Botanica Sistematica: Riassunti completi

Botanica sistematica:

programma

Biodiversità vegetale

Riproduzione vegetativa

Gamia e meiosi

Riproduzione sessuale

Cicli aplonte, aplodiplonte e diplonte

I gruppi sistematici dei vegetali

Botanica sistematica:

2. biodiversits

La Sistematica come scienza della Biodiversità:

1)Definire la biodiversità

2)La biodiversità vegetale

3)La biodiversità vegetale oggetto di questo corso

Cosa è la diversits biolomica?

Convenzione sulla Biodiversità Summit della Terra

• La o (Rio de Janeiro,1992) definì la

la variabilità tra gli organismi viventi proveniente da tutte le fonti

diversità biologica:

la variabilità della vita in tutte le sue forme, livelli e combinazioni

• In altre parole:

Dato che la Convenzione include la biodiversità in tutte le sue forme, essa riguarda la vita

marina ed acquatica, così come la biodiversità terrestre e i microrganismi.

include tutta la variazione che

Questa definizione è molto ampia. Fondamentalmente

esiste nel mondo naturale.

La Convenzione definisce tre livelli principali di questa diversits:

Diversits demli ecosistemi

• - varietà e frequenza dei differenti ecosistemi

Diversits delle specie

• - frequenza e diversità delle specie

Diversits menetica

• - frequenza e diversità dei differenti geni e/o genomi, in altre parole la

diversità genetica interna a ciascuna specie!

Le specie vegetali ed animali che fino ad oggi sono state descritte assommano

a circa 1,4 milioni. Di queste 750.000 sono insetti, 41.000 vertebrati e 250.000

piante. Il rimanente numero riguarda principalmente alghe, funghi, batteri,

ecc.

La ricchezza delle specie presenti è dimostrata dai seguenti esempi:

• nella foresta peruviana su un singolo albero (famiglia Leguminose) sono state

rinvenute 43 specie di formiche appartenenti a 26 generi, un numero

complessivamente uguale a quello delle specie di formiche presenti in tutta la

Gran Bretagna

• nel Borneo su pochi ettari di superficie sono state rinvenute

circa 700 specie di piante arboree, lo stesso numero che

include tutte le specie arboree del Nord America.

Molti studiosi di Sistematica ritengono che le specie presenti sulla terra superino

abbondantemente i 5 milioni per arrivare probabilmente a 30 milioni.

polimorfismo menetico.

Molte specie sono caratterizzate da uno spiccato Così se una

specie viene salvata dall'estinzione con un numero di individui limitato, la perdita di

informazione genetica potrà essere comunque notevole.

Le foreste tropicali centro di diversits delle specie:

Le foreste tropicali coprono il 7% della superficie terrestre, ma in esse vivono più della

metà delle specie conosciute. La biodiversità vegetale

Sistematica

• “Secondo noi la lo scopo fondamentale della sistematica è quello di scoprire tutti i rami

dell’albero evolutivo della vita, nonché di dimostrare tutti i cambiamenti che sono avvenuti

durante l’evoluzione e di descrivere tutte le specie poste agli apici di questi rami”

• “La sistematica può essere definita come lo studio e la descrizione della variazione degli

organismi, delle cause e conseguenze di questa variazione e della elaborazione dei dati

ottenuti per arrivare ad un sistema di classificazione” (Stace, 1989) gruppi

• studio comparativo degli organismi e delle loro variazioni; individua i

di diversità (= unità sistematiche)

Alcuni esemni di unità sistematiche vegetali

• le alghe

• le piante terrestri

• le tracheofite o cormofite

• le spermatofite La biodiversità oggetto di questo corso

• procarioti fotosintetizzanti (cianobatteri)

• alghe

• piante terrestri:

– briofite

– pteridofite

– gimnosperme

– angiosperme

• cenni ai funghi ed ai licheni

Sistematica e Tassonomia

Ovvero la scienza della diversità e quella di dare un “nome” e un “ordine” agli oggetti della diversità

Tassonomia come scienza della classificazione:

• si occupa di costruire ed aggiornare un sistema di classificazione dato da un insieme di

taxa taxon),

gruppi gerarchici, detti (sing. entro cui inserire, attraverso le regole di

nomenclatura, le unità sistematiche

Nomenclatura Codice

• L’organizzazione e la gestione del sistema gerarchico sono regolate dal

Internazionale di Nomenclatura per Alghe, Funghi e Piante (Melbourne Codec (fino al

2011 Codice Internazionale di

Nomenclatura Botanica)

Classificazione

significa ordinare i taxa gerarchicamente, ovvero organizzarli in un sistema astratto o

Classificars

convenzionale di categorie.

Suffissi dei ranghi principali

• famiglia • Ros-aceae

• ordine • Ros-ales

• sottoclasse • Ros-idae

• classe • Magnoli-opsida

• divisione o phylum • Magnoli-ophyta

• ogni specie è designata da un composto da un sostantivo che designa

binomio in latino

Ceratonia siliqua, Quercus ilex, Pistacia

il genere cui segue un epiteto specifico es:

lentiscus

• per il genere si utilizza l’iniziale maiuscola, per l’epiteto specifico la minuscola. Entrambi

vanno scritti in carattere corsivo

• ogni specie va designata sempre con l’intero binomio seguito dal che

noms dsll’autors

l’ha descritta es.: Quercus ilex L.

Nel sistema delle piante vengono impiegati livelli gerarchici o categorie

tassonomiche obbligatorie. Si tratta di concetti vuoti ed “astratti”, ai quali vengono

assegnate determinate collocazioni nell’ambito di una gerarchia

I e la loro gerarchia, che assieme costituiscono il sistema tassonomico, devono

taxa

esprimere in un certo qual modo la delimitazione e l’affinità delle stirpi

PRINCIPALI CATEGORIE TASSONOMICHE

REGNO Plantae

DIVISIONE Magnoliophyta

CLASSE LiliopMida

ORDINE OrchidaleM

FAMIGLIA Orchidaceae

GENERE OphryM

SPECIE Hudson

OphryM apifera

Specie morfologica

• caratteristiche morfologiche esclusive, non condivise con altri gruppi

snecie biologica

• gruppo di individui (potenzialmente) interfecondi che sono isolati riproduttivamente

(nello spazio, nel tempo o nel comportamento) da altri gruppi

snecie filogenetica

• un gruppo di individui che divergono da altri gruppi e che hanno una unica e comune

storia evolutiva. Alcuni individui possono essere in grado di ibridarsi con individui di

gruppi simili

Snecie genetica

• definisce la specie in base alla sua unicità genetica; cioè su quanto

è distante geneticamente da altri gruppi a lei più affini

distanza genetica

• la sua unicità è tipicamente espressa dalla dalle

altre specie a lei più affini

• questo concetto di specie è basato su una comparazione

quantificabile di dati genetici

• la distanza genetica diventa così uno strumento di valutazione nella

conservazione

Il concetto di si rivela nella maggior parte dei casi

specie morfologica

sufficientemente funzionale: la specie viene definita sulla base delle

caratteristiche morfologiche che la distinguono dalle altre.

Mentre dal punto di vista biologico il concetto di specie è cambiato

radicalmente, dal punto di vista nomenclaturale e formale la struttura

linneana viene mantenuta ancora oggi, in virtù della sua efficienza e praticità

La moderna sistematica fenetica

• i sistemi di (od orizzontale) si basano esclusivamente

classificazions fsnstica

sull’analisi del fenotipo, ossia le somiglianze attuali

fenomramma

• in un (dendrogramma sul quale sono rappresentati solo dati fenetici)

si rappresenta graficamente il pattern delle relazioni fenetiche

Sistematica filetica

• la (o verticale) invece si prefigge di rispecchiare nella

sistsmatica filogsnstica

classificazione le affinità filetiche o filogenetiche, cioè i rapporti di derivazione tra

i vari taxa. Si basa quindi sul sistema evoluzionistico

• in un filogramma la ramificazione sull’asse verticale rappresenta l’antichità nel tempo

Caratteri primitivi e caratteri evoluti

• Grande importanza, in particolare per la sistematica filogenetica, individuare i

caratteri primitivi e quelli ritenuti evoluti

• alcuni caratteri che un tempo erano considerati primitivi per la loro semplicità sono oggi

considerati evoluti in quanto derivano da una riduzione secondaria, non è quindi sempre

vero che “semplice” equivale a “primitivo” e “complesso” equivale ad “evoluto”

Botanica sistematica:

3. elementi di cladistica

Il metodo cladistico

• Il metodo più usato nelle classificazioni moderne

• La cladistica è essenzialmente un metodo di analisi di dati filogenetici

• con questa metodologia si tende a riconoscere cioè gruppi

gruppi monofilstici,

tassonomici che comprendono tutte e solo entità che discendono da un unico progenitore

monofiletico tutti

• un gruppo composto da un antenato e da i suoi discendenti

• possiamo riconoscerlo perché condivide i caratteri derivati del gruppo (sinapomorfici)

• esempi sono le Graminaceae, le Monocotiledoni

parafiletico

• un gruppo è parafiletico se non contiene tutte le specie derivate dal progenitore comune

più recente di tutti i membri del gruppo

• il gruppo parafiletico più famoso sono i rettili ( che non includono mammiferi e uccelli)

• tra i vegetali: le alghe verdi, le gimnosperme e le dicotiledoni

polifiletico

• un gruppo è polifiletico se le specie incluse in esso derivano da diversi differenti

progenitori, che sono inoltre i progenitori di specie classificate in altri gruppi

• la polifilia deriva da un’erronea interpretazione di caratteri convergenti (omoplasie) nella

costruzione dell’albero filogenetico

I gruppi parafiletici e polifiletici si contrappongono ai gruppi monofiletici in

quanto manca loro qualcosa: ai primi mancano alcuni discendenti dell’antenato

comune, ai secondi manca l’antenato comune.

• la cladistica individua i caratteri che vengono via via ereditati restando invariati,

plesiomorfi, apomorfi

primitivi o e quelli nuovi o derivati o simplesiomorfia

• il possesso di caratteri plesiomorfi di un gruppo di taxa è detto

sinapomorfia

• il possesso di caratteri derivati in comune

• Secondo la cladistica solo la sinapomorfia è informativa sulle relazioni che

intercorrono tra due specie, perché solo lei da informazioni su progenitori comuni

esclusivi: è associata alla monofilia in senso stretto

• molta attenzione deve essere data alla scelta dei criteri in base ai quali un dato

carattere può essere definito plesiomorfo o apomorfo

nell’evoluzione si sommano fenomeni di:

(specie parenti che colonizzano nicchie ecologiche diverse)

1) divsrgsnza (specie di origine diversa che colonizzano ambienti simili e quindi

2) convsrgsnza

presentano strutture vegetative analoghe) per si intende il processo per cui

parallslismo

in gruppi sistematici diversi si manifestano complessi di modificazioni simili

• La convergenza è una delle cause della omoplasia (homoplasy) un termine che

racchiude tutti i tipi di similarità non dovuti ad un’origine comune

• un esempio spettacolare di convergenza sono le Cactaceae americane e le

Euphorbiaceae africane

Quattuo diaguammi che mostuano 4 diveuse ipotesi d’ouigine di tue specie: X, Y e Z a pautiue dai taxa

ancestuali P e Q: vengono illustuati i concetti di monofilia, parafilia, parallelismo, polifilia, e

convergenza

Caso A

• I gruppi YZ e XYZ sono monofiletici; la somiglianza tra Y e Z è una

sinapomorfia; la

differenza tra X e YZ e dovuta a divergenza

Caso B

• Il gruppo XY è parafiletico; il gruppo XYZ è monofiletico; la somiglianza

tra X e Y è una

sinplesiomorfia; la differenza tra Y e Z e dovuta a divergenza

Caso C

• Il gruppo XY è polifiletico; il gruppo XYZ è monofiletico; la somiglianza tra tra X e Y è una

falsa sinapomorfia dovuta a parallelismo

Caso D

• I gruppi XY e XYZ sono entrambe polifiletici; il gruppo YZ è monofiletico; la somiglianza

tra X e Y è una falsa sinapomorfia dovuta a convergenza

Botanica sistematica:

4. procarioti fotosintetizzanti

Organismi ad organizzazione nrocariotica

I niù antichi

• Un’origine molto antica degli Achea può essere dedotta dalla presenza di metano

biologico, attualmente prodotto solo dai Euryarcheota metanogenici, in rocce databili

3,5 miliardi di anni

… I più antichi…

• Analisi di microfossili e stromatoliti - versioni moderne dei quali formano complesse

comunità di batteri lagunari - in rocce di 3,4 miliardi di anni suggeriscono la presenza

di batteri fotosintetici

• I fossili più antichi conosciuti sono stati trovati in rocce nell’Australia Occidentale

Cianobatteri

datate 3,465 miliardi di anni: in esse descritti 11 taxa dei quali 7

(Schopf, 1993).

quindi, sulla base dei dati disponibili, Batteri ed Archea potrebbero aver preceduto la

comparsa degli Eucarioti di circa 2 miliardi di anni

Dato che la temperatura della terra è scesa sotto i 100° C solo a partire da 3800

milioni di anni fa, la scoperta di fossili così antichi fa ipotizzare che la vita si

originò e si differenziarono sistemi così complessi come i cianobatteri

fotosintetizzanti, nell’ arco di soli 400 milioni di anni. Data la complessità delle cellule

e della fotosintesi questa è un evoluzione molto rapida. Circa l’85% dell’intera storia

della vita sulla terra è dominata dai microrganismi (procarioti).

• comparsa sulla terra circa 3,5 miliardi di anni fa

• grazie alla loro elevata capacità di adattamento sono presenti in tutti gli ambienti,

anche nei più estremi Procarioti: i batteri

Metabolismo

eterotrofi autotrofi

• (parassiti, simbionti e parassiti) o

aerobi obbligati, anaerobi facoltativi anaerobi obbligati

• o

Rinroduzione

Riproduzione vegetativa

• Si riproducono per scissione binaria: a partire da una cellula madre si originano due

cellule figlie uguali tra loro

• La divisione è molto rapida (20-25 minuti)

Ricombinazione genica

• Coniugazione

• Trasformazione

• Trasduzione

Sistematica

I procarioti vengono divisi in due grandi regni:

ARCHAEBACTERIA - Archibatteri

• EUBACTERIA – Eubatteri

• Archibatteri

• sono adattati a vivere in ambienti estremi

• comprendono:

Alobatteri – vivono in condizioni di

concentrazione salina molto elevata

Batteri termoacidofili – prediligono gli

ambienti con alte temperature (350° C) e

fortemente acidi

Metanobatteri – utilizzano CO2 e H2 per

produrre CH4. Vivono nelle profondità

marine, nel rumine dei bovini, nelle

fognature Eubatteri

Bacteria - batteri privi di clorofilla a

(gram + e gram -)

• Cianobatteri - i cianobatteri sono tutti

batteri fotosintetici ossigenici, hanno

clorofilla a + ficobiline incluse le

Proclorofite (clorofilla a e b) I Cianobatteri

Eubatteri autotrofi

Cianobatteri o alghe azzurre

• fotosintetici unicellulari o coloniali spesso di forma filamentosa

• colorazione variabile

• membrana cellulare ripiegata così da aumentare la superficie

disponibile per la fotosintesi

• colonizzano gli habitat più diversi

Forma e struttura:

• Unicellulari

• Coloniali - colonie sferiche ovali, cilindriche in una matrice gelatinosa con disposizione

ordinata o disordinata

• Filamentosi - cellule in stretto contatto. Filamento dritto o spiralato: Cellule tutte uguali o

no

• Eterocisti in cui avviene l’azotofissazione

• Acineti cellule durature

divisi in due taxa:

Cianobatteri - clorofilla a e ficobiliproteine

Proclorofite - clorofilla a e b

Classe Cyanophyceae

Sottoclasse unicellulari o formano cenobi di poche o molte cellule mai

Coccogoneae

lunghi filamenti

Sottoclasse lunghi filamenti e sono suddivise in 3 ordini in base al

Hormogoneae

grado di differenziazione cellulare

no eterocisti-acineti; no ramificazioni; ormogoni

Oscillatoriales

eterocisti; a volte acineti; false ramificazioni; ormogoni

Nostocales vere ramificazioni; ormogoni

Stigonematales

Riproduzione e moltiplicazione

La riproduzione delle alghe azzurre avviene per scissione cellulare. Le forme filamentose

presentano un accrescimento intercalare per divisione delle cellule del filamento, con la

formazione di pareti trasversali a crescita centripeta.

La moltiplicazione avviene per frammentazione del filamento aspecifica oppure per

ORMOGONI

mezzo di composti da poche cellule. Segmenti di filamenti costituiti da

poche cellule giovani e non specializzate che si distaccano dal filamento madre per

produrne uno nuovo

In alcune forme unicellulari il contenuto della cellula madre ingrossata si divide

ENDOSPORE

successivamente in un gran numero di sferiche che,vanno a costituire

altrettanti nuovi individui. Per il superamento dei periodi sfavorevoli vengono formati gli

ACINETI. Singole cellule resistenti ricche di sostanze di riserva che presentano una

forte crescita ed ispessimento della parete cellulare e che germinano formando

ormogoni

Ecologia cianobatteri al

I reperti fossili e la filogenesi molecolare hanno datato l’origine dei

STROMATOLITI,

Precambriano. Formazioni rocciose di origine biogenica, chiamate

sono state trovate in depositi fossili vecchi 2,7 miliardi di anni. Questi stromatoliti si

formarono