SPERMATOFITE O FANEROGAME: CARATTERISTICHE, CLASSIFICAZIONE, EVOLUZIONE - BIOLOGIA

Le espermatofitas o piante da fiore, note anche come "piante da seme" sono una grande stirpe monofiletica di piante appartenenti al gruppo delle lignofitas (piante legnose) e che sono classificate sia angiosperme (piante da fiore) come gimnosperme ( conifere e simili).

Gli spermatophytes formano un gruppo separato dai lignophytes grazie alla caratteristica comune dello sviluppo del seme, che è descritto nei libri di testo come una "novità evolutiva" per il gruppo.

Fotografia di un melo, una pianta spermatofita (Fonte: W. carter / CC0, tramite Wikimedia Commons)

La parola "spermatophyte" significa letteralmente "piante con semi", poiché deriva dalle parole greche "sperma", che significa seme, e "phyton", che significa pianta.

Gli spermatofiti sono uno degli organismi più importanti sulla terra, poiché sia le angiosperme che le gimnosperme sono due gruppi estremamente abbondanti essenziali per il funzionamento di praticamente tutti gli ecosistemi terrestri.

Se ci pensi rapidamente, le piante con semi sono probabilmente il gruppo più familiare alla maggior parte delle persone, non solo dal punto di vista nutrizionale (poiché oli, amidi e proteine si ottengono dai semi di molte piante), ma anche da un punto di vista paesaggistico.

Gli spermatofiti sono le sequoie giganti della California, gli alberi grandi e frondosi della foresta pluviale amazzonica, gigli e rose, riso, avena, mais, grano e orzo, tra migliaia di altri.

Caratteristiche degli spermatofiti

- La caratteristica principale degli spermatofiti o fanerogame è la produzione di semi dopo l'impollinazione, cioè come prodotto derivante dalla fusione di due cellule sessuali.

- Sono organismi fotosintetici, cioè hanno cloroplasti che contengono clorofilla, quindi possono convertire l'energia luminosa dei raggi del sole in energia chimica utilizzabile.

- Il corpo di questi ortaggi è diviso in radice, gambo e foglie.

- Alcuni spermatofiti, angiosperme, producono fiori e da questi fiori hanno origine i frutti, che sono quelli che contengono i semi.

- Le Gimnosperme non producono fiori, ma hanno strutture specializzate per sostenere i semi.

- La maggior parte degli spermatofiti ha un tessuto vascolare ben sviluppato, composto da tessuto xilematico e tracheidi.

- Sono ampiamente distribuiti nella biosfera, quindi occupano centinaia di habitat diversi.

- Possono avere tessuti con crescita secondaria o meno.

Habitat

Le piante da fiore (angiosperme) crescono praticamente in qualsiasi regione abitabile della terra (eccetto le foreste di conifere) e possono persino dominare alcuni ecosistemi acquatici. Pertanto, sono in grado di abitare:

- Deserti

- Pianure

- Serranías

- Oceani, mari e fiumi

Allo stesso modo anche le gimnosperme, altre piante da seme, hanno una grande plasticità rispetto all'habitat che possono occupare, sebbene siano più limitate ad ambienti terrestri e non acquatici.

Classificazione e tassonomia

Le piante da seme appartengono alla divisione Spermatophyta. In questa divisione sono raggruppate le felci con semi "Pteridosperme", Gimnosperme e Angiosperme.

Le felci da seme sono un gruppo composto principalmente da piante fossili, quindi gli spermatofiti sono spesso considerati gimnosperme e angiosperme.

Gimnosperme

Coni di un pino, una gimnosperma (Fonte: Sridhar Rao / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) tramite Wikimedia Commons)

La parola "gymnosperm" significa "piante con semi nudi" (gymnos, che significa "nudo" e sperma, che significa "seme").

A seconda dello studio analizzato, questo gruppo di piante è un gruppo "non naturale", poiché i suoi membri sono di origine parafiletica, il che significa che non tutte hanno lo stesso antenato comune; oppure è un gruppo monofiletico, fratello delle angiosperme.

- I membri del gruppo si incontrano in questa divisione perché condividono la caratteristica comune (apomorfismo) di non produrre fiori.

- Inoltre, queste piante hanno strutture note come "coni", alcune femmine e una maschio.

- I semi non sono incapsulati all'interno del muro di un frutto dopo la fecondazione.

- Hanno foglie arrotolate, aghiformi e abbondanti di cere.

Le Gimnosperme si dividono nelle seguenti linee:

- Cycadophyta , il lignaggio ritenuto il più basilare

- Ginkgophyta

- Coniferophyta , conifere

- Gnetophyta o Gnetales, a volte classificate nel gruppo delle conifere

angiosperme

Fiori di Tetradenia riparia, un'angiosperma. Conrado / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Le piante da fiore sono, al contrario, un gruppo monofiletico provato, considerato un gruppo gemello delle gimnosperme. Sono di gran lunga il gruppo di piante più abbondante, diversificato e di successo di tutti, comprendendo oltre il 95% di tutte le specie vegetali oggi viventi.

Sono anche uno degli impianti più importanti per il sistema economico mondiale, in quanto vengono sfruttati non solo per la produzione di cibo, ma anche per l'estrazione di varie tipologie di materia prima.

- Tutte le angiosperme hanno fiori, solitamente bisessuali (entrambi i sessi nello stesso fiore).

- I suoi semi sono incapsulati in un'ovaia, che si sviluppa in un frutto.

- Presentano generalmente una doppia fecondazione.

Le angiosperme costituiscono un gruppo estremamente abbondante e diversificato, la cui classificazione è oggetto di studio di molti specialisti del settore, quindi ci sono alcune discrepanze tra una classificazione e l'altra. Tuttavia, tra i più accettati è che questo gruppo include i cladi:

- Amborellales

o Nymphaeales

- Austrobaileyales

- Magnolides

o Laurales

o Magnoliales

o Canellales

o Piperales

o Monocotiledoni

Petrosavials
Acorales
Alismatales
Asparagales
dioscoreales
Liliales
pandanales

o Commelinidos

Arecales
commelinales
Zingiberales
Poales

o Eudicotiledoni

Buxales
Trochodendrales
Ranunculales
Proteals
Berberidopsidales
Dillenials
Gunnerales
Caryophyllales
Santalales
Saxifragales
Rosides
Vitale
Crossosomatales
Geraniales
Myrtales
Zygophyllales
Celastrales
Cucurbitals
Fabales
Fagales
Malpighiales
Oxalidal
Rosales
Frutteti
Brassicales
Malvales
Sapindales
Asteridi
Cornales
Ericales
Garryales
Gentianales
Lamiales
Solanales
Apiales
Aquifoliales
Asterales
Dipsacales

Ciclo vitale e riproduzione

Il ciclo vitale degli spermatofiti è detto “sporico”, dove predomina lo sporofito e si producono i semi e il gametofito, a differenza di altri gruppi di piante, si riduce all'interno dell'ovulo o del granulo pollinico.

Alternanza di generazioni

Da ciò si capisce che tutte le piante con semi hanno alternanza di generazioni, una gametofitica e un'altra sporofitica, ma il gametofito si sviluppa solo quando le piante raggiungono l'età adulta o lo stadio riproduttivo.

Gli sporofiti sono quelli che portano le strutture specializzate dove vengono prodotti i gametofiti femminili e maschili. I microsporangi producono i granuli di polline (maschio) e i megasporangi producono le megaspore o ovuli (femmina).

In alcuni casi, sia il megasporangium che il microsporangium si trovano in individui o strutture diversi (Gimnosperme) ma, generalmente, nella maggior parte delle piante, entrambi sono nella stessa struttura nota come fiore (Angiosperme).

Fiori

Un fiore è una struttura specializzata per la riproduzione e nasce dallo stelo come "estensione" del corpo della pianta.

Il megasporangium contenuto nei fiori ha un "contenitore" (l'ovaio) che funziona nella ricezione dei granuli pollinici, che sono prodotti dal microsporangium (dallo stesso fiore o da fiori diversi).

Gli ovuli all'interno dell'ovaio hanno tutti i nutrienti necessari per supportare lo sviluppo dell'embrione, del seme e del frutto, processo che avviene dopo l'impollinazione e la fecondazione dell'ovulo da parte di un granello di polline.

I semi così prodotti possono essere dispersi con mezzi diversi e, una volta germogliati, formano un nuovo sporofito in grado di ripetere il ciclo vitale.

Esempi di specie di spermatofiti

Gli spermatofiti sono piante estremamente diverse, con cicli di vita, forme, dimensioni e stili di vita molto diversi.

A questo gruppo appartengono tutte le piante da fiore che conosciamo, praticamente tutte le piante che consumiamo per il cibo e gli alberi grandi e maestosi che compongono le foreste e le giungle che sostengono la vita degli animali.

- La mela, tipica della stagione autunnale in molti paesi stagionali, appartiene alla specie Malus domestica , fa parte della divisione Magnoliophyta e dell'ordine delle Rosales.

- Pinus mugo è una specie di pino arbustivo che cresce sulle Alpi e da cui si estraggono alcuni composti con proprietà espettoranti, antiasmatiche e disinfettanti.

- Il pane che l'uomo consuma quotidianamente è fatto con farine prodotte dai semi di grano, una specie di angiosperme appartenente al genere Triticum e che prende il nome di Triticum aestivum .

Evoluzione degli spermatofiti

L'evoluzione delle piante da seme è strettamente correlata all'evoluzione di due strutture: semi e granuli di polline.

- Evoluzione dei semi

L'evoluzione dei semi è un processo che si è verificato in più fasi, ma la loro sequenza esatta non è nota, e può essere accaduto che due o più si siano verificati contemporaneamente. Successivamente, vengono presentati i “passi” dell'evoluzione dei semi come propongono alcuni autori:

1-eterosporia

Il termine si riferisce alla formazione di due tipi di spore aploidi (con metà della carica cromosomica della pianta che le ha originate) all'interno di due diversi sporangi

- Megaspore: numero grande e piccolo, prodotto dalla meiosi in una struttura nota come megasporangium. Ogni megaspore si sviluppa all'interno del gametofito femminile, in cui si trovano gli archegonia.

- Microspore: i prodotti meiotici del microsporangio. Le microspore provengono dal gametofito maschile, in cui si trovano gli anteridi.

È considerato come uno dei “passaggi” essenziali durante l'evoluzione degli spermatofiti, poiché la condizione ancestrale consisteva nell'omosporio, cioè nella produzione di un solo tipo di spore (spore uguali).

2-Endosporia

Oltre alla formazione di due diversi tipi di spore, gli spermatofiti hanno sviluppato un'altra condizione nota come endosporia, che consiste nello sviluppo completo del gametofito femminile all'interno della parete originale della spora.

La condizione ancestrale è nota come "esosporia" e ha a che fare con la germinazione della spora e la sua crescita come gametofita esterno.

3-Riduzione del numero di megaspore

Le piante da seme sono caratterizzate dalla produzione di un singolo megaspore, una caratteristica che si pensa si sia evoluta in due modi.

Inizialmente, dovevano aver acquisito la capacità di ridurre il numero di cellule meiosi all'interno del megasporangio a una sola; È importante notare che ciascuna di queste cellule è nota come cellula madre megasporocita o megaspora.

Dopo la meiosi, un singolo megasporocita diploide dà origine a 4 megaspore aploidi. Tre di queste megaspore "si interrompono", lasciando un unico megaspore funzionale, che aumenta di dimensioni, correlato all'aumento delle dimensioni e delle risorse nutrizionali nel megasporangio.

4-Conservazione del megaspore

Una delle condizioni o caratteristiche ancestrali degli spermatofiti è che il megaspore viene rilasciato dal megasporangium, qualcosa che è cambiato in questo gruppo, poiché in queste piante il megaspore, una volta prodotto, viene trattenuto all'interno del megasporangium.

Questa nuova "acquisizione" evolutiva è stata accompagnata, a sua volta, da una riduzione dello spessore della parete cellulare del megaspore.

5-Evoluzione del tegumento

Molti autori considerano questo uno degli ultimi eventi che hanno avuto luogo durante l'evoluzione delle piante da seme. È la "copertura" del megasporangium da parte di uno speciale tessuto chiamato tegumento, che lo circonda quasi completamente, con l'espressione dell'estremità distale.

Il tegumento cresce dalla base del megasporangium, che in molti testi può essere chiamato nucela.

I record fossili mostrano che il tegumento si è evoluto per la prima volta come due lobi separati, tuttavia tutte le piante da seme che esistono oggi hanno un tegumento costituito da una copertura continua che circonda la nucela tranne il micropilo, che è l'estremo distale.

Il micropilo è il sito di ingresso dei granuli pollinici o del tubo pollinico durante la fecondazione del megaspore, quindi partecipa attivamente a questo processo.

- Evoluzione dei granuli di polline

L'evoluzione dei semi è stata direttamente accompagnata dall'evoluzione dei granuli pollinici, ma cos'è un granello pollinico?

Un granello di polline è un gametofito endosporico maschio immaturo. L'endosporio in queste strutture si è evoluto in modo simile a quanto accaduto nei semi, poiché ha coinvolto lo sviluppo del gametofito maschile all'interno delle pareti delle spore.

Sono immaturi perché quando vengono rilasciati non sono ancora completamente differenziati.

A differenza di altri tipi di piante e, come discusso sopra, i grani di polline sono molto diversi dai megaspores. Questi sono gametofiti maschili estremamente piccoli, che consistono in poche cellule.

Quando vengono rilasciati dal microsporangio, i granuli di polline devono essere trasportati nel micropilo dell'ovulo affinché avvenga la fecondazione. Il carattere ancestrale dell'impollinazione era anemofila (impollinazione dal vento).

Una volta a contatto con l'ovulo, il gametofito maschile completa il suo sviluppo dividendosi per mitosi e differenziandosi. Da questo cresce un tubo pollinico esosporico (al di fuori delle spore), che funge da organo per l'assorbimento dei nutrienti attorno al tessuto sporofitico.

Il tubo del polline

Tutte le piante da seme che esistono oggi hanno gametofiti maschili in grado di formare un tubo pollinico poco dopo essere entrati in contatto con il tessuto del megaspore (la nucela). La formazione del tubo pollinico è nota come sifonogamia.

Oltre a funzionare come un organo per l'assorbimento del cibo, il tubo pollinico funziona nel trasporto degli spermatozoi all '"uovo" dell'ovulo.

Riferimenti

Merriam-Webster. (Nd). Spermatophyte. Nel dizionario Merriam-Webster.com. Estratto il 7 aprile 2020 da merriam-webster.com
Nabors, MW (2004). Introduzione alla botanica (n. 580 N117i). Pearson.
Simpson, MG (2019). Sistematica vegetale. Stampa accademica.
Raven, PH, Evert, RF e Eichhorn, SE (2005). Biologia delle piante. Macmillan.
Westoby, M. e Rice, B. (1982). Evoluzione delle piante da seme e fitness inclusivo dei tessuti vegetali. Evolution, 36 (4), 713-724.

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