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26.1A: Evolución de las plantas de semillas y adaptaciones para la tierra - Biología

26.1A: Evolución de las plantas de semillas y adaptaciones para la tierra - Biología


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La evolución de las semillas permitió que las plantas se reprodujeran independientemente del agua; el polen les permite dispersar sus gametos a grandes distancias.

Objetivos de aprendizaje

  • Reconocer la importancia de la evolución de las plantas de semillas.

Puntos clave

  • Las plantas se utilizan para alimentos, textiles, medicinas, materiales de construcción y muchos otros productos que son importantes para los seres humanos.
  • La evolución de las semillas permitió a las plantas disminuir su dependencia del agua para la reproducción.
  • Las semillas contienen un embrión que puede permanecer inactivo hasta que las condiciones sean favorables cuando se convierte en un esporofito diploide.
  • Las semillas son transportadas por el viento, el agua o los animales para fomentar la reproducción y reducir la competencia con la planta madre.

Términos clave

  • semilla: un óvulo fertilizado, que contiene una planta embrionaria
  • esporofito: una planta (o la fase diploide en su ciclo de vida) que produce esporas por meiosis para producir gametofitos
  • polen: microesporas producidas en las anteras de plantas con flores.

Evolución de las plantas de semillas

Las exuberantes palmeras de las costas tropicales no dependen del agua para la dispersión de su polen, la fertilización o la supervivencia del cigoto, a diferencia de los musgos, las hepáticas y los helechos del terreno. Las plantas de semillas, como las palmas, se han liberado de la necesidad de depender del agua para sus necesidades reproductivas. Desempeñan un papel integral en todos los aspectos de la vida en el planeta, dando forma al terreno físico, influyendo en el clima y manteniendo la vida tal como la conocemos. Durante milenios, las sociedades humanas han dependido de las plantas con semillas para su nutrición y compuestos medicinales; y más recientemente, para subproductos industriales, como madera y papel, tintes y textiles. Las palmas proporcionan materiales que incluyen ratán, aceites y dátiles. El trigo se cultiva para alimentar tanto a poblaciones humanas como animales. El fruto de la flor de la cápsula de algodón se cosecha como cápsula, con sus fibras transformadas en ropa o pulpa para papel. La vistosa adormidera se valora tanto como flor ornamental como fuente de potentes compuestos opiáceos.

Semillas y polen como adaptación evolutiva a la tierra seca

A diferencia de las esporas de briofitas y helechos (que son células haploides que dependen de la humedad para el desarrollo rápido de gametofitos), las semillas contienen un embrión diploide que germinará en un esporofito. El tejido de almacenamiento para mantener el crecimiento y una capa protectora le dan a las semillas su ventaja evolutiva superior. Varias capas de tejido endurecido evitan la desecación, liberando a la reproducción de la necesidad de un suministro constante de agua. Además, las semillas permanecen en un estado de letargo inducido por la desecación y la hormona ácido abscísico hasta que las condiciones para el crecimiento se vuelven favorables. Ya sean arrastradas por el viento, flotando en el agua o arrastradas por los animales, las semillas se esparcen en un rango geográfico en expansión, evitando así la competencia con la planta madre.

Los granos de polen son gametofitos masculinos transportados por el viento, el agua o un polinizador. Toda la estructura está protegida de la desecación y puede llegar a los órganos femeninos sin depender del agua. Los gametos masculinos alcanzan el gametofito femenino y el gameto del óvulo a través de un tubo polínico: una extensión de una célula dentro del grano de polen. Los espermatozoides de las gimnospermas modernas carecen de flagelos, pero en las cícadas y el gingko, los espermatozoides todavía poseen flagelos que les permiten nadar por el tubo polínico hasta el gameto femenino; sin embargo, están encerrados en un grano de polen.


26.1A: Evolución de las plantas de semillas y adaptaciones para la tierra - Biología

Al final de esta sección, habrá completado los siguientes objetivos:

  • Explica cuándo aparecieron las plantas con semillas y cuándo las gimnospermas se convirtieron en el grupo de plantas dominante.
  • Describir las dos principales innovaciones que permitieron que las plantas con semillas se reprodujeran en ausencia de agua.
  • Discutir el propósito de los granos y semillas de polen.
  • Describir el significado de las angiospermas que producen flores y frutos.

Las primeras plantas que colonizaron la tierra probablemente estaban estrechamente relacionadas con los musgos modernos (briófitas) y se cree que aparecieron hace unos 500 millones de años. Les siguieron las hepáticas (también briofitas) y las plantas vasculares primitivas, las pterofitas, de las que se derivan los helechos modernos. El ciclo de vida de las briofitas y pterofitas se caracteriza por la alternancia de generaciones, como las gimnospermas y las angiospermas, lo que diferencia a las briofitas y pterofitas de las gimnospermas y angiospermas es su requerimiento reproductivo de agua. La finalización del ciclo de vida de las briofitas y pterofitas requiere agua porque el gametofito masculino libera espermatozoides, que deben nadar, propulsados ​​por sus flagelos, para alcanzar y fertilizar el huevo o gameto femenino. Después de la fertilización, el cigoto madura y se convierte en un esporofito, que a su vez formará esporangios o "vasos de esporas". En los esporangios, las células madre experimentan meiosis y producen las esporas haploides. La liberación de esporas en un ambiente adecuado conducirá a la germinación y a una nueva generación de gametofitos.

En las plantas con semillas, la tendencia evolutiva condujo a una generación de esporofitos dominantes y, al mismo tiempo, a una reducción sistemática del tamaño del gametofito: de una estructura conspicua a un grupo microscópico de células encerradas en los tejidos del esporofito. Mientras que las plantas vasculares inferiores, como los musgos y los helechos, son en su mayoría homosporosas (producen solo un tipo de espora), todas las plantas con semillas, o espermatofitos, son heterosporosos. Forman dos tipos de esporas: megasporas (hembra) y microsporas (macho). Las megaesporas se convierten en gametofitos femeninos que producen óvulos y las microsporas maduran en gametofitos masculinos que generan espermatozoides. Debido a que los gametofitos maduran dentro de las esporas, no son de vida libre, como lo son los gametofitos de otras plantas vasculares sin semillas. Las plantas heterosporosas sin semillas se consideran las precursoras evolutivas de las plantas con semillas.

Las semillas y el polen, dos adaptaciones críticas a la sequía y a la reproducción que no requiere agua, distinguen las plantas con semillas de otras plantas vasculares (sin semillas). Ambas adaptaciones fueron necesarias para la colonización de la tierra iniciada por las briófitas y sus antepasados. Los fósiles sitúan las primeras plantas de semillas distintas hace unos 350 millones de años. El primer registro confiable de gimnospermas data de su aparición en el período de Pensilvania, hace unos 319 millones de años (Figura 1). Las gimnospermas fueron precedidas por progymnosperms, las primeras plantas con semillas desnudas, que surgieron hace unos 380 millones de años. Las progymnosperms eran un grupo de plantas de transición que se parecían superficialmente a las coníferas (portadores de conos) porque producían madera a partir del crecimiento secundario de los tejidos vasculares; sin embargo, todavía se reproducían como helechos, liberando esporas al medio ambiente. Las gimnospermas dominaron el paisaje en la era mesozoica temprana (Triásico) y media (Jurásico). Las angiospermas superaron a las gimnospermas a mediados del Cretácico (hace unos 100 millones de años) a finales de la era mesozoica, y en la actualidad son el grupo de plantas más abundante en la mayoría de los biomas terrestres.

Figura 1. Varias especies de plantas evolucionaron en diferentes épocas. (crédito: Servicio Geológico de Estados Unidos)

El polen y la semilla fueron estructuras innovadoras que permitieron a las plantas con semillas romper su dependencia del agua para la reproducción y el desarrollo del embrión, y conquistar la tierra firme. los granos de polen son los gametofitos masculinos, que contienen los espermatozoides (gametos) de la planta. El pequeño haploide (1norte) las células están revestidas con una capa protectora que evita la desecación (secado) y los daños mecánicos. Los granos de polen pueden viajar lejos de su esporofito original, diseminando los genes de la planta. los semilla ofrece al embrión protección, nutrición y un mecanismo para mantener la latencia durante decenas o incluso miles de años, asegurando que la germinación pueda ocurrir cuando las condiciones de crecimiento son óptimas. Por lo tanto, las semillas permiten que las plantas dispersen a la próxima generación a través del espacio y el tiempo. Con tales ventajas evolutivas, las plantas con semillas se han convertido en el grupo de plantas más exitoso y familiar, en parte debido a su tamaño y apariencia llamativa.


Gimnospermas

Las gimnospermas (& # 8220 semilla desnuda & # 8221) son un grupo diverso de plantas con semillas y son parafiléticas. Los grupos parafiléticos no incluyen descendientes de un solo antepasado común. Las características de las gimnospermas incluyen semillas desnudas, gametos femeninos y masculinos separados, polinización por el viento y traqueidas, que transportan agua y solutos en el sistema vascular.

Ciclo de vida de una conífera

Los pinos son coníferas y llevan esporofilas masculinas y femeninas en la misma planta. Como todas las gimnospermas, los pinos son heterosporosos y producen microesporas masculinas y megaesporas femeninas. En los conos masculinos, o conos estaminados, los microsporocitos dan lugar a microesporas por meiosis. Las microesporas luego se convierten en granos de polen. Cada grano de polen contiene dos células: una célula generadora que se dividirá en dos espermatozoides y una segunda célula que se convertirá en la célula del tubo polínico. En la primavera, los pinos liberan grandes cantidades de polen amarillo, que es transportado por el viento. Algunos gametofitos aterrizarán en un cono femenino. El tubo polínico crece lentamente a partir del grano de polen y la célula generadora en el grano de polen se divide en dos espermatozoides por mitosis. Uno de los espermatozoides finalmente unirá su núcleo haploide con el núcleo haploide de un óvulo en el proceso de fertilización.

Los conos femeninos, u conos ovulatorios, contienen dos óvulos por escala. Un megasporocito sufre meiosis en cada óvulo. Solo una sola célula haploide superviviente se convertirá en un gametofito multicelular femenino que encierra un huevo. En la fertilización, el cigoto dará lugar al embrión, que está encerrado en una capa de tejido de semillas de la planta madre. La fertilización y el desarrollo de semillas es un proceso largo en los pinos; puede tardar hasta dos años después de la polinización. La semilla que se forma contiene tres generaciones de tejidos: la cubierta de la semilla que se origina en el tejido de la planta madre, el gametofito femenino que proporcionará nutrientes y el embrión mismo. La figura 1 ilustra el ciclo de vida de una conífera.


Evolución de las angiospermas

Los registros fósiles indiscutibles sitúan la aparición masiva y la diversificación de las angiospermas entre mediados y finales de la era mesozoica. Las angiospermas ("semilla en un recipiente") producen una flor que contiene estructuras reproductivas masculinas y / o femeninas. La evidencia fósil (Figura) indica que las plantas con flores aparecieron por primera vez en el Cretácico Inferior, hace unos 125 millones de años, y se estaban diversificando rápidamente en el Cretácico Medio, hace unos 100 millones de años. Los rastros anteriores de angiospermas son escasos. El polen fosilizado recuperado de material geológico jurásico se ha atribuido a las angiospermas. Algunas rocas del Cretácico temprano muestran huellas claras de hojas que se asemejan a hojas de angiospermas. A mediados del Cretácico, un número asombroso de diversas plantas con flores abarrotan el registro fósil. El mismo período geológico también está marcado por la aparición de muchos grupos modernos de insectos, incluidos los insectos polinizadores que desempeñaron un papel clave en la ecología y la evolución de las plantas con flores.

Aunque se han ofrecido varias hipótesis para explicar esta repentina profusión y variedad de plantas con flores, ninguna ha obtenido el consenso de los paleobotánicos (científicos que estudian plantas antiguas). Sin embargo, nuevos datos en genómica comparada y paleobotánica han arrojado algo de luz sobre la evolución de las angiospermas. En lugar de derivarse de las gimnospermas, las angiospermas forman un clado hermano (una especie y sus descendientes) que se desarrolló en paralelo con las gimnospermas. Las dos estructuras innovadoras de flores y frutos representan una estrategia reproductiva mejorada que sirvió para proteger el embrión, al tiempo que aumenta la variabilidad genética y el rango. Los paleobotánicos debaten si las angiospermas evolucionaron a partir de pequeños arbustos leñosos o si fueron angiospermas basales relacionadas con pastos tropicales. Ambos puntos de vista se basan en estudios cladísticos, y la denominada hipótesis del magnólido leñoso, que propone que los primeros antepasados ​​de las angiospermas eran arbustos, también ofrece evidencia biológica molecular.

La angiosperma viva más primitiva se considera Amborella trichopoda, una pequeña planta nativa de la selva tropical de Nueva Caledonia, una isla del Pacífico Sur. Análisis del genoma de A. trichopoda ha demostrado que está relacionado con todas las plantas con flores existentes y pertenece a la rama más antigua confirmada del árbol genealógico de las angiospermas. Algunos otros grupos de angiospermas, llamados angiospermas basales, se consideran primitivos porque se ramificaron temprano del árbol filogenético. La mayoría de las angiospermas modernas se clasifican como monocotiledóneas o eudicots, según la estructura de sus hojas y embriones. Las angiospermas basales, como los nenúfares, se consideran más primitivas porque comparten rasgos morfológicos tanto con monocotiledóneas como con eudicots.

Esta huella de hoja muestra una Ficus speciosissima, una angiosperma que floreció durante el período Cretácico. (crédito: W. T. Lee, USGS)


La evolución de las plantas de semillas

Las semillas cambiaron el curso de la evolución de las plantas, permitiendo que sus portadores se convirtieran en los productores dominantes en la mayoría de los ecosistemas terrestres.

Una semilla consta de un embrión y nutrientes rodeados por una capa protectora.

Los gametofitos de las plantas con semillas se desarrollan dentro de las paredes de las esporas que se retienen dentro de los tejidos del esporofito original.

¿Qué órgano reproductor humano es funcionalmente similar a esta semilla?

Las semillas y los granos de polen son adaptaciones clave para la vida en la tierra

Además de las semillas, las siguientes son comunes a todas las plantas con semillas:

Relaciones de gametofitos / esporofitos en diferentes grupos de plantas

Reducido (generalmente microscópico), dependiente del tejido esporofito circundante para la nutrición

Reducida, independiente (fotosintética y de vida libre)

Reducido, dependiente del gametofito para la nutrición.

Musgos y otras plantas no vasculares

Helechos y otras plantas vasculares sin semillas

Plantas de semillas (gimnospermas y angiospermas)

Gametofitos femeninos microscópicos (n) dentro del cono ovulado

Gametofitos masculinos microscópicos (n) dentro del cono de polen

Gametofitos femeninos microscópicos (n) dentro de estas partes de las flores

Gametofitos masculinos microscópicos (n) dentro de estas partes de las flores


Hábito de la semilla: significado, origen y evolución

La semilla es un óvulo maduro o fertilizado. Una semilla (óvulo) puede definirse como un megasporangio indehiscente tegumentado. Existe una mayor elaboración del megasporangio para que sea un punto de partida ideal para el desarrollo de una nueva planta.

Por lo tanto, las semillas brindan cuidado parental a las plantas terrestres, donde el megagametofito se retiene dentro del megasporangio indehiscente y está bien protegido por el tegumento. Además, el ápice del nucellus se elabora para la recepción de microesporas y la fertilización se realiza a través de un tubo polínico o una estructura similar a un tubo polínico.

Origen del hábito de la semilla:

Stewart y Rothwell (1993) propusieron seis eventos evolutivos que tuvieron lugar en la evolución y la esquilación de los óvulos después del inicio de la heterosporia:

1. Degeneración de tres megasporas y formación de un solo megas y tímido funcional en el megasporangio.

2. Retención de la megaspora funcional en el megasporangio (nucellus) hasta el desarrollo del embrión.

3. Formación de megagametofitos endospóricos dentro de un megaspo & shyrangio indehiscente.

4. Elaboración de la parte apical de nucellus para recibir microesporas o granos de polen.

5. Formación de un tegumento que delimita un micropilo.

6. Formación de un tubo polínico o una estructura similar a un tubo polínico a partir del microgametofito endospórico.

Debido a los registros incompletos de plantas fósiles, es difícil predecir el orden exacto de estos seis eventos. Sin embargo, la evolución del hábito de las semillas se puede evaluar sobre la base de los eventos antes mencionados.

Evolución del tegumento en el hábito de la semilla:

Se han propuesto varias teorías sobre el origen del tegumento.

Según la hipótesis sinangial de Benson (1904), el tegumento evolucionó a partir de la esterilización del anillo exterior de los esporangios en un sinangio radial.

La teoría de la modificación nucelar fue propuesta por Andrews (1961) basada en la estructura del megasporangio de Stauropteris burntislandica, un helecho coenopterido. Según esta teoría, se produjo una reducción de megaesporas de dos a uno en una que se hundió hacia la base del esporangio (Fig. 7.144).

La semilla simple se desarrolló por una mayor proliferación de la pared spoyyyrangial y la subsecuente división del haz vascular basal para extenderse hacia el tegumento recién formado. La aparición de semillas paleozoicas como Lagenostoma y Conostoma apoya esta hipótesis.

La hipótesis más aceptable es el concepto de teloma de Zimmermann en 1952. Según esta hipótesis, el punto de partida fue un sistema axial ramificado dicotómicamente con esporas terminales y timigia (figura 7.145A).

Hubo una reducción gradual de algunos de los ejes y uno de los esporangios queda rodeado por una agregación de telomas estériles (fig. 7.145B, C). La fusión de los telomas dio como resultado la formación y timidez del tegumento (fig. 7.145D). Así, la semilla primitiva (preovule) consistía en un megasporangio desnudo rodeado por un anillo de lóbulos tegumentarios vascularizados.

Las evidencias en apoyo del origen de la semilla (óvulo) siguiendo la hipótesis del teloma surgieron después del descubrimiento de varias estructuras parecidas a óvulos de los estratos Devónico superior y Carbonífero inferior. Aunque estas estructuras parecidas a óvulos cumplieron la mayoría de las características de las semillas, carecen de un micropilo bien definido.

Stewart y Rothwell (1993) propusieron el término & # 8216pre-óvulo & # 8217 para tales estructuras. Un preóvulo puede definirse como una estructura similar a un óvulo que consiste en un megasporangio que está desnudo o revestido por lóbulos tegumentarios no fusionados o parcialmente fusionados y, por lo tanto, carece de un micropilo bien definido.

Las investigaciones de los preóvulos del Devónico superior y del Carbonífero inferior han proporcionado pistas importantes para documentar la transición entre los preóvulos y los óvulos verdaderos (semillas).

Archaeosperma arnoldii, un órgano portador de pre-óvulos reportado por Pettitt y Beck (1968) del Devónico superior, consiste en una cúpula que rodea parcialmente a cuatro pre-óvulos (Fig. 7.146). Las cúpulas se plantan con ejes ramificados dicotómicamente que consisten en armaduras telomáticas estériles que están palmeadas en la parte proximal.

Cada cúpula contiene dos pedicelos cortos, cada uno con un pequeño preóvulo ortótropo. El tegumento está serrado en el vértice de cada pre-óvulo en varios lóbulos que forman un micropilo rudimentario.

Se han descrito varios otros preóvulos del Devónico superior. Elkinsia y Moresnetia son otros dos preóvulos importantes.

Elkinsia consiste en mechones sueltos de cúpulas producidas en un sistema de ramificación cruzado bifurcado y un tronco tímido. Las cúpulas se producen individualmente o en pares. Cada cúpula consta de 16 puntas de ramas estériles que rodean un total de cuatro óvulos ortótropos. El tegumento está formado por cuatro o cinco lóbulos que están fusionados solo en la región basal y, por lo tanto, carece de un micropilo bien definido.

Moresnetia produjo cúpulas muy parecidas a las de Elkinsia. Moresnetia consta de 8 a 10 lóbulos tegumentarios delgados que solo están fusionados en la base y tienden a alejarse del ápice del preovulo.

Evolución de los óvulos a partir de los preóvulos:

La evidencia en apoyo de la fusión de los telomas (lóbulos tegumentarios) de los preóvulos para formar el tegumento con su micropilo está bien documentada por A. G. Long (1966). Long describió varios preóvulos del Carbonífero Inferior de Escocia.

En Genomosperma kidstoni, el integumento está representado por un anillo de ocho telomas no fusionados que rodean un megaspo y tímido en el centro (fig. 7.147A). Se produjo una nueva fusión en Genomosperma latens, donde ocho sinntelomas se fusionan desde la base distalmente en aproximadamente un tercio de su longitud (fig. 7.147B).

En Physostoma elegans, los syntelomes se fusionan en la mitad de su longitud. El grado de fusión más avanzado se observa en Archaeosperma arnoldii y Eurystoma angulare, donde cuatro sinntelomas se fusionan desde la base distalmente en aproximadamente tres cuartos de su longitud y todavía carece de un micropilo bien definido (fig. 7.147).

Stamnostoma huttonense ha alcanzado el nivel de un óvulo donde se completa la fusión de los syntelomes que delimitaban un micropilo (fig. 7.147D).

Por lo tanto, los óvulos (semillas) del Carbonífero Inferior demuestran la relación directa entre el grado de fusión de los lóbulos integumen y tímido y la formación concomitante de micropilo.


Evolución de las angiospermas

Los aproximadamente 200 millones de años entre la aparición de las gimnospermas y las plantas con flores nos dan cierta apreciación de la experimentación evolutiva que finalmente produjo flores y frutos. Las angiospermas ("semilla en un recipiente") producen una flor que contiene estructuras reproductivas masculinas y / o femeninas. La evidencia fósil ((Figura)) indica que las plantas con flores aparecieron por primera vez hace unos 125 millones de años en el Cretácico Inferior (a finales de la era Mesozoica), y se diversificaron rápidamente hace unos 100 millones de años en el Cretácico Medio. Los rastros anteriores de angiospermas son escasos. El polen fosilizado recuperado de material geológico jurásico se ha atribuido a las angiospermas. Algunas rocas del Cretácico temprano muestran huellas claras de hojas que se asemejan a las de las angiospermas. A mediados del Cretácico, un número asombroso de diversas plantas con flores abarrotan el registro fósil. El mismo período geológico también está marcado por la aparición de muchos grupos modernos de insectos, lo que sugiere que los insectos polinizadores desempeñaron un papel clave en la evolución de las plantas con flores.

Nuevos datos en genómica comparada y paleobotánica (el estudio de plantas antiguas) han arrojado algo de luz sobre la evolución de las angiospermas. Aunque las angiospermas aparecieron después de las gimnospermas, es probable que no se deriven de los antepasados ​​de las gimnospermas. En cambio, las angiospermas forman un clado hermano (una especie y sus descendientes) que se desarrolló en paralelo con las gimnospermas. Las dos estructuras innovadoras de flores y frutos representan una estrategia reproductiva mejorada que sirvió para proteger el embrión, al tiempo que aumenta la variabilidad genética y el rango. Actualmente no existe un consenso sobre el origen de las angiospermas. Los paleobotánicos debaten si las angiospermas evolucionaron a partir de pequeños arbustos leñosos o se relacionaron con los antepasados ​​de las gramíneas tropicales. Ambos puntos de vista se apoyan en la cladística, y el llamado woody hipótesis magnólida—Que propone que los primeros ancestros de las angiospermas eran arbustos como la magnolia moderna— también ofrece evidencia biológica molecular.

La angiosperma viva más primitiva se considera Amborella trichopoda, una pequeña planta nativa de la selva tropical de Nueva Caledonia, una isla del Pacífico Sur. Análisis del genoma de A. trichopoda ha demostrado que está relacionado con todas las plantas con flores existentes y pertenece a la rama más antigua confirmada del árbol genealógico de las angiospermas. El genoma nuclear muestra evidencia de una antigua duplicación del genoma completo. El genoma mitocondrial es grande y multicromosómico, y contiene elementos de los genomas mitocondriales de varias otras especies, incluidas algas y un musgo. Se considera que algunos otros grupos de angiospermas, llamados angiospermas basales, tienen rasgos ancestrales porque se ramificaron temprano del árbol filogenético. La mayoría de las angiospermas modernas se clasifican como monocotiledóneas o eudicots, según la estructura de sus hojas y embriones. Las angiospermas basales, como los nenúfares, se consideran de naturaleza más ancestral porque comparten rasgos morfológicos tanto con monocotiledóneas como con eudicots.


Flores y frutos como adaptación evolutiva

Las angiospermas producen sus gametos en órganos separados, que suelen estar alojados en una flor. Tanto la fertilización como el desarrollo del embrión tienen lugar dentro de una estructura anatómica que proporciona un sistema estable de reproducción sexual en gran parte protegido de las fluctuaciones ambientales. Con alrededor de 300.000 especies, las plantas con flores son el filo más diverso de la Tierra después de los insectos, que suman alrededor de 1.200.000 especies. Las flores vienen en una asombrosa variedad de tamaños, formas, colores, olores y arreglos. La mayoría de las flores tienen un polinizador mutualista, con las características distintivas de las flores que reflejan la naturaleza del agente polinizador. La relación entre los polinizadores y las características de las flores es uno de los grandes ejemplos de coevolución.

Después de la fertilización del óvulo, el óvulo se convierte en una semilla. Los tejidos circundantes del ovario se espesan y se convierten en una fruta que protegerá la semilla y, a menudo, asegurará su dispersión en un amplio rango geográfico. No todas las frutas se desarrollan completamente a partir de un ovario como "frutos falsos & # 8221 o pseudocarpos, se desarrollan a partir de tejidos adyacentes al ovario. Al igual que las flores, la fruta puede variar enormemente en apariencia, tamaño, olor y sabor. Los tomates, los pimientos verdes, el maíz y los aguacates son ejemplos de frutas. Junto con el polen y las semillas, las frutas también actúan como agentes de dispersión. Algunos pueden dejarse llevar por el viento. Muchos atraen animales que se comen la fruta y pasan las semillas a través de sus sistemas digestivos, luego depositan las semillas en otro lugar. Los cockleburs están cubiertos de espinas rígidas y en forma de gancho que pueden engancharse en la piel (o en la ropa) y engancharse a un animal en largas distancias. Los berberechos que se aferraban a los pantalones de terciopelo de un emprendedor excursionista suizo, George de Mestral, inspiraron su invención del cierre de bucle y gancho al que llamó Velcro.


Evolución de las plantas de semillas

Las primeras plantas que colonizaron la tierra probablemente estaban estrechamente relacionadas con los musgos modernos (briófitas) y se cree que aparecieron hace unos 500 millones de años. Les siguieron las hepáticas (también briofitas) y las plantas vasculares primitivas, las pterofitas, de las que se derivan los helechos modernos. El ciclo de vida de las briofitas y pterofitas se caracteriza por la alternancia de generaciones, como las gimnospermas y las angiospermas, lo que distingue a las briofitas y pterofitas de las gimnospermas y angiospermas es su requerimiento reproductivo de agua.

La finalización del ciclo de vida de las briofitas y pterofitas requiere agua porque el gametofito masculino libera espermatozoides, que deben nadar, propulsados ​​por sus flagelos, para alcanzar y fertilizar el huevo o gameto femenino. Después de la fertilización, el cigoto madura y se convierte en un esporofito, que a su vez forma esporangios o "vasos de esporas". En los esporangios, las células madre sufren meiosis y producen las esporas haploides. La liberación de esporas en un ambiente adecuado conducirá a la germinación y a una nueva generación de gametofitos.

En las plantas con semillas, la tendencia evolutiva condujo a una generación de esporofitos dominantes y, al mismo tiempo, a una reducción sistemática del tamaño del gametofito: de una estructura conspicua a un grupo microscópico de células encerradas en los tejidos del esporofito. Mientras que las plantas vasculares inferiores, como los musgos y los helechos, son en su mayoría homosporosas (producen solo un tipo de espora), todas las plantas con semillas, o espermatofitos, son heterosporosos.

Forman dos tipos de esporas: megasporas (hembra) y microsporas (macho). Las megaesporas se convierten en gametofitos femeninos que producen óvulos y las microsporas maduran en gametofitos masculinos que generan espermatozoides. Debido a que los gametofitos maduran dentro de las esporas, no son de vida libre, como lo son los gametofitos de otras plantas vasculares sin semillas. Las plantas heterosporosas sin semillas se consideran las precursoras evolutivas de las plantas con semillas.

Las semillas y el polen, dos adaptaciones críticas a la sequía y a la reproducción que no requiere agua, distinguen las plantas con semillas de otras plantas vasculares (sin semillas). Ambas adaptaciones fueron necesarias para la colonización de la tierra iniciada por las briófitas y sus antepasados. Los fósiles sitúan las primeras plantas de semillas distintas hace unos 350 millones de años. El primer registro confiable de gimnospermas data de su aparición en el período de Pensilvania, hace unos 319 millones de años (consulte la figura siguiente). Las gimnospermas fueron precedidas por progymnosperms, las primeras plantas con semillas desnudas, que surgieron hace unos 380 millones de años.

Las progymnosperms eran un grupo de plantas de transición que se parecían superficialmente a las coníferas (portadores de conos) porque producían madera a partir del crecimiento secundario de los tejidos vasculares; sin embargo, aún se reproducían como helechos, liberando esporas al medio ambiente. Las gimnospermas dominaron el paisaje en la era mesozoica temprana (Triásico) y media (Jurásico). Las angiospermas superaron a las gimnospermas a mediados del Cretácico (hace unos 100 millones de años) a finales de la era mesozoica, y en la actualidad son el grupo de plantas más abundante en la mayoría de los biomas terrestres.

Varias especies de plantas evolucionaron en diferentes épocas. (crédito: Servicio Geológico de Estados Unidos)

El polen y la semilla fueron estructuras innovadoras que permitieron a las plantas con semillas romper su dependencia del agua para la reproducción y el desarrollo del embrión, y conquistar la tierra firme. los granos de polen son los gametofitos masculinos, que contienen los espermatozoides (gametos) de la planta. El pequeño haploide (1norte) las células están revestidas con una capa protectora que evita la desecación (secado) y los daños mecánicos. Los granos de polen pueden viajar lejos de su esporofito original, diseminando los genes de la planta.

los semilla ofrece al embrión protección, nutrición y un mecanismo para mantener la latencia durante decenas o incluso miles de años, asegurando que la germinación pueda ocurrir cuando las condiciones de crecimiento son óptimas. Por lo tanto, las semillas permiten que las plantas dispersen a la próxima generación a través del espacio y el tiempo. Con tales ventajas evolutivas, las plantas con semillas se han convertido en el grupo de plantas más exitoso y familiar, en parte debido a su tamaño y apariencia llamativa.


Valoración crítica

En la clasificación anterior, solo se enumeran las principales divisiones y clases de plantas vivas, y se omiten varias divisiones completamente extintas. La clasificación descrita es algo conservadora, pero es la que mejor se ajusta a los datos disponibles y ha ganado una amplia aceptación.

Las clasificaciones biológicas fueron inicialmente mecánicas o “artificiales”, es decir, no tenían base en la evolución. A esto le siguió un período de construcción de "sistemas naturales", en el que las plantas se agruparon sobre la base de sus similitudes o diferencias generales, utilizando tantas características como fuera posible. Los sistemas contemporáneos de clasificación biológica son filogenéticos, lo que significa que varias plantas están organizadas juntas porque se cree que están relacionadas por descendencia de un ancestro común. A medida que se dispone de evidencia molecular adicional, las clasificaciones han cambiado para adaptarse a la nueva información.

A principios del siglo XIX, el reino vegetal se dividía con frecuencia en dos grupos principales, la criptogamia (algas, hongos, briofitas y helechos) y la fanerogamia (gimnospermas y angiospermas). Posteriormente, fue una práctica común entre los botánicos sistemáticos agrupar todas las plantas vasculares en una sola división, Tracheophyta. Las taxonomías más modernas, como las del Grupo de filogenia de angiospermas (APG), no reconocen formalmente agrupaciones en el nivel de división, pero utilizan grupos más informales conocidos como clados, una visión que interpreta que los grupos principales individuales están menos relacionados entre sí. de lo que se creía anteriormente. Todavía existen cuestiones difíciles y complejas en la definición y circunscripción de ciertos grupos. Las relaciones filogenéticas, si las hay, de las plantas briofíticas con las plantas vasculares primitivas siguen sin estar claras.