del mondo naturale distinguendo tra animato e inanimato; capace di locomozione e incapace di locomozione propria. Non riesce a capire come le piante facciano a nutrirsi, e allora pensa che la pianta abbia una bocca sotto terra.

Teofrasto (Ereso, Lesbo 372-Atene 287 a.C.) fu il primo ad elaborare in forma logica una classificazione delle piante, nella sua Historia plantarum classificò circa 500 piante dividendo in gruppi in base al diverso portamento e distinguendo quelle spontanee da quelle coltivate. Ammise egli stesso i limiti della propria opera sottolineando che esistono forme intermedie che mal si inseriscono nei raggruppamenti da lui individuati. È una divisione pratica ma presenta degli errori perché ci sono piante che possono crescere come arbusto (ovvero con le ramificazioni) e come albero (ovvero con un solo asse). Il termine cespuglio in botanica non esiste, casomai si parla di arbusto in quanto presenta delle ramificazioni.

Dioscoride (Anazarbe in Cilicia, ca 40- ca 90 d.C.) tra gli anni 60 e 78 d.C. (salto temporale notevole) il medico greco Dioscoride scrisse un trattato con il titolo De Materia Medica nel quale venivano prese in considerazione le sostanze che si pensava avessero effetti benefici sulla salute dell'uomo ed erano descritte e raffigurate circa 600 piante suddivise in piante alimentari, aromatiche e medicinali (si trovava nell'esercito quindi si spostava continuamente e classificò piante di diversi paesi). Il trattato di Dioscoride ha rappresentato il più diffuso testo di botanica per tutto il medioevo. L'opera si distingueva dalle precedenti per una maggiore sistematicità e per questo motivo venne ripetutamente copiata e tradotta in molte lingue.

Rinascimento
Nel periodo di grandi viaggi (=scoprire organismi nuovi), di scoperte geografiche, dell'avvento della stampa (non è più l'amanuense che fa copia per copia; il libro diventa un vezzo da avere a casa, il primo libro stampato fu la Bibbia), si ha il SALTO DI QUALITÀ. Nascono gli erbari figurati dove le immagini delle piante sono xilografie, ovvero incisioni di piante; i libri da tenere in casa devono essere belli. Alcune piante erano rappresentate in modo verosimile, altre in modo abbastanza fedele, altre ancora con qualche aspetto magico.

Leonhart Fuchs scrisse un grande testo con un'iconografia molto attenta delle piante dell'Europa settentrionale, gli verrà anche dedicata una pianta, abitudine durata fino agli inizi del '900. Piero Andrea Mattioli riparte da Dioscoride, lo pubblica in maniera integrale ma aggiunge il suo commento che contiene tutto quello che si è venuti a scoprire nei secoli trascorsi. Mathias de l'Obel descrive soprattutto le piante erbacee, le distingue molto meglio, però la personalità di spicco è Andrea Cesalpino che è considerato il primo tassonomico. Nel 153 pubblica De Plantis dove non solo fa raffigurazioni ma trova sistemi per seccare la pianta e conservarla, in modo che chi vuole la possa vedere. In questo modo si perdono i colori ma si hanno tante informazioni importanti.

17esimo secolo
Nel XVII secolo si verificò una vera e propria rivoluzione scientifica. La scienza si stacca dalla tradizione filosofica aristotelico-scolastica e muove i primi passi verso la scienza moderna, cioè sperimentale. È l'epoca di Galileo. In botanica si iniziano a studiare le piante per il loro interesse intrinseco e non per le loro proprietà medicinali o alimentari verso l'uomo.

Joseph Pitton de Tournefort inizia la corsa per trovare modelli oggettivi per descrivere e classificare le piante, così come fece John Ray che affermò che più caratteristiche io prendo in esame più posso misurare la somiglianza tra due organismi. Questa concezione sarà ripresa negli anni 50 dalla tassonomia numerica che usa i mezzi informatici per tenere conto di questo numero grande di dati.

Linneo (siamo nel 700), è importante perché si trova in posizione di rilievo ed ha idee chiare sulle piante, lui non inventa cose, si rifà ad ex tentativi rimasti nelle élite ristrette, nella sua posizione riesce a divulgare la sua concezione della botanica. È il medico di corte in Svezia, è finanziato, quindi se lo può permettere. Cataloga le piante, cerca di coltivarle e fonda una scuola a cui accorrono persone da tutta Europa, nel giardino di Linneo erano tutte classificate, è un profondo conoscitore della natura. Lui pensa che ogni pianta abbia bisogno di un nome ma ci sono piante simili difficili da riconoscere a prima vista, quindi inizialmente indica con un nome che è il GENERE della pianta, quelle che sono all'interno di un gruppo e senza intermedi (questo è fondamentale) lui gli dà un...