SPERMATOFITE SAU FANEROGAME: CARACTERISTICI, CLASIFICARE, EVOLUȚIE - BIOLOGIE - 2025

De espermatofitas sau plantele cu flori, de asemenea , cunoscut sub numele de „semințe de plante“ sunt o mare descendență monofiletic de plante care aparțin grupului de lignofitas (plante lemnoase) și care sunt clasificate ambele angiosperme (plante cu flori) ca gymnosperms ( conifere și altele asemenea).

Spermatofitele formează un grup separat de ligniofite datorită caracteristicii comune ale dezvoltării semințelor, care este descrisă în manualele ca o „noutate evolutivă” pentru grup.

Fotografie a unui pom, a unei plante spermatofite (Sursa: W. carter / CC0, prin Wikimedia Commons)

Cuvântul "spermatofit" înseamnă literalmente "plante cu semințe", deoarece provine din cuvintele grecești "sperma", care înseamnă sămânță, și "fiton", care înseamnă plantă.

Spermatofitele sunt unul dintre cele mai importante organisme de pe pământ, deoarece atât angiospermele, cât și gimnospermele sunt două grupe extrem de abundente și esențiale pentru funcționarea practic a tuturor ecosistemelor terestre.

Dacă vă gândiți rapid, plantele cu semințe sunt probabil cel mai cunoscut grup pentru majoritatea oamenilor, nu numai din perspectivă nutrițională (din moment ce semințele multor plante fac uleiuri, amidonuri și proteine), dar din punct de vedere al peisajului.

Parfumurile uriașe din California, copacii mari și luxurioși ai pădurii tropicale din Amazon, crini și trandafiri, orez, ovăz, porumb, grâu și orz, printre mii de alții, sunt spermatofite.

Caracteristicile spermatofitelor

- Principala caracteristică a spermatofitelor sau fanerogamelor este producerea de semințe după polenizare, adică ca produs rezultat din fuziunea a două celule sexuale.

- Sunt organisme fotosintetice, adică au cloroplaste care conțin clorofilă, motiv pentru care pot transforma energia luminii din razele soarelui în energie chimică utilizabilă.

- Corpul acestor legume este împărțit în rădăcină, tulpină și frunze.

- Unii spermatofiti, angiosperme, produc flori și din aceste flori provin fructele, care sunt cele care conțin semințele.

- Gimnospermele nu produc flori, dar au structuri specializate pentru a susține semințele.

- Majoritatea spermatofitelor au un țesut vascular bine dezvoltat, compus din țesut de xilem și traheide.

- Sunt distribuite pe scară largă pe biosferă, deci ocupă sute de habitate diferite.

- Pot avea țesuturi cu creștere secundară sau nu.

habitat

Plantele cu flori (angiosperme) cresc în aproape orice regiune locuibilă de pe pământ (cu excepția pădurilor de conifere), putând chiar domina unele ecosisteme acvatice. Prin urmare, ei sunt capabili să locuiască:

- Deșerturi

- Câmpiile

- Serranías

- Oceane, mări și râuri

În mod similar, gimnospermele, alte plante cu semințe, au, de asemenea, o plasticitate deosebită în ceea ce privește habitatul pe care îl pot ocupa, deși sunt mai limitate la mediile terestre și non-acvatice.

Clasificare și taxonomie

Plantele de semințe aparțin diviziei Spermatophyta. În această diviziune sunt grupate ferigile cu semințe "Pteridosperme", Gimnosperme și Angiosperme.

Felinele de semințe sunt un grup compus în principal din plante fosile, astfel încât spermatofitele sunt adesea considerate a fi Gymnosperms și Angiosperme.

gymnosperms

Conuri de pin, o gimnastică (Sursa: Sridhar Rao / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prin Wikimedia Commons)

Cuvântul „gimnospermă” înseamnă „plante cu semințe goale” (gymnos, care înseamnă „dezbrăcat” și spermă, care înseamnă „sămânță”).

În funcție de studiul analizat, acest grup de plante este un grup „non-natural”, deoarece membrii săi sunt de origine parafiletică, ceea ce înseamnă că nu toți au același strămoș comun; sau este o grupare monofiletică, fratele angiospermelor.

- Membrii grupului se întâlnesc în această diviziune deoarece împărtășesc caracteristica comună (apomorfie) de a nu produce flori.

- În plus, aceste plante au structuri cunoscute sub numele de "conuri", unele femele și un mascul.

- Semințele nu sunt încapsulate în peretele unui fruct după fertilizare.

- Au frunze rulate, în formă de ac și abundente în ceară.

Gimnospermele sunt împărțite în următoarele linii:

- Cycadophyta , descendența s-a gândit a fi cea mai bazală

- Ginkgophyta

- Coniferophyta , conifere

- Gnetophyta sau Gnetales, uneori clasificate în grupul de conifere

angiosperme

Flori de Tetradenia riparia, o angiospermă. Conrado / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Plantele cu flori sunt, dimpotrivă, o grupă monofiletică dovedită, considerată o grupă surioară a gimnospermelor. Sunt de departe cel mai abundent, divers și reușit grup de plante din toate, cuprinzând mai mult de 95% din toate speciile de plante în viață astăzi.

De asemenea, sunt una dintre cele mai importante plante pentru sistemul economic mondial, deoarece nu sunt exploatate numai pentru producția de alimente, ci și pentru extragerea diverselor tipuri de materii prime.

- Toate angiospermele au flori, de obicei bisexuale (ambele sexe din aceeași floare).

- Semințele sale sunt încapsulate într-un ovar, care se dezvoltă într-un fruct.

- În general, prezintă o dublă fertilizare.

Angiospermele cuprind un grup extrem de abundent și divers, a cărui clasificare este obiectul de studiu al multor specialiști în domeniu, deci există unele discrepanțe între o clasificare și alta. Cu toate acestea, printre cele mai acceptate este faptul că acest grup include clade:

- Amborellales

sau Nymphaeales

- Austrobaileyales

- Magnolide

sau Laurales

sau Magnoliales

sau Canellales

o Piperales

o Monocotiledonate

• Petrosavials
• Acorales
• Alismatales
• Asparagales
• Dioscoreales
• liliales
• Pandanales

sau Commelinidos

• Arecales
• Commelinales
• Zingiberales
• poales

sau Eudicotiledonate

• Buxales
• Trochodendrales
• ranunculales
• Proteals
• Berberidopsidales
• Dillenials
• gunnerales
• caryophyllales
• Santalales
• Saxifragales
• Rosides
• Vital
• Crossosomatales
• Geraniales
• Myrtales
• Zygophyllales
• Celastrales
• Cucurbitals
• fabales
• fagales
• malpighiales
• Oxalidal
• Rosales
• livezi
• Brassicales
• Malvales
• sapindales
• Asterids
• Cornales
• ericales
• Garryales
• Gentianales
• lamiales
• solanales
• apiales
• Aquifoliales
• asterales
• dipsacales

Ciclul de viață și reproducerea

Ciclul de viață al spermatofitelor este cunoscut sub numele de „sporic”, unde predomină sporofitul și se produc semințe, iar gametofitul, spre deosebire de alte grupuri de plante, este redus în interiorul ovulului sau al bobului de polen.

Alternanța generațiilor

Din aceasta se înțelege că toate plantele cu semințe au alternanță de generații, una gametofitică și alta sporofitică, dar gametofitul se dezvoltă doar atunci când plantele ajung la vârsta adultă sau în stadiul de reproducere.

Sporofitele sunt cele care poartă structurile specializate în care sunt produși gametofiții feminini și bărbați. Microsporangia produce boabele de polen (masculin), iar megasporangia produce megasporesele sau ovulele (femele).

În unele cazuri, atât megasporangiul, cât și microsporangiul se găsesc la indivizi sau structuri diferite (gimnosperme), dar, în general, la majoritatea plantelor, ambele se află în aceeași structură cunoscută sub numele de floare (angiosperme).

Flori

O floare este o structură specializată pentru reproducere și apare din tulpină ca o „extensie” a corpului plantei.

Megasporangiul conținut în flori are un „recipient” (ovarul) care funcționează în recepția boabelor de polen, care sunt produse de microsporangiul (din aceeași floare sau din flori diferite).

Ovulele din ovar au toate substanțele nutritive necesare pentru a susține dezvoltarea embrionului, a seminței și a fructului, proces care are loc după polenizarea și fertilizarea ovulului de către un boabe de polen.

Semințele astfel produse pot fi dispersate prin diferite mijloace și, odată ce au germinat, formează un nou sporofit care poate repeta ciclul de viață.

Exemple de specii de spermatofite

Spermatofitele sunt plante extrem de diverse, cu cicluri de viață, forme, dimensiuni și moduri de viață foarte diferite.

Din acest grup aparțin toate plantele cu flori pe care le cunoaștem, practic toate plantele pe care le consumăm pentru hrană și copacii mari și maiestuoși care alcătuiesc pădurile și junglele care susțin viața animalelor.

- Mărul, tipic sezonului de toamnă în multe țări sezoniere, aparține speciei Malus domestica , face parte din divizia Magnoliophyta și din ordinea Rosales.

- Pinus mugo este o specie de pin arbust care crește în Alpi și din care se extrag unii compuși cu proprietăți expectorante, antiastmatice și dezinfectante.

- Pâinea pe care omul o consumă zilnic este făcută cu făinuri produse din semințele de grâu, o specie de angiosperm aparținând genului Triticum și care se numește Triticum aestivum .

Evoluția spermatofitelor

Evoluția plantelor de semințe este strâns legată de evoluția a două structuri: semințele și boabele de polen.

- Evoluția semințelor

Evoluția semințelor este un proces care a avut loc în mai multe etape, dar secvența exactă a acestora nu este cunoscută și s-ar fi putut întâmpla că două sau mai multe au avut loc în același timp. În continuare, sunt prezentate „etapele” evoluției semințelor așa cum unii autori își propun:

1-Heterosporia

Termenul se referă la formarea a două tipuri de spori haploide (cu jumătate din încărcarea cromozomială a plantei care le-a dat originea) în interiorul a două sporangii diferite

- Megaspores: număr mare și mic, produs de meioză într-o structură cunoscută sub numele de megasporangium. Fiecare megaspore se dezvoltă în interiorul gametofitului feminin, în care se găsește arhegonia.

- Microspoare: produsele meiotice ale microsporangiului. Microsporesele provin din gametofitul masculin, în care se găsesc antheridii.

Este considerat unul dintre „pașii” esențiali în timpul evoluției spermatofitelor, deoarece starea ancestrală a constat în homosporium, adică producerea unui singur tip de spori (spori egali).

2-Endosporia

Pe lângă formarea a două tipuri diferite de spori, spermatofitele au dezvoltat o altă afecțiune cunoscută sub numele de endosporia, care constă în dezvoltarea completă a gametofitului feminin în interiorul peretelui original al sporei.

Starea ancestrală este cunoscută sub numele de „exosporia” și are legătură cu germinarea sporei și creșterea acesteia ca gametofit extern.

3-Reducerea numărului de megaspores

Plantele de semințe se caracterizează prin producerea unei singure megaspore, caracteristică despre care se crede că a evoluat în două moduri.

Inițial, au trebuit să fi dobândit capacitatea de a reduce numărul de celule de meioză din megasporangium la doar una; Este important de menționat că fiecare dintre aceste celule este cunoscută sub numele de megasporocite sau celule mamă megaspore.

După meioză, un singur megasporocit diploid dă naștere la 4 megaspore haploide. Trei dintre aceste megaspores „abortează”, lăsând o singură megaspore funcțională, care crește ca dimensiune, ceea ce este corelat cu creșterea dimensiunii și a resurselor nutritive din megasporangium.

4-Retinerea megasporei

Una dintre condițiile sau caracteristicile ancestrale ale spermatofitelor este aceea că megasporul este eliberat din megasporangium, lucru care s-a schimbat în acest grup, deoarece la aceste plante megasporeul, odată produs, este păstrat în megasporangium.

Această nouă „achiziție” evolutivă a fost însoțită, la rândul ei, de o reducere a grosimii peretelui celular al megasporei.

5-Evoluția integumentului

Mulți autori consideră că acesta este unul dintre ultimele evenimente care au avut loc în timpul evoluției plantelor de semințe. Este „acoperirea” megasporangiului de către un țesut special numit integument, care îl înconjoară aproape complet, cu expresia capătului distal.

Integumentul crește de la baza megasporangiului, care poate fi numită nucela în multe texte.

Înregistrările fosile arată că integumentul a evoluat mai întâi ca doi lobi separați, cu toate acestea toate plantele de semințe care există astăzi au un integument constând dintr-o acoperire continuă care înconjoară nucela, cu excepția microfilului, care este extremul distală.

Microfilul este locul de intrare pentru boabele de polen sau tubul de polen în timpul fertilizării megasporei, deci participă activ la acest proces.

- Evoluția boabelor de polen

Evoluția semințelor a fost însoțită direct de evoluția boabelor de polen, dar ce este un bob de polen?

Un bob de polen este un gametofit endosporic mascul imatur. Endosporiul în aceste structuri a evoluat într-un mod similar cu ceea ce s-a întâmplat în semințe, deoarece a implicat dezvoltarea gametofitului masculin în pereții sporei.

Sunt imaturi, deoarece atunci când sunt eliberați, nu sunt încă total diferențiate.

Spre deosebire de alte tipuri de plante, și așa cum am discutat mai sus, boabele de polen sunt foarte diferite de megaspores. Acestea sunt gametofite masculine extrem de mici, care constau din câteva celule.

Când sunt eliberați din microsporangium, boabele de polen trebuie transportate la microfilul ovulului pentru a avea loc fertilizarea. Caracterul ancestral al polenizării era anemofilic (polenizarea prin vânt).

Odată contactat cu ovulul, gametofitul masculin își finalizează dezvoltarea prin divizare prin mitoză și diferențiere. Din aceasta crește un tub de polen exosporic (în afara sporului), care funcționează ca un organ pentru absorbția nutrienților din jurul țesutului sporofitic.

Tubul de polen

Toate plantele de semințe care există astăzi au gametofite masculine capabile să formeze un tub de polen la scurt timp după intrarea în contact cu țesutul megasporei (nucela). Formarea tubului de polen este cunoscută sub numele de sifonogamie.

Pe lângă funcționarea ca organ pentru absorbția alimentelor, tubul de polen funcționează în livrarea celulelor spermatozoide către „ovulul” ovulului.

Referințe

1. Merriam-Webster. (Nd). Spermatophyte. În dicționarul Merriam-Webster.com. Preluat pe 7 aprilie 2020, de pe merriam-webster.com
2. Nabors, MW (2004). Introducere în botanică (nr. 580 N117i). Pearson.
3. Simpson, MG (2019). Sistematica plantelor. Presă academică.
4. Raven, PH, Evert, RF, & Eichhorn, SE (2005). Biologia plantelor. Macmillan.
5. Westoby, M., & Rice, B. (1982). Evoluția plantelor de semințe și fitnessul incluziv al țesuturilor vegetale. Evoluție, 36 (4), 713-724.