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14: Diversidade de Plantas - Biologia

14: Diversidade de Plantas - Biologia



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14: Diversidade de Plantas

Diversidade de plantas

A diversidade vegetal refere-se à existência de grande variedade de espécies de plantas em seus ambientes naturais. Existem cerca de 300.000-500.000 espécies de plantas vasculares na Terra (Figura 1).

  • Compreenda as plantas e a base da sua classificação.
  • Explique as características e os ciclos de vida de briófitas, pteridófitas, gimnospermas e angiospermas.
  • Compreenda a estrutura e função de caules e folhas.
  • Explique o processo de formação da madeira e os mecanismos de transporte nas plantas.
  • Identifique os fatores que afetam o crescimento da planta e sua adaptação.

Plantas terrestres incluem briófitas (musgos), licófitas (samambaias), gimnospermas (plantas lenhosas sem flores, mas sementes e cones estão presentes) e angiospermas (plantas com flores).

As plantas aquáticas incluem variedades de algas. A diversidade da vida vegetal é importante, pois suporta várias formas de vida (decompositores e herbívoros).


DIVESIDADE DE PLANTAS

A presença de variedade de plantas na forma de diferentes bronzeados (espécie, gênero) é chamada de diversidade de planta. Plantas diferentes têm morfologia, fisiologia, citologia e anatomia diferentes. Produz diversidade entre as plantas. Diversidade inclui classificação e nomenclatura de plantas.

ESCOPO E CLASSIFICAÇÃO DOS REINOS DE PLANTAS

O estudo dos tipos e diversidade de organismos e as relações evolutivas entre eles é chamado de sistemática ou taxonomia. O estudo da sistemática fornece a ordem e as relações entre o organismo. Essa ordem e relação surgem de processos evolutivos. Esses estudos também fornecem a descrição das novas espécies. Ele organiza os animais em grupos (taxa). Este agrupamento é baseado no grau de parentesco evolutivo.

A. HIERARQUIA TAXONÔMICA

(a) Hierarquia taxonômica baseada na morfologia

O moderno sistema de classificação foi dado por Carolus Linnaeus. Este sistema de classificação ainda é usado hoje. Carolus Linnaeus acreditava que diferentes espécies poderiam ser agrupadas na mesma

& # 8211 Diversidade de Plantas: Introdução

categorias com base nas semelhanças entre elas. O grupo de animais com características semelhantes forma um táxon. Por exemplo, Amaltas (fístula de cássia) mostra semelhanças com outras espécies de cássia (cássia senna). Ambos têm folhas compostas e produzem feijão. Portanto, todas essas plantas são colocadas no mesmo táxon. Além disso. Cassia também compartilha personagens com Bauhinia verigata (Kachnar). Portanto, eles estão na mesma família.

Carolus Linnaeus reconheceu cinco táxons. Os taxonomistas modernos usam oito táxons, incluindo os cinco táxons anteriores. Os táxons são organizados hierarquicamente. Significa arranjo de classificação do amplo ao específico. Esses táxons são: Reino, Filo, Classe, Ordem, Família, Gênero e Espécie.

(b) Hierarquia taxonômica baseada na evolução

Carolus Linnaeus não aceitou a evolução. Mesmo assim, muitos de seus agrupamentos mostram relações evolutivas. As semelhanças morfológicas entre duas plantas têm uma base genética. Isso dá origem a uma história evolutiva comum. Assim, as plantas são agrupadas de acordo com características semelhantes. Carolus Linnaeus os agrupou de acordo com suas relações evolutivas. Os membros do mesmo grupo taxonômico são mais intimamente relacionados entre si do que os membros de diferentes táxons.

REINOS DA VIDA

(a) Sistema de classificação do Reino

Em 1969, Robert H. Whittaker descreveu um sistema de classificação. Esta classificação forma cinco reinos. Esta base de classificação de Whittaker é:

Existem cinco reinos a seguir:

  1. Monera: Os membros deste reino são procariontes. O reino Monera contém bactérias e as cianobactérias.
  2. Protista Os membros do reino Protista são eucanjóticos. Eles consistem em células individuais ou colônias de células. Este reino inclui a ameba. Paramécio, etc.
  3. Plantae: Os membros do reino Plantae são eucarióticos, multicelulares e fotossintéticos. As plantas possuem células muradas. Eles geralmente não são móveis.
  4. Fungi: Membros da reino Fungi também são eucarióticos e multicelulares. Eles também têm células com paredes e geralmente não são 10Master Success Text Book of Botany A

móvel. O modo de nutrição distingue os fungos das plantas. Os fungos são decompositores. Os fungos digerem matéria orgânica fora do corpo e absorvem os produtos quebrados.

5. Animalia: Os membros do reino Animalia são eucarióticos e multicelulares. Eles se alimentam ingerindo outros organismos ou partes de outros organismos. Suas células não têm paredes e geralmente são móveis.

Os sistematas concluíram, com base em estudos de RNA ribossômico, que toda a vida compartilha um ancestral comum. Eles descobrem que existem três linhagens evolutivas principais. Cada uma dessas linhagens é chamada de domínio. O domínio está presente acima do reino. Existem três domínios:

ambiente, como vales de fendas de alta temperatura no fundo do oceano, ou ambientes com alto teor de sal ou ácidos. Todos os membros da Archaea habitam ambientes anaeróbicos. Esses ambientes mostram as condições da Terra no momento da origem. As Archaea são a forma de vida mais primitiva. Aqueus antigos deram origem a dois outros domínios de organismos.

  1. Eubactérias: Isso inclui bactérias verdadeiras. Estes são microrganismos procarióticos incluídos.
  2. Eukarya: Os Eukarya incluem todos os organismos eulcarióticos. Os Eukarya divergiram mais recentemente do que as Eubacteria das Archaea. Assim, os Eukarya estão mais próximos de Archaea do que as Eubacteria. Inclui os outros quatro reinos de eucariotos: Protista (Protoctista), fungos, Plantae e Animalia.

Classificação de Plantas

Os biólogos vegetais usam o termo divisão para os principais grupos de plantas dentro do reino vegetal. Divisão é igual a filo. As divisões são subdivididas em classes, ordens, famílias e gêneros.

O esquema de classificação usado neste texto reconhece doze divisões dentro do reino Plantae. Essas divisões são: Nlants não vasculares

Divisão Bryopsida Musgos
Divisão Hepaticopsida Hepáticas
Divisão Antocero, sida Hornworts

Plantas sem sementes vasculares

1. Divisão Psilopsida I Whiskfems

Divisão Lycopsida Musgos do clube
Divisão Sphenopsida Cavalinha
Divisão Pteropsida Samambaias

Gimnosperma: plantas com sementes nuas

Divisão Coniferopsida

Divisão Cycadopsida

Divisão Ginkgopsida

Divisão Gnetopsida

Angiospermas: plantas com flores

CONCEITO BÁSICO DE EVOLUÇÃO NA DIVERSIDADE DE PLANTAS

Quase todas as plantas se reproduzem sexualmente. A maioria das plantas também são capazes de propagação assexuada. As plantas produzem seus gametas dentro dos gametângios. Gamentaniga possui jaquetas protetoras de células estéreis (não reprodutivas). Impede que os delicados gametas sequem durante seu desenvolvimento. O ovo é fertilizado dentro do órgão feminino. O zigoto se desenvolve em um embrião. O embrião é retido por algum tempo dentro da capa de células protetoras.

A alternância de geração ocorre nas plantas. O fenômeno no qual a geração de gametófitos haploides e a geração de esporófitos diploides se alternam é denominado alternância de geração. Isso ocorre em todas as plantas. As gerações esporófitas e gametófitas diferem na morfologia. Portanto, eles são heteromórficos. O esporófito diplóide é o indivíduo mais perceptível em todos os grupos. Existem duas tendências principais na evolução das plantas.

  1. Há tendência de redução da geração haplóide e domínio da geração diplóide.
  2. Há substituição de espermatozoides flagelados por pólen. É uma adaptação para o ambiente terrestre.

Principais períodos de evolução da planta

O registro fóssil mostra que existem quatro períodos principais na evolução:

1. Primeiro período: Origem da planta dos ancestrais aquáticos: O primeiro período de evolução foi associado à origem das plantas dos ancestrais aquáticos. As plantas evoluem a partir de algas durante o período médio da Silúria, cerca de 425 milhões de anos atrás. O primeiro terrestre

12 Livro de texto de sucesso mestre de botânica A

a adaptação foi a formação de cutícula e gametângio encamisado. Ele protege gametas e embriões. Em seguida, ocorre a evolução do tecido vacular. Os tecidos vasculares consistem em células unidas em tubos. O tecido vascular transporta nutrientes por toda a planta. O tecido vascular evoluiu relativamente cedo na história da planta. A maioria dos musgos não possui tecido vascular. Portanto, eles são chamados de plantas não vasculares. No entanto, tubos condutores de água estão presentes em alguns musgos. Mas não está claro se os tubos de musgos são análogos ou homólogos ao tecido condutor de água de outras plantas.

Segundo período: Diversificação de plantas vasculares: O segundo grande período de evolução das plantas foi a diversificação das plantas vasculares durante o início devoniano período, cerca de 400 milhões de anos atrás. As primeiras plantas vasculares não tinham sementes. Esta condição é

Diversidade de plantas. Introdução

presente em samambaias e alguns outros grupos de plantas vasculares.

  1. Terceiro período: Evolução da Semente: O terceiro grande período de evolução da planta começou com a origem da semente. Algumas sementes protegem o embrião da dessecação e outros perigos. UMA semente consiste em um óvulo empacotado com embrião junto com o armazenamento de comida dentro uma cobertura protetora. o as primeiras plantas vasculares produtoras de sementes surgiram há cerca de 360 ​​milhões de anos, perto do final de devoniano período. Essas plantas têm sementes nuas. Eles não são protegidos por cobertura. Essas plantas são gimnosperma (coníferas). Eles incluem pinheiros e outros cones. As gimnospermas coexistiram com samambaias e plantas sem sementes por mais de 200 milhões de anos.

Quarto período: Evolução das plantas com flores: A planta com flores evoluiu cerca de 130 milhões de anos de idade durante o início do período Cretáceo. A flor é uma estrutura reprodutiva complexa. Suas sementes são protegidas pela fruta. As plantas com flores são chamadas angiospermas.


14.1 O reino vegetal

Ao final desta seção, você será capaz de:

  • Descreva as principais características do reino vegetal
  • Discuta os desafios de plantar vida na terra
  • Descreva as adaptações que permitiram às plantas colonizar a terra

As plantas são um grupo grande e variado de organismos. Existem cerca de 300.000 espécies de plantas catalogadas. 1 Destas, cerca de 260.000 são plantas que produzem sementes. Musgos, samambaias, coníferas e plantas com flores são todos membros do reino vegetal. O reino vegetal 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 também possuem diversos métodos de reprodução assexuada. As plantas apresentam crescimento indeterminado, o que significa que não têm uma forma corporal final, mas continuam a crescer em massa corporal até morrer.

Adaptações de plantas para a vida na terra

À medida que os organismos se adaptam à vida na terra, eles têm que enfrentar vários desafios no ambiente terrestre. A água foi descrita como "a matéria-prima da vida". O interior da célula - o meio em que a maioria das moléculas pequenas se dissolvem e se difundem, e no qual a maioria das reações químicas do metabolismo ocorre - é uma sopa aquosa. A dessecação, ou ressecamento, é um perigo constante para um organismo exposto ao ar. Mesmo quando partes de uma planta estão perto de uma fonte de água, é provável que suas estruturas aéreas sequem. A água fornece flutuabilidade aos organismos que vivem em habitats aquáticos. Em terra, as plantas precisam desenvolver suporte estrutural no ar - um meio que não oferece a mesma sustentação. Além disso, os gametas masculinos devem alcançar os gametas femininos usando novas estratégias porque a natação não é mais possível. Por fim, tanto os gametas quanto os zigotos devem ser protegidos contra o ressecamento. As plantas terrestres bem-sucedidas desenvolveram estratégias para lidar com todos esses desafios, embora nem todas as adaptações tenham aparecido de uma vez. Algumas espécies não se afastaram de um ambiente aquático, enquanto outras saíram da água e passaram a conquistar os ambientes mais secos da Terra.

Para equilibrar esses desafios de sobrevivência, a vida na 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 concorrentes na coluna de água acima. Em segundo lugar, o dióxido de carbono está mais facilmente disponível porque sua concentração é mais alta 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. Essa situação mudou à medida que 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 a secura. Uma dessas estratégias é a tolerância à seca. Os musgos, por exemplo, podem secar e se tornarem um tapete marrom e quebradiço, mas assim que a chuva disponibilizar água, os musgos irão absorvê-la e recuperar sua aparência verde e saudável. Outra estratégia é colonizar ambientes com alta umidade, onde as secas são incomuns. As samambaias, uma linhagem inicial de plantas, prosperam em lugares úmidos e frios, como o sub-bosque das florestas temperadas. Mais tarde, as plantas se afastaram de ambientes aquáticos usando resistência à dessecação, em vez de tolerância. Essas 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 terrestre, as plantas terrestres apresentam adaptações que foram responsáveis ​​por sua diversidade e predominância nos ecossistemas terrestres. Quatro adaptações principais são encontradas em muitas plantas terrestres: a alternância de gerações, um esporângio no qual os esporos são formados, um gametângio que produz células haplóides e, em plantas vasculares, tecido meristema apical em raízes e brotos.

Alternação de Gerações

A alternância de gerações descreve um ciclo de vida no qual um organismo tem estágios multicelulares haploides e diploides (Figura 14.2).

Figura 14.2 Alternância de gerações entre o gametófito haplóide (1n) e esporófito diploide (2n) é mostrada. (crédito: modificação da obra de Peter Coxhead)

Haplôntico refere-se a um ciclo de vida no qual existe um estágio haplóide dominante. Diplôntica refere-se a um ciclo de vida em que o estágio diplóide é o estágio dominante, e o número de cromossomos haplóides é visto apenas por um breve período no ciclo de vida durante a reprodução sexual. Os humanos são diplônticos, por exemplo. A maioria das plantas exibe alternância de gerações, que é descrita como haplodiplôntico: a forma multicelular haplóide conhecida como gametófito é seguida na sequência de desenvolvimento por um organismo diplóide 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 esporófito é quase imperceptível nas plantas inferiores (o termo coletivo para os grupos de plantas de musgos, hepáticas e hornworts). Árvores altas são a fase diplôntica nos ciclos de vida de plantas como sequóias e pinheiros.

Sporangia nas plantas sem sementes

O esporófito de plantas sem sementes é diplóide e resulta de singamia ou a fusão de dois gametas (Figura 14.2). O esporófito carrega o esporângio (singular, esporângio), órgãos que apareceram pela primeira vez nas plantas terrestres. O termo "esporângio" significa literalmente "esporo em um vaso", pois é um saco reprodutivo que contém esporos. Dentro dos esporângios multicelulares, os esporócitos diploides, ou células-mãe, produzem esporos haplóides por meiose, o que reduz o número de cromossomos 2n para 1n. Os esporos são posteriormente liberados pelos esporângios e se dispersam no meio ambiente. Dois tipos diferentes de esporos são produzidos em plantas terrestres, resultando na separação dos sexos em diferentes pontos do ciclo de vida. Plantas não vasculares sem sementes (mais apropriadamente referidas como "plantas não vasculares sem sementes com uma fase gametófita dominante") produzem apenas um tipo de esporo e são chamadas homosporoso. Depois de germinar de um esporo, o gametófito produz machos e fêmeas gametangia, geralmente no mesmo indivíduo. Em contraste, heterosporoso as plantas produzem dois tipos de esporos morfologicamente diferentes. Os esporos masculinos são chamados de micrósporos por causa de seu tamanho menor, os megásporos comparativamente maiores se desenvolverão no gametófito feminino. A heterosporia é observada em algumas plantas vasculares sem sementes e em todas as plantas com sementes.

Quando o esporo haplóide germina, ele gera um gametófito multicelular por mitose. O gametófito suporta o zigoto formado a partir da fusão de gametas e o esporófito jovem resultante ou forma vegetativa, e o ciclo começa novamente (Figura 14.3 e Figura 14.4).

Figura 14.3 Este ciclo de vida de uma samambaia mostra a alternância de gerações com um estágio de esporófito dominante. (crédito "samambaia": modificação da obra de Cory Zanker crédito "gametófito": modificação da obra "Vlmastra" / Wikimedia Commons) Figura 14.4 Este ciclo de vida de um musgo mostra a alternância de gerações com um estágio gametófito dominante. (crédito: modificação da obra de Mariana Ruiz Villareal)

Os esporos das plantas sem sementes e o pólen das plantas com sementes são cercados por espessas paredes celulares contendo um polímero resistente conhecido como esporopolenina. Esta substância é caracterizada por longas cadeias de moléculas orgânicas relacionadas a ácidos graxos e carotenóides, e dá ao pólen sua cor amarela. A esporopolenina é excepcionalmente resistente à degradação química e biológica. Sua resistência explica a existência de fósseis de pólen bem preservados. A esporopolenina já foi considerada uma inovação nas plantas terrestres, no entanto, as algas verdes Coleochaetes agora é conhecido por formar esporos que contêm esporopolenina.

A proteção do embrião é um requisito importante para as plantas terrestres. O embrião vulnerável deve ser protegido da dessecação e de outros riscos ambientais. Tanto nas plantas sem sementes quanto nas com sementes, o gametófito feminino fornece nutrição e, nas plantas com sementes, o embrião também é protegido à medida que se desenvolve para a nova geração de esporófitos.

Gametangia nas plantas sem sementes

Gametangia (singular, gametangium) são estruturas nos gametófitos de plantas sem sementes nas quais os gametas são produzidos por mitose. O gametângio masculino, o antheridium, libera esperma. Muitas plantas sem sementes produzem espermatozoides equipados com flagelos que lhes permitem nadar em um ambiente úmido até o arquegônio, o gametângio feminino. O embrião se desenvolve dentro do arquegônio como esporófito.

Meristemas Apicais

Os brotos e raízes das plantas aumentam de comprimento por meio da rápida divisão celular dentro de um tecido chamado de meristema apical (Figura 14.5). O meristema apical é uma camada de células na ponta do caule ou 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 dos brotos e raízes permite que uma planta acesse espaço e recursos adicionais: luz no caso do broto e água e minerais no caso das raízes. Um meristema separado, denominado meristema lateral, produz células que aumentam o diâmetro dos caules e 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.

/> Figura 14.5 Esta muda de maçã é um exemplo de planta em que o meristema apical dá origem a novos brotos e crescimento de raízes.

Adaptações Adicionais de Plantas Terrestres

À medida que as plantas se adaptaram à terra seca e tornaram-se independentes da presença constante de água em habitats úmidos, novos órgãos e estruturas surgiram. As primeiras plantas terrestres não cresciam acima de alguns centímetros do solo e, nessas esteiras baixas, competiam por luz. Ao desenvolver um broto e crescer mais alto, as plantas individuais capturaram mais luz. Como o ar oferece muito menos suporte do que a água, as plantas terrestres incorporaram moléculas mais rígidas em seus caules (e, posteriormente, nos troncos das árvores). A evolução do tecido vascular para a distribuição de água e solutos foi um pré-requisito necessário para as plantas desenvolverem corpos maiores. O sistema vascular contém tecidos do xilema e do floema. A Xylem conduz água e minerais retirados do solo até o floema do caule, transporta alimentos derivados da fotossíntese por toda a planta. O sistema radicular que evoluiu para absorver água e minerais também ancorou o caule cada vez mais alto no solo.

Nas plantas terrestres, uma cobertura cerosa e impermeável chamada cutícula cobre as partes aéreas da planta: folhas e caules. A cutícula também evita a ingestão de dióxido de carbono necessário para a síntese de carboidratos por meio da fotossíntese. Os estômatos, ou poros, que se abrem e fecham para regular o tráfego de gases e vapor d'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 os alcalóides, cujos cheiros nocivos e gosto desagradável detêm os animais. Esses compostos tóxicos podem causar doenças graves e até a morte.

Além disso, como as plantas co-evoluíram com os animais, metabólitos doces e nutritivos foram desenvolvidos para atrair os animais para fornecer uma ajuda valiosa na dispersão de grãos de pólen, frutas ou sementes. As plantas têm co-evoluído com animais associados por centenas de milhões de anos (Figura 14.6).

Figura 14.6 As plantas desenvolveram várias adaptações para a vida na terra. (a) As primeiras plantas cresciam perto do solo, como este musgo, para evitar a dessecação. (b) Posteriormente, as plantas 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) As plantas desenvolveram defesas físicas e químicas para evitar serem comidas por animais. (crédito a, b: modificação da obra de Cory Zanker crédito c: modificação da obra de Christine Cimala crédito d: modificação da obra de Jo Naylor)

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. A Paleobotânica resolve essas questões, se especializando no estudo de plantas extintas. Os 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 as mesmas características. Este campo busca encontrar espécies transicionais que preencham lacunas no caminho para o desenvolvimento dos organismos modernos. Os fósseis são formados quando os organismos ficam presos em sedimentos ou ambientes onde suas formas são preservadas (Figura 14.7). 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 exige muito cuidado para preservar a integridade dos delicados fósseis e das camadas em que se encontram.

Um dos desenvolvimentos recentes mais empolgantes na paleobotânica é o uso da química analítica e da biologia molecular para estudar fósseis. A preservação das estruturas moleculares requer um ambiente livre de oxigênio, uma vez que a oxidação e a degradação do material pela atividade de microrganismos dependem da presença de oxigênio. Um exemplo do uso da química analítica e da biologia molecular está na identificação do oleanano, composto que detém as pragas e que, até o momento, parece ser exclusivo das plantas com flores. Oleanane foi recuperado de sedimentos que datam do Permiano, muito antes das datas atuais dadas para o aparecimento das primeiras plantas com flores. Os ácidos nucléicos fossilizados - DNA e RNA - fornecem a maior parte das informações. Suas sequências são analisadas e comparadas às de organismos vivos e relacionados. Por meio dessa análise, relacionamentos evolutivos podem ser construídos para linhagens de plantas.

Alguns paleobotânicos são céticos em relação às conclusões tiradas da análise de fósseis moleculares. Por um lado, os materiais químicos de interesse degradam-se rapidamente durante o isolamento inicial quando expostos ao ar, bem como em outras manipulações. Sempre existe um alto risco de contaminar as amostras com materiais estranhos, principalmente de microrganismos. No entanto, à medida que 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.

Figura 14.7 Este fóssil de uma folha de palmeira (Palmacites sp.) Descoberto em Wyoming data de cerca de 40 milhões de anos atrás

As principais divisões das plantas terrestres

As plantas terrestres são classificadas em dois grupos principais de acordo com a ausência ou presença de tecido vascular, conforme detalhado em Figura 14.8. As plantas que carecem de tecido vascular formado por células especializadas para o transporte de água e nutrientes são referidas como plantas não vasculares. As briófitas, hepáticas, musgos e hornworts não têm sementes e não são vascularizadas 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 final do Ordoviciano (461–444 milhões de anos atrás) e provavelmente eram semelhantes às licófitas, que incluem musgos (não confundir com musgos) e pterófitas (samambaias, rabos de cavalo e samambaias batedeiras). Lycophytes e pterophytes são referidos como plantas vasculares sem sementes. Eles não produzem sementes, que são embriões com suas reservas alimentares armazenadas protegidas por um invólucro rígido. As plantas com sementes formam o maior grupo de todas as plantas existentes e, portanto, dominam a paisagem. As plantas com sementes incluem gimnospermas, principalmente coníferas, que produzem “sementes nuas”, e as plantas mais bem-sucedidas, as plantas com flores ou angiospermas, que protegem suas sementes dentro de câmaras no centro de uma flor. As paredes dessas câmaras posteriormente se transformam em frutas.

Figura 14.8 Esta tabela mostra as principais divisões das fábricas.

CONCEITO EM AÇÃO

Para saber mais sobre a evolução das plantas e seu impacto no desenvolvimento do nosso planeta, assista ao programa da BBC “Como fazer um planeta crescer: a vida da luz” encontrado neste site (http://openstaxcollege.org/l/growing_planet2) .


PLANTAS DE SEMENTES

A principal inovação para as demais plantas é o desenvolvimento de sementes. Isso pode parecer simples, mas o desenvolvimento das sementes foi uma adaptação importante na evolução das plantas. As sementes são saudáveis ​​e, o mais importante, podem suportar condições de seca. A adaptação da semente fez com que as plantas ficassem livres da dependência da água para a reprodução e, consequentemente, pudessem colonizar ambientes mais secos.

Aqui está um pequeno insight sobre “a semente”. É uma adaptação bastante notável que não seria possível sem a evolução de uma característica nas plantas com sementes conhecida como heterosporia. Basicamente, isso significa a produção de dois tipos distintos de estruturas produtoras de esporos e, portanto, dois tipos distintos de esporos: micrósporos e megásporos. Os micrósporos se desenvolvem em pólen, ou gametófito masculino. O megásporo se desenvolve no ovo, ou gametófito feminino. O óvulo e o esperma se fundem para formar um zigoto que se desenvolve em um embrião, que é protegido dentro de várias camadas e envolto em uma capa protetora. Todo o pacote é a semente!

Nós agrupamos as plantas com sementes em dois grupos principais: gimnospermas e angiospermas. O aspecto estimulante desses dois grupos é que o esporófito é dominante e o gametófito é tão reduzido que depende do esporófito para sobreviver. O espermatozóide e o óvulo se desenvolvem dentro do esporófito, e o gametófito feminino é retido nos tecidos do esporófito. Existem três tipos principais de gimnospermas: cicadáceas, ginko e coníferas. Todas as gimnospermas dependem do vento para a polinização. O vento pode ser complicado e nem sempre o mais confiável, especialmente quando algo tão importante como garantir uma prole viável (fertilização e produção de sementes) está em jogo! Nosso próximo grupo realmente aumentou sua estratégia de polinização com algumas inovações fabulosas.


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Adaptações Adicionais de Plantas Terrestres

À medida que as plantas se adaptaram à terra seca e tornaram-se independentes da presença constante de água em habitats úmidos, novos órgãos e estruturas surgiram. As primeiras plantas terrestres não cresciam acima de alguns centímetros do solo e, nessas esteiras baixas, competiam por luz. Ao desenvolver um broto e crescer mais alto, as plantas individuais capturaram mais luz. Como o ar oferece muito menos suporte do que a água, as plantas terrestres incorporaram moléculas mais rígidas em seus caules (e, mais tarde, nos troncos das árvores). A evolução do tecido vascular para a distribuição de água e solutos foi um pré-requisito necessário para as plantas desenvolverem corpos maiores. O sistema vascular contém tecidos do xilema e do floema. A Xylem conduz água e minerais retirados do solo até o floema do caule, transporta alimentos derivados da fotossíntese por toda a planta. O sistema radicular que evoluiu para absorver água e minerais também ancorou o caule cada vez mais alto no solo.

Figura 5: As plantas evoluíram várias adaptações para a vida na terra. (a) As primeiras plantas cresciam perto do solo, como este musgo, para evitar a dessecação. (b) Posteriormente, as plantas 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) As plantas desenvolveram defesas físicas e químicas para evitar serem comidas por animais. (crédito a, b: modificação da obra de Cory Zanker crédito c: modificação da obra de Christine Cimala crédito d: modificação da obra de Jo Naylor)

Nas plantas terrestres, uma cobertura cerosa e impermeável chamada cutícula cobre as partes aéreas da planta: folhas e caules. A cutícula também evita a ingestão de dióxido de carbono necessário para a síntese de carboidratos por meio da fotossíntese. Os estômatos, ou poros, que se abrem e fecham para regular o tráfego de gases e vapor d'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 os alcalóides, cujos odores 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 coevoluíam com os animais, metabólitos doces e nutritivos foram desenvolvidos para atrair os animais para fornecer ajuda valiosa na dispersão de grãos de pólen, frutas ou sementes. As plantas têm co-evoluído com animais associados há centenas de milhões de anos ([Figura 5]).

Evolução em Ação

PaleobotanyComo os organismos adquiriram características que lhes permitem colonizar novos ambientes e como o ecossistema contemporâneo é moldado são questões fundamentais da evolução. A Paleobotânica resolve essas questões, se especializando no estudo de plantas extintas. Os 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 as mesmas características. Este campo busca encontrar espécies transicionais que preencham lacunas no caminho para o desenvolvimento dos organismos modernos. Os fósseis são formados quando os organismos ficam presos em sedimentos ou ambientes onde suas formas são preservadas ([Figura 6]). Paleobotanists determine the geological age of specimens and the nature of their environment using the geological sediments and fossil organisms surrounding them. The activity requires great care to preserve the integrity of the delicate fossils and the layers in which they are found.

One of the most exciting recent developments in paleobotany is the use of analytical chemistry and molecular biology to study fossils. Preservation of molecular structures requires an environment free of oxygen, since oxidation and degradation of material through the activity of microorganisms depend on the presence of oxygen. One example of the use of analytical chemistry and molecular biology is in the identification of oleanane, a compound that deters pests and which, up to this point, appears to be unique to flowering plants. Oleanane was recovered from sediments dating from the Permian, much earlier than the current dates given for the appearance of the first flowering plants. Fossilized nucleic acids—DNA and RNA—yield the most information. Their sequences are analyzed and compared to those of living and related organisms. Through this analysis, evolutionary relationships can be built for plant lineages.

Some paleobotanists are skeptical of the conclusions drawn from the analysis of molecular fossils. For one, the chemical materials of interest degrade rapidly during initial isolation when exposed to air, as well as in further manipulations. There is always a high risk of contaminating the specimens with extraneous material, mostly from microorganisms. Nevertheless, as technology is refined, the analysis of DNA from fossilized plants will provide invaluable information on the evolution of plants and their adaptation to an ever-changing environment.

Figure 6: This fossil of a palm leaf (Palmacites sp.) discovered in Wyoming dates to about 40 million years ago.


14: Diversity of Plants - Biology

As we learned at the beginning of this module, plants are essential to human life (as well as the lives of several other organisms): they act as food and release oxygen into the atmosphere. We’ve also learned that plants play a key role in the ecosystem by stabilizing soils, cycling carbon, and moderating the climate. With all these roles, it becomes clear that we must preserve plants and their diversity—or else we put ourselves and the biosphere at large at risk. As we continue on, we’ll learn about how plants function and reproduce. As you learn, think about ways you can take this new knowledge and work to preserve your local plant diversity.

If plants and their interactions with humans interest you, you may want to look into the field of ethnobotany.

EthnobotanisT

The relatively new field of ethnobotany studies the interaction between a particular culture and the plants native to the region. Seed plants have a large influence on day-to-day human life. Not only are plants the major source of food and medicine, they also influence many other aspects of society, from clothing to industry. The medicinal properties of plants were recognized early on in human cultures. From the mid-1900s, synthetic chemicals began to supplant plant-based remedies.

Pharmacognosy is the branch of pharmacology that focuses on medicines derived from natural sources. With massive globalization and industrialization, there is a concern that much human knowledge of plants and their medicinal purposes will disappear with the cultures that fostered them. This is where ethnobotanists come in. To learn about and understand the use of plants in a particular culture, an ethnobotanist must bring in knowledge of plant life and an understanding and appreciation of diverse cultures and traditions. The Amazon forest is home to an incredible diversity of vegetation and is considered an untapped resource of medicinal plants yet, both the ecosystem and its indigenous cultures are threatened with extinction.

To become an ethnobotanist, a person must acquire a broad knowledge of plant biology, ecology and sociology. Not only are the plant specimens studied and collected, but also the stories, recipes, and traditions that are linked to them. For ethnobotanists, plants are not viewed solely as biological organisms to be studied in a laboratory, but as an integral part of human culture. The convergence of molecular biology, anthropology, and ecology make the field of ethnobotany a truly multidisciplinary science.


Diversity in Habit of the Plant | Botânica

These are small plants with soft stems. They may be annuals, e.g., mustard, pea, rice, etc., biennials, e.g., beet, carrot, turnip, etc., perennials, e.g., canna, ginger, banana, etc.

The annuals are those herbs that attain their full growth in one season, living for few months or at the most for one year only. The biennials are those herbs that live for two years and they produce flowers and seeds in the second year after which they die off.

The perennials are those herbs that persist for a number of years. The aerial parts of such plants die every year at the end of the season but new shoots develop again from the underground stem.

They are medium sized plants with hard and woody stems. They branch profusely from near the ground, and thus the plants become bushy in habit without a clear trunk. The examples are Hibiscus rosa-sinensis, night jasmine (Nyctanthes arbortristis), garden croton, etc.

They are tall plants with a clear trunk and possess hard and woody stem and branches, e.g., mango, sissoo, nim, teak, jack, etc.

The shrubs and trees are perennials.

Diversity in Habit of the Plant: Category # 2.

According to the Life-cycle:

They may be:

Complete their whole life, from seed to fruit in one year or less. In some cases even in a few weeks such as in Senecio vulgaris, so that several generations may be passed through in one summer while nothing but the seeds remain through the winter. Biennials and annuals are therefore, typically monocarpic, fruiting but once.

Last only for two years. In the first season they produce at soil level a very contracted stem bearing a rosette of leaves. During the second season the stem elongates and bears the flowers and fruit, after which the whole plant dies, e.g., carrot, radish, turnip, etc.

May be woody, either tree like with one main trunk, or else shrub-like with a cluster of stems. They may also be herbaceous lying down to the ground level each winter and persisting only by underground organs. The duration of perennials is very variable.

Some herbs live only five to six years. Large trees on the other hand may take twenty five to thirty years to attain flowering. The common factor in all perennials is that they are polycarpic, i.e., they flower and fruit again and again.

Certain monocotyledonous perennials, on the other hand, are naturally monocarpic. For example, bamboos flower every twenty to thirty years and then die. Agave americana flowers once but only after hundred years producing a 50 feet inflorescence and thereafter dies.


The co-occurrence within a single interbreeding population of morphologically distinct mating groups that are distinguished by differences in their sexual organs.

Differences in the timing of pollen dispersal from anthers and stigma receptivity of flowers. In protandry, pollen is dispersed before stigmas are receptive, and in protogyny, stigmas are receptive before pollen is dispersed from anthers.

The reduction in viability and fertility of inbred offspring compared with outbred offspring.

A cluster of tightly linked co-adapted genes that are inherited as a single unit and carry out related functions.

Mirror-image flowers in which the style bends either to the left side or the right side of the floral axis. The phenomenon can exist as a sexual polymorphism with left-styled and right-styled plants.

(Monocot). One of the two classes of flowering plants, monocots are characterized by one embryonic leaf (cotyledon). Maize, rice and other grasses are common monocots.

Sexual polymorphisms in which floral morphs differ reciprocally in the locations of female and male sex organs within flowers (for example, heterostyly and enantiostyly).

A sexual polymorphism in which populations contain two floral morphs that differ in the temporal patterns of style growth and orientation.

A sexual polymorphism in which populations contain female and male plants.

Natural selection against the mean value of a quantitative trait, therefore favouring individuals at the two tails of the phenotypic distribution.

When allocation of resources to one life-history trait reduces investment in another trait.

The loss of outcrossed siring success as a result of self-pollination.

Loci that code for different electrophoretic forms of the same enzyme as a result of allelic differences.

The formation of self-fertilized seeds from ovules that, if they had not been self-fertilized, would have been cross-fertilized.

A means of investigating the shared genealogical history of genes. A genealogy is constructed backwards in time starting with the present-day sample. Lineages coalesce when they have a common ancestor.

(QTL). Loci that control quantitative traits identified by showing a statistical association between genetic markers and phenotypes that can be measured.


Assista o vídeo: PTERIDÓFITAS - BOTÂNICA - Prof. Kennedy Ramos (Agosto 2022).