01a. Piante Ed Evoluzione

IMPORTANZA DELLE PIANTE PER LEVOLUZIONE

Lattivit fotosintetica clorofilliana delle piante ha permesso di arricchire latmosfera di O2 e quindi: levoluzione di un metabolismo energetico degradativo (la respirazione) 20 volte pi efficiente nel recupero di energia del metabolismo fermentativo, che permise anche levoluzione delle complesse cellule eucariotiche la formazione negli strati alti dellatmosfera di un guscio di ozono (O3) capace di schermare i raggi UV potenzialmente letali

1a. Piante ed evoluzione

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I primi organismi evolutisi negli oceani primordiali erano eterotrofi; con il passare del tempo per le risorse organiche disponibili nellambiente diminuirono selezionando levoluzione degli organismi autotrofi (fotosintetici). Limpoverimento anche in sostanze inorganiche (comunque indispensabili anche agli organismi fotosintetici) disciolte favor lo spostamento verso le zone costiere pi ricche di nutrienti portati dai fiumi. Si dovettero evolvere, negli organismi pluricellulari, strutture di ancoraggio (piede) alle rocce superficiali e di sostegno (pareti cellulari) che gradualmente e con ulteriori modifiche permisero anche il PASSAGGIO ALLA TERRAFERMA, vantaggioso per maggiore presenza (pievoluzione diffusione) di O2 e CO2 e3 per 1a. Piante ed rapida maggiore disponibilit di luce

Piante a talloLa vita in ambiente aquatico non richiede una forte specializzazione dei tessuti: nelle piante a TALLO c una zona embrionale e tessuto fotosintetico


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La conquista della terraferma

Comport la necessit di evolvere sistemi diTessuto/Organo/Apparato Funzione

Ricopertura

Epidermide, sughero (foglie e fusti) Radici

Protezione da perdita di H2O Assorbimento di H2O e sali inorganici dal terreno Rifornimento di H2O/sali minerali Rifornimento di H2O/fotosintati Sostegno del corpo della pianta5

Ancoraggio e assorbimento Conduzione

Tessuto xilematico Tessuto floematico

Meccanico

Tessuti sclerenchimatici e collenchimatici1a. Piante ed evoluzione

La pianta differenzi quindi un Apparato radicale Apparato del germoglio (fusto e foglie) atti a sostenere tali necessit

Piante a cormo

La diversificazione delle funzioni sostenute dalla pianta richiese la differenziazione di tessuti (insiemi di cellule morfologicamente e funzionalmente specializzate) e organi specializzati: piante a CORMO1a. Piante ed evoluzione 6

Granulo pollinico e seme Laffrancamento dallambiente acquatico fu completo quando la pianta invent due fondamentali strutture legate agli eventi riproduttivi: Il granulo pollinico (che porta i gameti maschili allapparato femminile) Il seme (che contiene il nuovo giovane individuo insieme a riserve energetiche e tegumenti di protezione)


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Le piante sono organismi sessili. Le loro modalit di nutrizione sono completamente diverse da quelle degli animali (preda/cacciatore), che presuppongono lo sviluppo di un sistema nervoso centrale, controllato da ormoni, che governa un apparato di locomozione atto a risposte VELOCI. Le piante captano i propri nutrienti che sono dispersi nellambiente (luce, CO2 dallatmosfera, nutrienti minerali dal terreno). Per fare ci al meglio si accrescono in maniera indefinita aumentando in maniera enorme la superficie esterna (foglie, radici) grazie alla presenza di meristemi (tessuti embrionali) primari e secondari 1a. Piante ed evoluzione

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La gerarchia dellorganizzazione biologicaAtomi Molecole

Organelli

Cellule Tessuti

Organi

Organismi1a. Piante ed evoluzione 9

Le propriet della vita

a)

Elevata complessit di organizzazione strutturale Mantenuta grazie a dispendio energetico Capacit di crescere, svilupparsi e riprodursi Capacit di movimento (anche nelle piante) Capacit di omeostasi e di adattamento allambiente

b) c) d) e)


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La teoria cellulare La cellula lunit fondamentale (dal punto di vista morfologico e funzionale) di ogni organismo vivente. Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule.

Le cellule degli organismi viventi sono caratterizzate sia da enorme somiglianza sia allo stesso tempo da enorme diversit Infatti esistono molti tipi diversi di cellule e tali diversit e variet dipendono dagli organismi cui esse appartengono (batteri, piante, animali) e dalle funzioni da esse svolte.

SOMIGLIANZA: ogni cellula viva una unit autocontrollata e almeno parzialmente autosufficiente DIVERSIT: le diverse funzioni sono esplicate grazie a una diversa struttura1a. Piante ed evoluzione 11

Procarioti

EucariotiMuffe lieviti funghi (eterotrofi)

Lalbero filogenetico degli organismi viventiSomiglianza

1a. Piante batteri azoto-fissatori) Eubatteri: alghe azzurre (fotosintetiche,ed evoluzione

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Quanto pu essere grande una cellula? Una cellula non pu crescere indefinitamente perch diventa limitante il rapporto superficie/volume, che condiziona la capacit di scambio di materia e energia da e per lambiente esterno.VOLUME Correlato alla quantit di eventi metabolici compiuti nellunit di tempo SUPERFICIE Influisce sulla quantit di sostanze che assume dallambiente e la quantit di scarti che emette


13Purves et al. Biologia. Zanichelli 2006

Quindi, gli organismi di grandi dimensioni devono essere costituiti da numerose cellule piccole (organismi pluricellulari). In questo modo ad un minor volume della singola cellula corrisponde una maggiore superficie esposta (elevato rapporto S/V) e la possibilit di scambi pi favorevoli con le cellule circostanti (che possiamo considerare parte dellambiente).

Purves et al. Biologia. Zanichelli 2006


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Alcune strategia per aumentare il rapporto superficie/volume


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La cellula PROCARIOTICAPriva di nucleo e di organelli Il suo DNA non organizzato in complessi cromosomici e non circondato da un involucro membranoso (membrana nucleare) Non ha organelli specializzati, delimitati da membrana, atti a svolgere funzioni specifiche

Raven et al. Biologia Piante. Zanichelli 2006

Alberts et al. Essenz Biol Mol Cell. Zanichelli 2005


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Il passaggio dalla cellula procariotica alla cellula eucarioticaAnche in questo caso, importante il rapporto superficie/volume. Anche su scala unicellulare, infatti, un aumento della superficie di scambio mediante invaginazioni della membrana permette di ottenere maggiore efficienza nellassunzione di nutrienti e nellespulsione di sostanze di rifiuto. Ci determin la possibilit di un relativo aumento delle dimensioni cellulari nel passaggio da cellula procariotica a cellula eucariotica.



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Origine della compartimentazione cellulare negli eucarioti: due modelli complementari a) MODELLO AUTOGENO: Dalle invaginazioni della membrana si pu immaginare che sia avvenuto un salto evolutivo che port alla delimitazione di compartimenti intracellulari separati dal resto del citoplasma. Tali compartimenti si dotarono di corredi enzimatici divenendo organelli specificamente adibiti allo svolgimento di precise funzioni metaboliche (maggiore efficienza).


Campbell. Biologia. Zanichelli 1995

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b) MODELLO ENDOSIMBIONTICO: Nel caso di mitocondri e cloroplasti si ritiene che levento evolutivo ancestrale sia consistito nella fagocitosi (=endocitosi) da parte di cellule procariotiche pi grandi di cellule procariotiche pi piccole, dotate di metabolismo respiratorio (mitocondri) o fotosintetico (cloroplasti), e successiva simbiosi.


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Acquisizione della capacit di respirare substrati metabolici: il mitocondrio

1a. Piante ed evoluzioneAlberts et al. Essenz Biol Mol Cell. Zanichelli 2005

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Acquisizione della capacit di fotosintetizzare: il cloroplasto1a. Piante ed evoluzioneAlberts et al. Essenz Biol Mol Cell. Zanichelli 2005

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La cellula EUCARIOTICA DOTATA DI NUCLEO e DI ORGANELLI Il DNA organizzato in complessi cromosomici ed circondato da un involucro membranoso (membrana nucleare) Presenta numerosi organelli specializzati, delimitati da membrana, atti a svolgere funzioni specifiche. La compartimentazione permette una migliore suddivisione del lavoro e lo svolgimento di pi attivit metaboliche contemporaneamente

1a. Piante ed evoluzioneAlberts et al. Essenz Biol Mol Cell. Zanichelli 2005

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LA CELLULA ANIMALE

1a. Piante ed evoluzionePurves et al. Biologia. Zanichelli 2006

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LA CELLULA VEGETALE

Strutture caratteristiche della cellula vegetale PARETE PLASTIDI VACUOLO

La cellula vegetale priva di parete prende il nome di PROTOPLASTO1a. Piante ed evoluzione 24

La variet morfologica delle cellule vegetali

Cellule epidermiche

sclereide

Cellule parenchimatiche

Cellule parenchimatiche Cellule epidermiche con tricomi e stomi Elementi di conduzione del legno

Cellule epidermiche

Stoma con cellule di guardia


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Eucarioti Protisti fotosintetici Diatomee Alghe unicellulari verdi (Chlorophyta; fotosintetiche) Alghe brune, alghe rosse Alghe verdi

Diatomea:

Chrysophyta

Alghe unicellulari verdi:

Euglena


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Alghe brune, alghe rosseIn altre culture utilizzate direttamente come cibo e a tale scopo coltivate. Per i nostri usi alimentari forniscono principalmente polisaccaridi complessi utilizzati con funzione di addensanti e stabilizzanti (alginati, agar-agar, carragenine)Alghe brune: fonte di iodio (ipotiroidismo), alginati (addensanti, attenuano lo stimolo della fame, ipocolesterolemizzanti).

Laminaria digitata

Fucus

1a. Piante ed (Gelidium 27 Alghe rosse evoluzione ): fonte di agar-agar, o carragenani, polisaccaride emolliente, lassativo. Eccipienti

Alghe verdi

Considerate superiori per

progenitrici

delle

piante

Cellulosa nelle pareti Amido di riserva Clorofilla a e b pigmenti fotosintetici Modalit di divisione cellulare (presenza del fragmoplasto)

NB: alghe brune, rosse e verdi rappresentano linee evolutive indipendenti Alghe brune e rosse1a. Piante ed evoluzione 28

Evoluzione delle piante

B

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