Botânica

O Reino Vegetal Resumo – Características gerais

O Reino das Plantas são um grupo grande e variado de organismos. Existem cerca de 300.000 espécies de plantas catalogadas. Destes, cerca de 260.000 são plantas que produzem sementes. Musgos, samambaias, coníferas e plantas com flores são todos membros do reino vegetal.

O reino das plantas contém principalmente organismos fotossintéticos; algumas formas parasitas perderam a capacidade de fotossintetizar.

O processo de fotossíntese usa clorofila, que está localizada em organelas chamadas cloroplastos. As plantas possuem paredes celulares contendo celulose.

A maioria das plantas se reproduz sexualmente, mas elas também possuem diversos métodos de reprodução assexuada. As plantas exibem um crescimento indeterminado, o que significa que elas não têm uma forma corporal final, mas continuam a crescer a massa corporal até morrerem.

Adaptações das plantas à vida na Terra

Como os organismos se adaptam à vida em terra, eles têm que enfrentar vários desafios no ambiente terrestre. A água tem sido descrita como “o material da vida”. O interior da célula – o meio no qual a maioria das pequenas moléculas se dissolve e difunde, e no qual a maioria das reações químicas do metabolismo ocorre – é uma sopa aguada.

A dessecação, ou secagem, é um perigo constante para um organismo exposto ao ar. Mesmo quando partes de uma planta estão perto de uma fonte de água, suas estruturas aéreas tendem a secar. A água fornece flutuabilidade a organismos que vivem em habitats aquáticos.

Em terra, as plantas precisam desenvolver suporte estrutural no ar – um meio que não dá o mesmo impulso. Além disso, os gametas masculinos devem atingir os gametas femininos usando novas estratégias, porque a natação não é mais possível. Finalmente, ambos os gametas e zigotos devem ser protegidos do ressecamento.

As plantas terrestres bem-sucedidas desenvolveram estratégias para lidar com todos esses desafios, embora nem todas as adaptações tenham aparecido ao mesmo tempo. Algumas espécies não se distanciaram muito de um ambiente aquático, enquanto outras deixaram a água e passaram a conquistar os ambientes mais secos da Terra.

Para equilibrar esses desafios de sobrevivência, a vida em terra oferece várias vantagens. Primeiro, a luz solar é abundante. Em terra, a qualidade espectral da luz absorvida pelo pigmento fotossintético, a clorofila, não é filtrada pela água ou pelas espécies fotossintéticas competidoras na coluna de água acima.

Segundo, o dióxido de carbono é mais prontamente disponível porque sua concentração é maior no ar do que na água. Além disso, as plantas terrestres evoluíram antes dos animais terrestres; portanto, até que a terra seca fosse colonizada por animais, nenhum predador ameaçava o bem-estar das plantas.

Esta situação mudou quando os animais emergiram da água e encontraram fontes abundantes de nutrientes na flora estabelecida. Por sua vez, as plantas desenvolveram estratégias para deter a predação: de espinhos e espinhos a produtos químicos tóxicos.

As primeiras plantas terrestres, como os primeiros animais terrestres, não viviam longe de uma fonte abundante de água e desenvolveram estratégias de sobrevivência para combater o ressecamento. Uma dessas estratégias é a tolerância à seca.

Os musgos, por exemplo, podem secar em um tapete marrom e quebradiço, mas assim que a chuva torna a água disponível, os musgos vão absorvê-la e recuperar sua aparência saudável e verde. Outra estratégia é colonizar ambientes com alta umidade onde as secas são incomuns.

As samambaias, uma antiga linhagem de plantas, prosperam em lugares úmidos e frescos, como o sub-bosque de florestas temperadas. Mais tarde, as plantas se afastaram dos ambientes aquáticos usando resistência à dessecação, ao invés de tolerância. Estas plantas, como o cacto, minimizam a perda de água a tal ponto que podem sobreviver nos ambientes mais secos da Terra.

Além das adaptações específicas à vida em terra, as plantas terrestres apresentam adaptações que foram responsáveis ​​pela sua diversidade e predominância nos ecossistemas terrestres. Quatro grandes adaptações são encontradas em muitas plantas terrestres: a alternância de gerações, um esporângio no qual se formam os esporos, um gametângio que produz células haploides e, nas plantas vasculares, o tecido meristema apical nas raízes e brotações.

Alternação de Gerações

A alternância de gerações descreve um ciclo de vida em que um organismo possui estágios multicelular haploide e diploide .

A alternação de gerações entre o gametófito haploide (1 n ) e esporófito diploide (2 n ) é mostrada. (crédito: modificação do trabalho de Peter Coxhead)

O haplobiôntico refere-se a um ciclo de vida em que há um estágio haploide dominante. O termo diplôntico refere-se a um ciclo de vida em que o estágio diploide é o estágio dominante, e o número de cromossomos haploides é visto apenas por um breve período no ciclo vital durante a reprodução sexual. Os seres humanos são diplônticos, por exemplo.

A maioria das plantas exibe alternância de gerações, que é descrita como haplodiplobiôntica : a forma haploide multicelular conhecida como gametófito é seguida na seqüência de desenvolvimento por um organismo diploide multicelular, o esporófito . O gametófito dá origem aos gametas, ou células reprodutivas, por mitose.

Pode ser a fase mais óbvia do ciclo de vida da planta, como nos musgos, ou pode ocorrer em uma estrutura microscópica, como um grão de pólen nas plantas superiores (o termo coletivo para as plantas vasculares).

O estágio de esporófito é pouco perceptível nas plantas inferiores (o termo coletivo para os grupos de plantas de musgos, hepáticas e hornworts). Árvores imponentes são a fase diplôntica no ciclo de vida de plantas, como sequoias e pinheiros.

Esporangia nas Plantas Sem Sementes

O esporófito das plantas sem sementes é diploide e resulta da singamia ou da fusão de dois gametas ( Figura ). O esporófito contém os esporângios (singular, esporângio), órgãos que apareceram pela primeira vez nas plantas terrestres.

O termo “sporangia” significa literalmente “esporo em um vaso”, pois é um saco reprodutivo que contém esporos. Dentro do esporângio multicelular, os esporócitos diploides, ou células-mãe, produzem esporos haploides por meiose, o que reduz o número de cromossomos 2 n para 1 n.

Os esporos são liberados mais tarde pelo esporângio e se dispersam no ambiente. Dois tipos diferentes de esporos são produzidos em plantas terrestres, resultando na separação de sexos em diferentes pontos do ciclo de vida.

Plantas não vasculares sem sementes (mais apropriadamente chamadas de “plantas não-vasculares sem sementes com uma fase dominante de gametófito”) produzem apenas um tipo de esporo, e são chamadas de homósporos .

Após a germinação de um esporo, o gametófito produz gametângios masculinos e femininos , geralmente no mesmo indivíduo.

Em contraste, heterósporo  produzem dois tipos morfologicamente diferentes de esporos. Os esporos masculinos são chamados micrósporos por causa de seu tamanho menor; os megasporos comparativamente maiores se desenvolverão no gametófito feminino.

Heterósporos é observado em algumas plantas vasculares sem sementes e em todas as plantas de semente.

Quando o esporo haploide germina, gera um gametófito multicelular por mitose. O gametófito suporta o zigoto formado a partir da fusão de gametas e do esporófito jovem resultante ou forma vegetativa, e o ciclo começa novamente ( Figura e Figura ).

Este ciclo de vida de uma samambaia mostra alternância de gerações com um estágio de esporófito dominante. Este ciclo de vida de um musgo mostra alternância de gerações com um estágio gametófito dominante. (crédito: modificação do trabalho por Mariana Ruiz Villareal)

Os esporos de plantas sem sementes e o pólen de plantas de sementes são cercados por paredes celulares grossas contendo um polímero resistente conhecido como esporopollenin.

Esta substância é caracterizada por longas cadeias de moléculas orgânicas relacionadas a ácidos graxos e carotenoides, e dá a maior parte do pólen sua cor amarela.

Veja também:

A esporopollenina é excepcionalmente resistente à degradação química e biológica. Sua resistência explica a existência de fósseis de pólen bem preservados. A esporopollenina foi considerada uma inovação das plantas terrestres; no entanto, a alga verde Coleochaetes é agora conhecida por formar esporos que contêm esporopollenin.

A proteção do embrião é um requisito importante para as plantas terrestres. O embrião vulnerável deve ser protegido da dessecação e outros riscos ambientais.

Tanto em plantas sem sementes como em sementes, o gametófito feminino fornece nutrição, e em plantas de sementes, o embrião também é protegido à medida que se desenvolve na nova geração de esporófito.

Gametangia nas plantas sem sementes

Gametangia (singular, gametângio) são estruturas dos gametófitos de plantas sem sementes nas quais os gametas são produzidos por mitose.

O gametângio masculino, o antígeno, libera espermatozoides. Muitas plantas sem sementes produzem espermatozoides equipados com flagelos que lhes permitem nadar em um ambiente úmido para a archegonia, o gametângio feminino. O embrião se desenvolve dentro do arquegônio como o esporófito.

Meristemas Apicais

Os brotos e raízes das plantas aumentam de comprimento através da rápida divisão celular dentro de um tecido chamado meristema apical.

O meristema apical é uma capa de células na ponta da parte aérea ou ponta da raiz feita de células indiferenciadas que continuam a proliferar ao longo da vida da planta. As células meristemáticas dão origem a todos os tecidos especializados da planta.

O alongamento da parte aérea e das raízes permite que uma planta tenha acesso a espaço e recursos adicionais: luz no caso da parte aérea, e água e minerais no caso das raízes. Um meristema separado, chamado de meristema lateral, produz células que aumentam o diâmetro dos caules e dos troncos das árvores.

Os meristemas apicais são uma adaptação para permitir que as plantas vasculares cresçam em direções essenciais para sua sobrevivência: para cima, para maior disponibilidade de luz solar e para baixo no solo, para obter água e minerais essenciais.

Esta muda de maçã é um exemplo de uma planta em que o meristema apical dá origem a novos rebentos e crescimento radicular.

Adaptações adicionais da planta terrestre

À medida que as plantas se adaptavam à terra seca e se tornavam independentes da presença constante de água em habitats úmidos, novos órgãos e estruturas apareciam.

As primeiras plantas terrestres não cresceram a poucos centímetros do chão e, nessas esteiras baixas, competiam pela luz. Ao desenvolver um tiro e crescendo mais alto, plantas individuais capturaram mais luz.

Como o ar oferece substancialmente menos apoio do que a água, as plantas terrestres incorporaram moléculas mais rígidas em suas hastes (e mais tarde, troncos de árvores).

A evolução do tecido vascular para a distribuição de água e solutos foi um pré-requisito necessário para as plantas evoluírem em corpos maiores.

O sistema vascular contém tecidos de xilema e floema. O xilema conduz água e minerais retirados do solo até a parte aérea; O floema transporta alimentos derivados da fotossíntese por toda a planta.

Em plantas terrestres, uma cobertura impermeável e cerosa chamada cutícula reveste as partes aéreas da planta: folhas e caules.

A cutícula também impede a ingestão de dióxido de carbono necessário para a síntese de carboidratos através da fotossíntese. Estômatos, ou poros, que abrem e fecham para regular o tráfego de gases e vapor de água, portanto, apareciam nas plantas à medida que se moviam para habitats mais secos.

As plantas não podem evitar animais predadores. Em vez disso, eles sintetizam uma grande variedade de metabólitos secundários venenosos: moléculas orgânicas complexas, como alcaloides, cujos cheiros nocivos e sabor desagradável detêm os animais. Esses compostos tóxicos podem causar doenças graves e até a morte.

Além disso, à medida que as plantas evoluíram com os animais, foram desenvolvidos metabolitos doces e nutritivos para atrair os animais para uma assistência valiosa na dispersão de grãos de pólen, frutas ou sementes. As plantas têm co-evoluído com os  animais por centenas de milhões de anos.

As plantas evoluíram várias adaptações à vida em terra. (a) As primeiras plantas cresceram perto do solo, como este musgo, para evitar a dessecação. (b)

Plantas posteriores desenvolveram uma cutícula cerosa para evitar a dessecação. (c) Para crescer mais alto, como essas árvores de bordo, as plantas tiveram que desenvolver novos produtos químicos estruturais para fortalecer seus caules e sistemas vasculares para transportar água e minerais do solo e nutrientes das folhas. (d)

EVOLUÇÃO EM AÇÃO

Como os organismos adquiriram características que lhes permitem colonizar novos ambientes e como o ecossistema contemporâneo é moldado, são questões fundamentais da evolução. Paleobotânica aborda estas questões, especializando-se no estudo de plantas extintas.

Paleobotânicos analisam espécimes recuperados de estudos de campo, reconstituindo a morfologia de organismos que desapareceram há muito tempo.

Eles traçam a evolução das plantas, seguindo as modificações na morfologia das plantas, e lançam luz sobre a conexão entre as plantas existentes, identificando ancestrais comuns que exibem os mesmos traços.

Este campo procura encontrar espécies transicionais que preencham lacunas no caminho para o desenvolvimento de organismos modernos. Os fósseis são formados quando os organismos ficam presos em sedimentos ou ambientes onde suas formas são preservadas (Figura ).

Os paleobotânicos determinam a idade geológica dos espécimes e a natureza de seu ambiente usando os sedimentos geológicos e os organismos fósseis que os cercam. A atividade requer grande cuidado para preservar a integridade dos delicados fósseis e das camadas em que são encontrados.

Um dos desenvolvimentos recentes mais interessantes da paleobotânica é o uso de química analítica e biologia molecular para estudar fósseis. A preservação de estruturas moleculares requer um ambiente livre de oxigênio, uma vez que a oxidação e a degradação do material através da atividade de microrganismos dependem da presença de oxigênio.

Um exemplo do uso da química analítica e da biologia molecular está na identificação do oleanano, um composto que dissuade as pragas e que, até esse ponto, parece ser exclusivo das plantas com flores. Oleanano foi recuperado a partir de sedimentos que datam do Permiano, muito mais cedo do que as datas atuais dadas para o aparecimento das primeiras plantas com flores.

Os ácidos nucleicos fossilizados – DNA e RNA – produzem a maior quantidade de informação. Suas sequências são analisadas e comparadas com as de organismos vivos e relacionados.

Alguns paleobotânicos são céticos em relação às conclusões tiradas da análise de fósseis moleculares. Por um lado, os materiais químicos de interesse degradam rapidamente durante o isolamento inicial quando expostos ao ar, bem como em manipulações adicionais.

Há sempre um alto risco de contaminar os espécimes com material estranho, principalmente de micro-organismos. No entanto, como a tecnologia é refinada, a análise do DNA de plantas fossilizadas fornecerá informações valiosas sobre a evolução das plantas e sua adaptação a um ambiente em constante mudança.

As principais divisões de plantas terrestres

As plantas terrestres são classificadas em dois grandes grupos de acordo com a ausência ou presença de tecido vascular, conforme detalhado na Figura.

Plantas que não possuem tecido vascular formado por células especializadas para o transporte de água e nutrientes são denominadas plantas não-vasculares .

As briófitas, hepáticas, musgos são sem sementes e não vasculares, e provavelmente apareceram no início da evolução das plantas terrestres. Plantas vasculares desenvolveu uma rede de células que conduzem água e solutos através do corpo da planta.

As primeiras plantas vasculares apareceram no Ordovícico tardio (461-444 milhões de anos atrás) e eram provavelmente semelhantes às licófitas, que incluem musgos de toro (não confundir com os musgos) e os pterófitas (samambaias, cavalinhas e samambaias).

As licófitas e pterófitas são referidas como plantas vasculares sem sementes. Eles não produzem sementes, que são embriões com suas reservas de alimentos armazenados protegidos por um revestimento duro. As plantas de sementes formam o maior grupo de todas as plantas existentes e, portanto, dominam a paisagem.

As plantas de sementes incluem gimnospermas, principalmente as coníferas, que produzem “sementes nuas”, e as plantas de maior sucesso, as plantas com flores, ou angiospermas, que protegem suas sementes dentro das câmaras no centro de uma flor.

Esta tabela mostra as principais divisões de plantas.

Resumo da aula Reino Vegetal

As plantas terrestres desenvolveram traços que tornaram possível colonizar a terra e sobreviver fora da água. Adaptações à vida em terra incluem tecidos vasculares, raízes, folhas, cutículas cerosas e uma camada exterior resistente que protege os esporos. As plantas terrestres incluem plantas não vasculares e plantas vasculares.

Plantas vasculares, que incluem plantas sem sementes e plantas com sementes, têm meristemas apicais e embriões com estoques nutricionais. Todas as plantas terrestres compartilham as seguintes características: alternância de gerações, com a planta haploide chamada gametófito e a planta diploide denominada esporófito; formação de esporos haploides em um esporângio; e formação de gametas em um gametângio.

Referências

Glossário

meristema apical

o ponto de crescimento em uma planta vascular na ponta de um broto ou raiz onde ocorre a divisão celular

diplôntico

descreve um ciclo de vida em que o estágio diploide é o estágio dominante

gametângio

(gametangia) a estrutura dentro da qual os gametas são produzidos

gametófito

a planta haploide que produz gametas

haplodiplobiôntico

descreve um ciclo de vida em que os estágios haploide e diploide se alternam; também conhecido como alternância de ciclo de vida das gerações

haplobiôntico

descreve um ciclo de vida em que o estágio haploide é o estágio dominante

heterósporo

ter dois tipos de esporos que dão origem a gametófitos masculinos e femininos

homósporo

ter um tipo de esporo que dá origem a gametófitos que dão origem a ambos os gametas masculinos e femininos

planta não vascular

uma planta que não possui tecido vascular formado por células especializadas para o transporte de água e nutrientes

esporângio

(plural: sporangia) o órgão dentro do qual os esporos são produzidos

esporófito

a planta diploide que produz esporos

singamia

a união de dois gametas na fertilização

planta vascular

uma planta em que há uma rede de células que conduzem a água e soluta através do organismo

 

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