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Plantas (Botánica) Conocer las funciones ecosistémicas de las plantas Conocer los cuatro grandes grupos taxonómicos del reino vegetal, su evolución y método reproductivo: Briofitas Pteridofitas Gimnospermas Angiospermas Conocer los principales tejidos y características anatómicas de las plantas: Raíces Hojas Sistema vascular Objetivos En capítulos anteriores… Son los primeros organismos en colonizar la Tierra y permitir la posterior colonización por animales. Los organismos fotosintéticos (algas, procariotas, plantas) representan el 99,7% de la biomasa, (frente los animales (0.3%) ) Generan O2 y capturan CO2 Son el principio de las cadenas tróficas, tanto acuáticas como terrestres. Moderan el clima (regulan temperatura, régimen de lluvias, …) Generan y mantiene los suelos contra erosión. Fuente de materias primas (fibras, madera, alimento,…) y medicamentos. Efectos positivos sobre la salud (reduce estrés, propensión al cáncer, equilibro mental) Nos proporcionan energía (petróleo, carbón, gas,…) Los arboles son el medio ambiente natural del orden de los primates. La adaptación a este medio arbóreo ha determinado la evolución humana. Importancia de las plantas La plantas ha sido tradicionalmente minusvaloradas o ignoradas. Cambiar la visión es nuestro objetivo: ellas pueden vivir sin nosotros. Y nosotros sin ellas? ¿Qué sabemos de las plantas? Animales Plantas Pluricelulares, con tejidos diferenciados Heterótrofos Se mueven Sienten Se comunican Duermen Memorizan Manipulan otras especies Pluricelulares, con tejidos diferenciados Autótrofos No se mueven No sienten No se comunican No duermen (todos?) Pese a tener caminos evolutivos distintos, las plantas realizan muchas de las funciones de los animales. Pero lo hacen de forma diferente. La plantas reaccionan a la luz: Fototropismo ( positivo) movimiento en busca de la luz, (hojas) Fotofobia (fototropismo negativo) movimiento en busca de la oscuridad(raíces) Las raíces exploran el terreno en busca de nutrientes. Son capaces de sortear obstáculos Pueden encontrar concentraciones muy pequeñas de nutrientes. Las plantas tienen ciclos nictamerales Plantas carnívoras, mimosa, enredaderas Movimientos en las plantas Las plantas se mueven, pero en otra escala temporal gravitropismo plantas que duermen Video: movement of plants Charles Darwin The power of movements of plants (1880) Hipótesis raíz- cerebro. Las plantas obtienen información de su entorno y la utilizan para reaccionar a las necesidades del momento. Es necesario distribuir la información entre las diferentes células implicadas La comunicación puede ser eléctrica (rápido), química (lento pero preciso) o hidráulica (emergencias). Comunicación entre partes de la planta Sistema de señalización eléctrico • Plamodermo: células adyacentes • Floema-xilema: células lejanas Sistema de señalización hidráulico Reacción rápida ante perdidas de agua Sistema de señalización químico Hormonas y otros mensajeros químicos Comunicación con el entorno Timidez de las copas Defensa del territorio Las raíces luchan por el terreno, (Excepto entre familiares) Comunicación química, sonora, contacto Las ramas de los arboles luchan por la luz Rizosfera Asociación mutualista, entre plantas y hongos, bacterias e insectos Dialogo químico con el hongo o la bacteria Mirmecofilia Uso de hormigas para protegerse de plagas Uso de compuestos orgánicos volátiles Pueden ser detectados por otras plantas o atraer/repeler animales Las plantas usan un lenguaje que poco a poco comenzamos a entender Evolución (transición Agua-Tierra) Las algas pueden formar parte del plancton o estar unidas al bento, mediante estructuras llamadas rizoides. No son como las raíces, dado que los nutrientes los toma del agua, no de la tierra. • Las hojas flotan suspendidas en el medio. • Los gametos masculinos son flagelados y nadan para la fecundación. En las costas, debido a las mareas, las plantas comienzan a desarrollar mecanismos para sobrevivir cuando están expuestas al aire. Poco a poco van colonizando un paisaje yermo y sin depredadores. Pero siguen necesitando el agua para reproducirse. Cianobacterias Alga verde planctónica Alga verde bentónica Cooksonia (planta fósil del Silúrico) Arqueplástidos Al adoptar una vida sésil, desarrolla una estructura modular. Módulos redundantes, repetidos, que interactúan o pueden vivir de forma autónoma. La diferentes funciones están distribuidas (parecido a colonia), sin centros organizadores El organismo es capaz de sobrevivir, aunque se le arranque una parte. Estructura básica Internet (ARPANET) Continua lucha entre herbívoros y plantas ha determinado la evolución de las plantas Para sobrevivir en tierra: • Estructura corporal para vencer a la gravedad (pared celular) • Mantener los recursos hídricos. • Obtener los nutrientes y agua necesarios de la tierra (raíces) • Obtener carbono de la atmosfera (estomas). • Recibir información del medio circundante y reaccionar en consecuencia de los cambios • Nuevas formas de reproducción Clasificación de las plantas vasculares No vasculares Traqueofitas: • Plantas vasculares • Tienen pequeños tubos, de abajo a arriba, con ramificaciones en las hojas. Briofitas: • Plantas no vasculares • No tienen ni hojas, ni tallos, ni raices reales • Son pequeñas y de poca altura • Hepáticas • Musgos • Antoceros • licopodios • Helechos • Coniferas • Gingos • Cicas • Dicotiledonias • Monocotiledonias Traqueofitas BRIOFITAS PTERIDOFITAS Evolución Bryophites Anthocerotophyta (antóceras), Bryophyta sensu stricto (musgos), Hepatophyta (hepáticas) Bryophytas (musgo) Se cree que son las descendientes de las algas verdes y fueron las primeras en evolucionar hace 500 millones de años tras colonizar los espacios terrestres. En su cuerpo se distinguen 3 partes: • rizoide, análogos (pero no homólogos) a la raíz de las plantas • caulidios análogos (pero no homólogos) al tallo de las plantas • filidios, análogos (pero no homólogos) a las hojas de las plantas • no poseen semillas, se reproduce por esporas En total, es posible encontrar unas 24 000 especies. Los esporangios presentan una envoltura de células estériles, que contienen las esporas. Crecen en climas fríos o muy húmedos, ya que necesitan el agua exterior para realizar sus funciones básicas , al no tener sistema vascular. Puede aparecer una cutícula que protege a las células de la evaporación, pero es muy fina, por lo cual los briófitos se desecan rápidamente (gametofito) Reproducción alternante musgo Los órganos sexuales, anteridios y arquegonios, pueden estar situados sobre la misma planta o en plantas distintas, en los gametofitos La reproducción sexual se lleva a cabo por la unión de los espermatozoides masculinos con la oosfera femenina dando lugar al zigoto. Los espermatozoides • Son producidos en los anteridios, • tienen forma filamentosa con dos flagelos. • Cuando están maduros, salen al exterior y nadan hasta llegar al arquegonio • para la fecundación con la oosfera es necesaria la presencia de agua. El zigoto, una vez formado, comienza a dividirse por mitosis y da lugar al esporofito. En el interior de éste se producen las esporas por meiosis. Cuando caen en una zona adecuada germinan y producen una estructura fotosintetizadora, que recibe el nombre de protonema, a partir del cual se desarrollará el gametofito. Funciones de los musgos Peat moss o turba rubia Fertilizante y combustible en Escocia, Irlanda y Inglaterra Función de formadores de suelos. • Crecen sobre rocas y al secarse sirven como base para el crecimiento de otras plantas. • Mantienen humedad del suelo (20 veces su peso en agua) • Evitan erosión • Sirven de nido a aves e insectos. Hombre de Tollund (2000 años) Hepatophyta (hepáticas) Reciben este nombreporque el gametofito de algunos géneros semeja la forma de un hígado. Frente a este gametofito aplanado y carente de hojas, otros géneros desarrollan uno de tipo folioso. Los rizoides que los unen al sustrato son unicelulares y sin ramificaciones y el protonema aparece muy poco desarrollado. El esporofito presenta una vida más dependiente del gametofito que en el caso de los musgos. De pequeño tamaño debido a la usencia de sistema vascular Hepaticae" por Ernst Haeckel Existen 6000 especies Silúrico aparecen licopodios y helechos. El clima del carbonífero templado, húmedo y benigno. Las plantas podían crecer todo el año en condiciones favorables. Se encuentran helechos de 40m. Evolución de microfilos a macrofilos Plantas en pantanos de lecho bajo. Descomposición incompleta de las hojas por acción de las mareas y falta de hongos. Dan lugar a las grandes reservas de petróleo y gas. Pteridophytas: Vasculares sin semilla Laurisilva (Tenerife) Pteridophytes: Vasculares sin semilla Pteridophyta (Helechos) Lycopodiophyta (licopodios) Pteridophyta (Colas de caballo) Existen 1200 especies • Pequeñas hojas (microfilos) con forma de escama • Usados como girnaldas de navidad. • Muchas especies en peligro por sobreexplotación Existen 15 especies del genero Equisetum • Pequeñas hojas, formando nodos. • Fotosintesis en el tallo. • Brotes vegetativos y brotes reproductores. Existen 11000 especies • Crece desde el tropico hasta el circulo artico. • Se formaron en el Silurico. • Fuente de Carbon y petroleo Helechos Son plantas vasculares sin semilla (pteridofitas), cuyas características morfológicas más sobresalientes son sus hojas grandes ("megafilos" o "frondes"), usualmente pinadas y con prefoliación circinada. El brote de fronda en los helechos verdaderos tiene forma de cabeza de violín (vernación circinada). Soros en la cara abaxial Prótalo (gametofito) (Esporofito joven) Reproducción del helecho alternancia de generaciones entre el esporófito y el gametófito. Gymnospesrmas (semillas desnudas) Las semillas estan expuestas, no dentro de un fruto. Tras el carbonifero (Pérmico), el clima se volvio más frio y seco Aparecen las coniferas Son plantas perennes, de hojas como agujas. Esta adaptación al frio y seco, ya que ofrecen menos area expuesta al aire, reduciendo la evaporación y sequedad de la planta. En la actualidad se encuentra en el area más al norte (boreal) del hemisferio, pero también en el Sur (Nueva Zelanda) Desarrollo del polen y óvulos Se fecundan en seco. Han de caer al suelo para germinar. Coniferas desarrollan la dormición. Historia de éxito evolutivo: La dormición (también llamada latencia o letargo) se define como el estado en el cual una semilla viable y madura no germina aunque los factores externos sean favorables para hacerlo, es decir aunque las condiciones de temperatura, humedad y concentración de oxigeno sean las adecuadas. La latencia asegura que la planta germine sólo en el momento óptimo, y no debidos a cambios temporales en el ambiente (tormenta de verano o dias buenos en invierno) Aumenta la capacidad de diversificación de las especies, al aumentar la capacidad de que no se extinga la planta (transmite sus genes) Dormición de las semillas Tipos de gymnospermas: Coniferas Un pino de california tiene 5000 años Hay 630 especies de arboles y arbustos (no herbáceas) • Madera consiste en traqueidas, células con surcos. El agua y minerales se mueve de una a otra (xilema secundario) • Muchas tienen resina que les protege de insectos y hongos. • Proporcionan madera, papel, medicamentos (Taxol), resinas y aguarás • Ecológicamente alimento y cobijo a animales y sus raíces evitan erosión Tipos de gymnospermas Cycards Ginkgos Gnetophytes Coniferas • Sólo queda una especie en China • 200 Ma • Hay arboles macho y arboles hembra (dicóticos) • Ornamental (medicinal) • Es un fosil viviente • Solo queda unas 140 epecies • Se parece a las palmeras • Abundante el Mesozoico (clima calido) • Hay arboles macho y arboles hembra (dicóticos) • Importante en Triasico • Crecen en desiertos • Se reproduce por esporas, tienen piñas que parecen flores. • Podria ser el punto intermedio entre GS y AS Ephedra Welwitschia mirabilis Ciclo de vida Gymnospermas Polen producido en cantidades ingentes: • gran coste para la planta • Recursos al medio ambiente, rico en proteínas y aceites. Evolución del óvulo fecundado en fruto. Al menos 300.000 especies Adaptada a casi todos los hábitats. Tienen eficientes células conductoras de agua en el xilema: elementos vasculares Y eficientes células conductoras de azúcar en el floema: elementos de tubo criboso. Angiospermas (plantas con flores) La supervivencia del hombre depende de ellas. • Aliemento: Arroz, trigo, maiz, patatas, tomates, citricos, legumbres, etc. • Madera roble , cerza, nuez, • Fibras: algodon, lino • Medicina: codeina, aspirina • Otros: caucho, tabaco, café, chocolate, vino, aceites… Anatomia de una flor Es la parte reproductora de la planta, que produce las semillas Anatomicamente hablando es un cuerpo especializado de hojas modificadas, localizado al final de pedunculo La flor carece de epidermis Sepalos protegen la flor antes de abrirse (Cálice) Los petalos forman la corola. Atraen a los animales para ayudar a la polinización Organo reproductor Masculino ANDROCEO Receptaculo floral Organo reproductor Femenino GINECEO PERIANTO Video: Bloom Monocotiledonias/Dicotiledonias Monocotiledonias 90.000 especies Plantas herbáceas • Palmeras • Cespedes • Orquideas, • Cebollas • Lirios Eudicotiledonias 200.000 especies Plantas herbáceas y leñosas • Robles • Rosas • Cactus • Moras • Girasoles Aparecen en el Cretácico (145 Millones de año) y conviven junto a Gymnospermas, dinosaurios, insectos y pequeños mamiferos. En un determinado momento se hacen predominantes gracias a uso de insectos (y mas tarde murcielagos y pajaros como los colibris) para ayudar a la polinización El fruto, que recubre las semillas tambien ayuda a su supervivencia y expansión En la Era Cenozoica (65 M-hoy) son alrededor de 275.000 especies, la más abundante y exendida de lejos. Una historia de exito evolutivo Dispersión de semillas Coco trasportado por las mareas Ganchos para adherirse al pelaje Aumento de la presión interna Insectos transportan polen A través del tracto digestivo Las flores del cactus se abren de noche (murcielagos) Semillas voladoras Video dispersión semillas En términos generales: Raíz, tallo y hojas. Tejidos vegetales diferenciados: Tejido epidérmico o protector y aislante Tejido meristémico o de crecimiento Tejido fundamental o parenquimático Tejido de sostén mecánico (colénquima y esclénquima) Tejido vascular o de conducción Tejido radicular o de absorción Tejido secretor Anatomía de una planta Anatomia de una planta Anatomía de una planta Perciben parámetros como: • Gravedad, • temperatura • Humedad • Campo eléctrico • Luz, • Presión • Gradientes químicos, • Vibraciones sonoras • Presencia O2 y CO2 Raíces Normalmente de color blanco (no fotosintéticas) El ápice radical Es la parte viva de la raíz, que se alarga y tiene capacidad de percibir numerosos parámetros físico químicos proveniente del entorno. Desarrolla una actividad eléctrica muy intensas, basada en potenciales de acción, como los animales. Pueden existir millones en una planta. Anatomía de una planta Tejidos Fundamental y de Sostén Los tejidos fundamentales (parénquima) y de sostén (colénquima y esclerénquima) constituyen la mayor parte del cuerpo de la planta, ya que ocupan el espacio entre la epidermis (transperente) y los tejidos conductores. Los tejidos fundamentales intervienen: Parénquima ( fotosíntesis y almacenamiento el almacenamientode agua y nutrientes) Colénquima (sostén en plantas jóvenes y herbáceas) Esclerénquima (sostén y rigidez, células muertas) Anatomía de una planta Hojas Cloroplastos (parénquima) Estomas (tejido epitelial) Pequeñas aberturas que permite regular el paso de CO2, y controlar la humedad (transpiración). Venas o nervios (sistema vascular) clorofila-a (verde intenso), clorofila-b (verde), carotenos (naranja), xantofilas (amarillo), antocianinas (rojizo, púrpura o azulado) ficobilinas (rojo) Anatomia: Travel inside a leaf Diversidad de hojas Anatomía de una planta Sistema vascular Xilema (gr. madera): Tejido conductor dedicado al transporte de agua y sales minerales desde las raíces hasta las hojas. Floema (gr. Corteza): Tejido conductor que transporta los azucares producidos por fotosíntesis desde las hojas, hasta los frutos y las raíces. Xilema Es también el principal elemento de soporte mecánico de las plantas, sobre todo en aquellas con crecimiento secundario. La madera es básicamente xilema. Floema Se compone de dos tipos de células: los elementos conductores (células cribosas) y los no conductores (células acompañantes). Se realiza desde un medio con más concentración de moleculas hacia un medio con menor concentración (SIN COSTE ENERGETICO) Osmosis: paso de agua a través de una membrana De menor a mayor concentración de solutos Transporte pasivo Soluciones pueden ser: • Isotonicas: concentración igual dentro y fuera de la celula • Hipotónicas: concentración menor fuera que dentro • Hipertonicas: concentración mayor fuera que dentro Video: How Do Trees Transport Water from Roots to Leaves - California Academy of Sciences Crecimiento primario El crecimiento primario consiste en el crecimiento en longitud, y ocurre en todas las plantas vasculares. https://www.youtube.com/watch?v=03K82iPyWS0 https://www.youtube.com/watch?v=PNtdXDAak5Y Crecimiento secundario El crecimiento secundario en las plantas consiste en el incremento en el diámetro de las raíces, tallos y ramas. Básica Recomendación Bibliografia Capítulo 27: Plantas sin semillas Capítulo 28: Plantas con semillas Capítulo 33: Estructura, crecimiento y desarrollo vegetal Capítulo 34: Estructura y funcion de la hoja Capítulo 35: Estructura y transporte en el tallo Capítulo 36: Raices y nutrición mineral Capítulo 37: Reproducción en plantas con flores Capítulo 38: Respuesta de desarrollo en plantas a señales externas e internas