Riproduzione delle piante

La riproduzione delle piante

La generazione aploide (n - un alleale per gene) è più debole dal punto di vista genetico della diploide (2n - due alleli per gene), che ha quindi un genoma più svariato (possibilità di carattere recessivo, dominante o codominanza). Per quanto riguarda la generazione aploide, il gametofito, è molto più debole, lo sporofito (gen. diploide) è la generazione più forte, anche la più maggiormente evoluta nell’ambiente, in quanto la selezione naturale ha fatto sì che alcuni individui mettessero in atto accorgimenti tali da selezionare i geni più adatti per quella funzione.

Esempio: piante grasse e impollinazione

Esempio: caso dei pipistrelli, essi impollinano le piante grasse. Esse, come sporofito si sono evolute, con riserve d’acqua, e ciò è dovuto all’adattamento alla siccità, così in parte il fiore.

Generazioni nelle piante

In tutto il regno vegetale, abbiamo due generazioni, ci sono alghe in acqua che son costituite solo dalla generazione gametofitica, non c’è lo sporofito, il diplofito. Perché non appena i 2 gameti si uniscono a formare lo zigote (cellula 2n), questo va subito incontro a meiosi per formare i gameti, per cui la fase diploide è rappresentata dalla sola cellula zigote 2n, poi viene subito ripristinato il numero aploide, n, grazie alla riduzione meiotica.

Le prime piante terrestri: i muschi

Salendo nella sala gerarchica, ecco le prime piantine terrestri, i muschi, gruppo delle briofite. I muschi hanno una generazione più importante, che è quella aploide, il gametofito, la pelliccetta verde che vediamo nel briofito, è tutta costituita da gametofiti, lo sporofito è molto ridotto, sia nei tempi, nella sua durata, è effimero, sbuca in certi periodi dell’anno, poi si essicca e muore, non c’è tutto l’anno, la pelliccetta verde dura tutto l’anno. Ci mette anche molti anni per coprire un appezzamento di terra, quindi i muschi ora sono protetti, impediscono nel loro piccolo alla terra di franare, impediscono all’acqua di infiltrarsi pericolosamente nel terreno. Il gametofito (n) è più importante dello sporofito (2n), è pluriennale, fa la fotosintesi perché è verde, mentre lo sporofito, questa capsula che emerge dalla “pelliccia”, dura poco, è una generazione ridotta, ma è comunque presente, rispetto all’alga, un minimo di durata ce l’ha.

Le felci e le pteridofite

Andiamo avanti, nel gruppo delle Pteridophytae poco evolute c’è Psilotum, quasi un reperto archeologico, è ancora vivente, ma riguarda ancora le felci precoci. Guardiamo le felci qualsiasi, come quella dopo Psilotum, stavolta, la generazione più importante è lo sporofito, dura tutto l’anno, dura più anni, il gametofito dura qualche giorno o un mese, alto pochi cm, ha la forma di cuoricino.

Le spermatofite: gimnosperme e angiosperme

Andando avanti, con la comparsa delle piante a seme, le spermatofite, le ultime due, gimnosperme ed angiosperme insieme al seme compare anche il polline, stavolta la generazione più importante, la pianta, tutto ciò che vediamo bene a occhio nudo, è lo sporofito. I loro gametofiti, e si parla di gametofiti non a caso al plurale, perché ad un certo punto di questo cammino, il gametofito non è più uno solo, ma ce n’è uno maschile e uno femminile, ma in ogni caso sono tanto tanto ridotti, per guardarli, visto che uno di questo è il polline, occorre il microscopio ottico.

Quindi, partendo dalle alghe, dove ciò che vedevamo ad occhio nudo, bene è il gametofito, che cosa è successo? Questo si è andato via via riducendo, risalendo la scala evolutiva, fino a ridursi a... come nel polline delle angiosperme mentre, all’opposto, la generazione dello sporofito, da quasi nulla che era, è diventata una cosa grandiosa, pensiamo alla sequoia, albero gigantesco.

Il ciclo aplodiplonte

Le dispense iniziano con la spiegazione del ciclo aplodiplonte. A parte le alghe, che hanno tutti i tipi di cicli, per le piante terrestri, sia quelle in grado di rilasciare spore, come felci e muschi, e pollini, in atmosfera, per tutte queste il ciclo è aplodiplonte. Contemporaneamente si vede Aplo, il gametofito, e Diplonte, lo sporofito. In tutti questi gruppi terrestri, le due generazioni, coesistono.

Com’è possibile che il numero di una specie, rimanga così fisso, stabile? Perché, se da un lato, c’è la meiosi (2 divisioni successive della cellula madre con grande nucleo, il doppio delle cellule figlie, (20 cromosomi di 2n) che subisce la meiosi: n. di cromosomi si dimezza nelle 4 cellule figlie (10 di n) queste cellule saranno le spore, mentre il raddoppio del materiale nucleare avviene una sola volta), che avviene nello sporofito, in cellule particolari dello sporofito (2n), specializzate dello sporofito, vanno incontro a meiosi e si formano le spore.

Per ognuna di questa cellule specializzate (in un albero ce ne sono migliaia) si ottengono 4 cellule figlie, le spore, sono apolidi e germinando da sole, senza unirsi con nessun altra cellula, sono in grado di generare una piccola pianta aploide come loro, questa pianta è il gametofito. Quando il gametofito raggiunge le dimensioni giuste nella maturità produce i gameti, gamete maschile e gamete femminile, che unendosi tra loro per gamia, danno vita alla prima cellula diploide, lo zigote, in cui il nucleo ritorna più grande, in quanto è 2n.

Quindi spore, gametofito e gameti sono aploidi. Lo zigote, lo sporofito, e la cellula madre delle future spore, che ancora non hanno subito la meiosi, sono 2n, diploidi.

Gameti e spore: differenze

Ciclo aplodiplonte: generazioni opposte, antitetiche, quindi il gametofito apolide e lo sporofito diploide si alternano, la meiosi è interposta tra una generazione e l’altra, in posizione intermedia. Nelle alghe ci sono anche altri tipi di cicli, cicli dove l’alga, l’individuo è tutto aploide, o anche cicli dove l’individuo è tutto diploide, questi cicli dipendono dalla posizione della meiosi. Nelle alghe, dato che l’ambiente acquatico presenta caratteristiche piuttosto costanti, senza particolari sollecitazioni, non è stato selezionato un ciclo ontogenetico particolare e sono presenti tutti i 3 cicli. Le piante terrestri invece, hanno tutte la doppia generazione, con ciclo aplodiplonte, con meiosi in posizione intermedia.

I 2 gameti prodotti dal gametofito, per incontrarsi, devono prima essere formati in certi organi, possono essere uguali, diversi, possono muoversi entrambi, possono stare fermi, vengono prodotti da delle strutture detti gametangi. I gametangi nelle alghe, sono strutture differenziate, in acqua quando si aprono, se si parla di gametogamia isogama avremo tutte strutture simili, sia che funzionino da maschi che da femmine, i gameti hanno stessa grandezza, stessa forma, è uguale lo sforzo fisico che fanno, perché devono nuotare entrambi per incontrarsi e dare lo zigote e il gametangio da cui sono prodotti è lo stesso.

Mentre diversa è la gametogamia anisogama, i gameti, identici tra di loro per forma e dimensione, ma differiscono per le loro caratteristiche fisiologiche e sono prodotti in due gametangi diversi. Nella gametogamia eterogama i gameti sono diversi tra di loro sia dal punto di vista morfologico (micro- e macrogameti) sia perché prodotti in due gametangi diversi ma comunque possono muoversi entrambi al fine di formare lo zigote. In tutti questi casi l’ambiente è quello acquatico, entrambi i gameti nuotano l’uno verso l’altro.

L'eterogamia nelle piante terrestri

Infine l’eterogamia ancora più marcata (gametogamia oogama) si ha nelle piante terrestri. In questo caso l’umidità non si trova in tutti gli ambienti, perciò c’è stato un passaggio evolutivo, in cui il gametangio (femminile) ha ridotto fortemente il numero dei gameti, fino ad arrivare ad un solo gamete, femminile. Ma questo gamete non potrà più muoversi; siccome l’ambiente terrestre è molto rischioso per un piccolo gamete che non è ben protetto nel suo esterno, ha solo una membrana sottile, di una cellula normale. Le piante più evolute di tutte sono le angiosperme, nonostante questo, hanno ancora il gamete femminile chiuso, dentro il gametangio. In questo caso, i gameti maschili sono sempre liberati all’esterno, ed andranno a fecondare questo gamete femminile.

Movimento dei gameti e differenza tra spore e gameti

• Come si muoveranno questi gameti? Muschi, felci e piante a seme. Nei primi due nuoteranno ancora un pochino. I piccoli gameti maschili si muovono tramite ciglia, in una condizione di umidità come può essere la rugiada del mattino o nebbiolina, in modo da poter raggiungere il gamete femminile sigillato, e altrimenti si trovano all’interno del polline. Il polline non è un gamete, è tutta la generazione, è il gametofito, e dentro di lui ci sono i 2 gameti. Quindi i gameti contenuti all’interno del polline, questi due nuclei, non nuotano più. Dunque nelle piante terrestri, per non disidratare il gamete femminile, tenendolo in ambiente aperto, lo tengono ben chiuso nel gametangio femminile.
• Qual è la differenza tra le spore e i gameti? Le spore da sole in condizioni opportune (terreno adatto, momento adatto) sono in grado di germinare e produrre il gametofito, mentre i gameti da soli non servono a niente: se il gamete maschile non incontra il femminile, non se ne fa niente, e così il femminile, vengono formati al solo fine della gamia, sono cellule che si devono unire necessariamente per dare lo zigote (2n) e dallo zigote così si otterrà lo sporofito. Quindi le spore danno i gametofiti, i gameti, una volta formato lo zigote, lo sporofito. L’origine è diversa però: le spore sono prodotte dagli sporofiti, per meiosi, sono aploidi, e quando germinano da sole danno i gametofiti, viceversa per i gameti. I gameti sono prodotti dai gametofiti, ed essendo entrambi aploidi, è ovvio che tra i due occorre un evento di mitosi e non di meiosi; i gameti, una volta sposati due a due, formano lo zigote (2n) che riprodurrà lo sporofito.

Gametofiti maschili e femminili nelle spermatofite

Nelle spermatofite abbiamo un gametofito maschile e uno femminile, questo dipende dall’origine che hanno, dalle spore che li producono. Quando le piante cominciano a produrre due tipi di spore, spore piccole, dette microspore, e spore più grandi, macrospore, ecco che anche i gametofiti prodotti da loro, sono diversi. I microgametofiti derivano dalle spore piccole, i macrogametofiti derivano dalle spore grandi. Questo fenomeno, detto eterosporia, in cui le spore sono di due diversi tipi, accade per la prima volta all’interno del gruppo delle pteridofite, delle felci, non di quelle rigogliose, grandi, ma di alcune felci semiacquatiche, saranno un 5% di tutte le felci. Tutte le altre, come i muschi, producono spore uguali tra di loro, però alcune cominciano a produrre spore diversificate. Questo fenomeno di eterosporia, si sviluppa ancora più nelle piante evolutivamente superiori, gimnosperme e angiosperme, in tutte le piante a seme, avremo due tipi di spore, micro e macro. Le spore sono prodotte dallo sporofito per meiosi.