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BOTANICA
BIODIVESITÀ VEGETALE
La BIODIVERSITA’ VEGETALE è lo studio comparativo degli organismi e delle loro variazioni. è la scienza che ha per oggetto la DIVERSITA’ dei vegetali. In alcuni casi la biodiversità viene messa in sinonimia con sistematica, i quali spesso si sovrappongono. La BIODIVERSITA è la ricchezza della vita sulla terra. Non solo in termini di specie (piante, animali, batteri, etc.), ma anche in termini di geni (DNA), in particolare la variabilità genetica la quale è anch’essa una ricchezza. Viene anche vista come diversità degli ambienti, in particolare dal punto di vista ecologico e quindi degli ecosistemi, dove ogni organismo potrà occupare delle nicchie ecologiche e ambienti differenti. Se ci concentriamo sullo scopo principale, cioè della biodiversità in termini di gruppi vegetali, in questa immagine sono rappresentati i punti canoni, cioè le aree del nostro pianeta in cui è più evidente il numero di specie differenti. Alcuni di queste aree sono lunghe le coste, dove sono numerose le isole. In particolare nel bacino del Mediterraneo, sono i punti più importati per quanto riguarda la ricchezza di specie e quindi la biodiversità. SISTEMATICA La sistematica è la scienza che si occupa dello studio della diversità biologica e della sua origine (filogenesi). Quindi la biodiversità esiste senza di essa. La ricerca sistematica ha come scopo la comprensione delle relazioni evolutive tra gli organismi. La sistematica si occupa di creare il SISTEMA, cioè ordinare la biodiversità. Una parte importante della sistematica è lo sviluppo di metodi per valutare le relazioni filogenetiche, poiché lo studio della biodiversità si basa sull’osservazione dei caratteri morfologici che adesso si possono osservare, e quindi non si idea di quello che era presente in passato. Ma la sistematica e in particolare la filogenesi ci permette di ricostruire il percorso che
le piante hanno percorso, con le varie piante estinte, per milioni di anni fino ad arrivare a come sono adesso. Strettamente collegata alla sistematica è la nomenclatura o tassonomia, poiché dopo aver formato il sistema, bisogna dare il nome ai vari elementi. È difficile quantificare la molteplicità delle forme di vita. Attualmente le specie vegetali conosciute e descritte sono più di un 1.000.000 e più del doppio, quindi 2.000.000 sono le specie animali e entrambi le specie sono in continua crescita. Tale ricchezza di forme non si manifesta come un continuum , cioè attraverso un gradiente,ma con gruppi di individui affini più o meno chiaramente delimitati l’uno dall’altro. Questi limiti sono determinati da lacune morfologiche e, quindi, da discontinuità. Si tratta di gape morfologico tra due entità. Individuare queste discontinuità è alla base dell’individuazione dei gruppi di individui affini e, quindi, di un sistema di inquadramento gerarchico dei viventi TASSONOMIA La nascita della moderna tassonomia risponde alla necessità di:
- Ordinare i viventi in un sistema di classificazione univoco
- Semplificare, dando origine a categorie omogenee Quindi la tassonomia è la scienza della classificazione che venne inventata per un esigenza dall’uomo, il quale ha creato un sistema per dare nomi ai vari organismi. La TASSONOMIA è lo studio teoretico della classificazione, incluse le sue basi, i principi, le procedure e le leggi. La tassonomia si preoccupa di costruire un sistema di classificazione formato da GRUPPI GERARCHICI detti TAXA o al singolare TAXON entro cui inserire, attraverso le regole di nomenclatura, le unità sistematiche. Mentre la sistematica individua in natura gruppi reali e concreti, la tassonomia stabilisce di attribuire ad una determinata categoria ad un nome per la gestione delle informazioni. Le due scienze concorrono a costruire un sistema che consenta di avere una percezione sintetica della diversità dei viventi. APPROCCIO INIZIALE ALLA RICERCA DEI GRUPPI GERARCHICI Si basa su un osservazione morfologica, per osservare somiglianze o sono completamente differenti. Questo perché guardando l’organismo, non abbiamo nessun tipo di informazione del suo passato evolutivo. Si prendono varie piante, come nella figura a destra, se esse si somigliano morfologicamente, significa che condividono parte del patrimonio genetico e vengono definiti AFFINI. Ad esempio se si osservano queste due piante, dal punto di vista morfologico si somigliano, poiché presentano questa struttura sferica, sono entrambe piante succulente, quindi ricche di acqua. I puntini bianchi sono delle spine. Poiché si somigliano, dovremmo associarle alla stessa famiglia, ma in realtà appartengono a famiglie differenti, poiché si somigliano morfologicamente, ma hanno pochissimo DNA in comune e quindi non sono specie affini. Questo perché le somiglianze si possono acquisire mediante
SISTEMATICA FENETICA
La sistematica fenetica si basa sull’applicazione di metodi statistici a differenze e somiglianze di caratteri (morfologici, genetici, molecolari, etc.). si eseguono delle matrici. La differenza sta nel fatto che non si utilizzano solo caratteri morfologici, ma anche altri caratteri, come caratteri genetici, molecolari, ecologici, i quali possono essere misurai e quantificati, che permettono di costruire delle matrici di varie percentuali. è anche detta tassonomia numerica, perché l’analisi richiede metodi matematico-statistici. OTU sta ad indicare unità operativa tassonomica, che significa specie. SISTEMATICA CLADISTICA Questa è la più utilizzata in questo momento. Fu una rivoluzione concettuale operata da W. Hennig, dove va a raggruppare gli esseri viventi esplicitamente sulla base della derivazione da un antenato comune piuttosto che delle somiglianze. Quindi in questo caso non è importante la somiglianza, ma da chi abbia ereditato quel carattere. Il risultato di un’analisi cladistica è un cladogramma o albero filogenetico che rappresenta un ipotesi di relazione evolutiva. Vengono raggruppate in base all’antenato comune, cioè tanto più vicino è l’antenato comune, tanto più affini saranno quelle specie. La cladistica non si basa solo sull’osservazione morfologica, ma ha il pregio di fornire un metodo oggettivo, che si serve di software per la costruzione di alberi filogenetici sulla base di una tabella di caratteri (matrice) distinti in primitivi, cioè un carattere presente inizialmente, e derivati, un carattere che compare successivamente. La cladistica (dal greco klados = ramo) è un metodo di classificazione dei viventi basato sul grado di parentela ovvero sulla distanza nel tempo dall'ultimo progenitore. Quindi ci conoscere specie che on ci sono più, ma che hanno dato vita alle specie attuali.Animali e piante vengono disposti in gruppi tassonomici chiamati cladi Quando condividono delle caratteristiche vengono definite omologie, quindi caratteri omologhi. La classificazione si basa inoltre sull’assunto che due nuove specie si formano improvvisamente per separazione da un antenato comune
il cladogramma, cioè il diagramma che mostra queste relazioni, è formato da un sistema di ramificazioni dicotomiche. Ciascun punto di ramificazione rappresenta una divergenza da un antenato comune. SPECIE BIOLOGICA La sistematica evoluzionistica classica nasce nel 1942. Con essa nasce anche il concetto di SPECIE BIOLOGIA, intesa come un gruppo di popolazioni naturali i cui membri sono potenzialmente capaci di incrociarsi tra loro per produrre una progenie fertile, mentre non possono incrociarsi con i membri di altre specie. Il concetto di specie per le piante ha dei limiti, poiché negli animali le barriere produttive sono più forti, mentre nelle piante non sono così forti e quindi si creano delle IBRIDAZIONI, con formazione di ibridi tra specie differenti. “PROBLEMI” CON I DATI MORFOLOGICI ➢ Convergenza e parallelismo ➢ Differenze fenotipiche vs genotipiche ➢ Valutazione dell’omologia ➢ Errata interpretazione di cambiamenti ➢ Limitazione del numero di caratteri ➢ Plasticità fenotipica FILOGENESI La filogenesi è uno schema ramificato ( albero filogenetico ) che mostra le relazioni esistenti fra le specie attuali, individuandone l'antenato comune più recente. Una filogenesi ha una dimensione temporale, poiché essa ci fornisce una dimensione nel tempo di ciò che è avvenuto. in questa immagine vengono rappresentati 6 taxon:
- TAXON A
- TAXON B
- TAXON C
- TAXON D
- TAXON E
- TAXON F
SINTESI
Ad ogni nodo compare una caratteristica che differenzia i vari cladi e quindi il ramo di sinistra da quello di destra. Il vantaggio della sistematica cladistica è che permette di utilizzare più caratteri, quindi non solo morfologici, ma anche ecologico. Ormai la sistematica cladistica o filogenetica viene fatta esclusivamente con l’utilizzo del DNA, poiché contiene una serie di informazioni che permette di costruire in maniera più oggettivo possibili il percorso evolutivo delle varie piante. CLASSIFICAZIONE E NOMENCLATURA La SISTEMATICA fornisce gli elementi per individuare le discontinuità e “delimitare” le specie, mentre La TASSONOMIA, invece, al fine di costruire un sistema gerarchico di classificazione, deve unire in base alle somiglianze. Per la classificazione viene adottato un sistema astratto di categorie A seconda della loro collocazione gerarchica le stirpi concrete vengono associate ad un determinato livello gerarchico. In tal modo divengono TAXA e ricevono nomi scientifici latini secondo determinate regole questi rappresentano i ranghi gerarchici principali. È strutturato a forma di piramide capovolta non a caso perché il rango più in alto racchiude tutto il resto. Il primo è il REGNO. In seguito vi è la DIVISIONE , che raggrupperà una parte, ed ogni divisione sarà sempre più piccola. In seguito vi è la CLASSE. In seguito vi è l’ORDINE, la FAMIGLIA, il GENERE e la SPECIE. NB: LA SPECIE è UNA SOLA.
Esistono un’altra serie di ranghi tassonomici ( che non dobbiamo ricordare). Quello che bisogna ricordarsi assolutamente è la classe e l’ordine. L’ordine ha la caratteristica di finire sempre con il suffisso - ales. la famiglia finisce sempre per - aceae. Il genere è un sostantivo, quindi non ha regole e suffissi e infine la specie che viene indicato con un sostantivo e un aggettivo e la sigla dell’autore che la individuata. ESEMPIO EVOLUZIONE DEI SISTEMI DI CLASSIFICAZIONE il primo approccio è stato di tipo utilitaristico , il quale è necessario per l’uomo per capire e dare un nome alle cose. In seguito vi è stato un approccio più artificiale con LINNEO , il quale è responsabile della nomenclatura e gran parte della tassonomia attuale. In seguito si è passati ad un approccio di tipo naturale , con Lamarck e l’evoluzione del collo della giraffa. Infine un approccio di tipo filogenetico , con Cronquist e infine con Chase che ha fondato IL GRUPPO
Di conseguenza ogni specie deve essere sempre indicata con l’intero binomio latino e non con il solo epiteto specifico. Genere e specie vanno scritte in corsivo e con la lettera maiuscola, ma visto che è difficile scriverlo a penna, si SOTTOLINEA. la specie non si scrive con la lettera maiuscola, ma minuscola. La L. sta ad indicare l’autore che per primo a descritto questa pianta e quindi è il proprietario di quel nome. L. sta per LINNEO. Negli animali spesso, oltre all’autore, viene indicato anche l’anno in cui è stato osservato quell’animale. Questo non per le piante. Questo perché è accaduto che diversi autori utilizzassero lo stesso binomio per indicare specie diverse o la stessa specie fosse descritta da due autori diversi con nomi diversi. Per ovviare a questo “inconveniente” è stato adottato il principio di priorità in base al quale per ogni specie è valido solo il primo nome attribuito e, parallelamente, per ogni nome è valido solo il primo uso che ne è stato fatto. Per ovviare a confusioni ogni volta che si cita un binomio latino è bene accompagnarlo con il nome dell’autore da cui è stato introdotto SISTEMI ARTIFICIALI E NATURALI Dato un insieme di specie esistono infiniti modi di organizzarle in un sistema. La struttura del sistema dipende in primo luogo dalla logica seguita, ma dipende anche dallo scopo che il sistema si prefigge:
- Definiremo SISTEMI ARTIFICIALI quei sistemi che riuniscono le piante seguendo un criterio “di comodo”, scelto arbitrariamente dal classificatore per uno scopo applicativo
- Definiremo SISTEMA NATURALE ogni sistema che si prefigga di individuare rapporti di affinità intrinseca tra le specie Verso la metà del Settecento una pietra miliare fu posta dal naturalista svedese Carl von Linné (1707-1778), che fu il primo teorico della biologia sistematica. Linneo considerava “il sistema” soprattutto come uno strumento per giungere alla identificazione degli organismi. Nella“Philosophia botanica” (1770) egli scriveva “Il filo di Arianna della botanica è il sistema, senza il quale la conoscenza delle piante cade nel caos” Il sistema di classificazione linneano trova la sua definitiva codifica nell’opera “Species plantarum” (1753) E’ all’interno di questa opera che troviamo la prima codifica del “nome scientifico” I nomi dei taxa superiori al genere vengono derivati dal nome di un genere che vi è compreso, apponendo un suffisso appropriato, secondo lo schema seguente, costruito sull’esempio del genere ORCHIS
- DIVISIONE Magnoli - ophyta
- SOTTODIVISIONE Magnoli - ophytina
- CLASSE Lili - opsida
- ORDINE Asparag - ales
- FAMIGLIA Orchid – aceae
CLADOGRAMMA
Quest immagine rappresenta il cladogramma di tutti gli organismi viventi( a sinistra vi sono i gruppi di piante,) si notano alghe- briofiti-felci e ad ogni separazione è presente una chiave che permette di suddividere una classe dall’altra ad esempio nelle piante sono presenti: il cloroplasto, xilema, floema N.B: Ad ogni nodo sono comparsi uno o più caratteri che permettono di diversificarli tra di loro. DOMANDA ESAME: qual è il progenitore comune vicino a tutti i gruppi,esclusi i batteri? Per rispondere alla seguente domanda bisogna vedere l’antenato che sta in basso. LE ALGHE GENERALITÀ Le alghe eucariotiche sono organismi fotoautotrofi variamente colorate a secondo dei pigmenti presenti, tipicamente acquatici, largamente diffuse sia nei mari che nelle acque dolci. Ci sono pochissime specie che vivono in ambiente terrestre. Esse si sono evolute in ambienti acquatici senza che il loro habitat si estendesse alle terre emerse, tuttavia esse possono essere presenti in luoghi molto umidi dove si rinvengono in forme microscopiche o molto ridotte. In queste circostanze si sono affermati organismi il cui corpo è costituito da: o cellule singole: organismo unicellulare o aggregati coloniali di cellule :aggregati di più individui cellulari formando un organismo più grande o piccoli gruppi di cellule coordinate tra di loro o cospicui insiemi cellulari di forma definita e con un grado notevole di coordinazione. o Iniziano ad esserci tessuti: svolgono ognuno una funzione differente Questi organismi si sono evoluti in un ambiente caratterizzato dalla diffusa presenza di acqua perciò hanno un corpo poco specializzato, privo di tutto quel complesso di strutture necessarie al trasporto ed alla conservazione dell'acqua presente nelle piante che vivono sulle terre emerse: Questo sistema viene denominato TALLO Le TALLOFITE (piante con tallo) e le CORMOFITE (piante con cormo) rappresentano pertanto due ben distinte categorie di organismi, la cui evoluzione è stata imposta da differenti fattori ambientali
Chlorella Molto comune è anche il genere Trebouxia che forma simbiosi con i funghi per formare i licheni Trebouxia
- LIVELLO SIFONALE Questo tipo di organizzazione deriva dall'organizzazione coccale in seguito alla ripetuta divisione dei nuclei, senza tuttavia la formazione di pareti cellulari, cosicché l'organismo risulta unicellulare, ma plurinucleato. Cosa comporta la presenza di più nuclei? Comporta un notevole aumento di dimensione. Vaucheria Acetabularia L’Acetabularia è costituita da una singola cellula gigante (alta 5 cm o più) ancorata al substrato per mezzo di rizoidi.
- LIVELLO SIFONOCLADALE Le alghe che appartengono a questo livello di organizzazione sono pluricellulari ed ogni cellula presenta numerosi nuclei (plurinucleata).
7. LIVELLO TRICALE
Deriva da quella coccale per divisione del nucleo accompagnata dalla divisione della cellula cosicché si forma un filamento di cellule uninucleate che rimangono unite e con connessioni plasmatiche tra di loro. Si conoscono numerosi sviluppi dei filamenti che, dapprima semplici e costituiti da cellule tutte uguali, divengono poi ramificati oppure con cellule basali funzioni particolari, per lo più di fissazione dell'alga al substrato
- TALLO PSEUDOPARENCHIMATICO I rami laterali e i filamenti sono intrecciati fra di loro e le cellule sono spesso agglutinate o saldate. La grande maggioranza delle alghe rosse ha un tallo notevolmente elaborato che si costituisce attraverso l'aggregazione di numerosi filamenti cellulari nei quali le singole cellule sono collegate attraverso una complessa sinapsi. Le pit-connections sono delle grosse perforazioni che mettono in comunicazione le cellule contigue di un filamento nella quale si deposita materiale glicoproteico in forma lenticolare (PIT-PLUG).
NELLE ALGHE I FLAGELLI SI PRESENTANO IN UN GRAN NUMERO DI FORME :
o FLAGELLI ACRONEMATICI : Lisci e appuntiti o MASTIGONEMI PETTINATI :Con sottili estroflessioni laterali inserite da un solo lato o MASTIGONEMI PANTONEMATICI : Con sottili estroflessioni laterali su due lati. ANCHE IL NUMERO DI FLAGELLI PUÒ CAMBIARE ➢ 1 solo flagello ➢ 2 flagelli identici (ISOCONTI) ➢ 2 di differente lunghezza (ETEROCONTI) ➢ 4 flagelli ➢ Molti disposti a corona, formano un ciuffo (STEFANOCONTI) In alcune alghe si trovano appendici nettamente differenti dai flagelli, sia per la struttura che per il significato, una di queste è l’aptonema. l'APTONEMA, un'estroflessione filiforme che possiede alla sua estremità distale la capacità di avvolgersi aspirale e di fissare l'alga in modo elastico ai fondali. TRICOCISTI Altre strutture importanti presenti nelle alghe sono i tricocisti. Strutture proteiche allungate, disposte alla periferia della cellula, che vengono espulse violentemente quando la cellula viene stimolata. L'espulsione crea un movimento rapido della cellula nella direzione opposta all'espulsione infatti più velocemente avviene l’espulsione epiù velocemente l’alga si sposta. CLOROPLASTI Nelle alghe la morfologia dei cloroplasti è estremamente varia ➢ Oltre alla tipica forma ovoide, caratteristica anche delle piante vascolari, nelle alghe si conoscono cloroplasti stellati , nastriformi, reticolati o a coppa. Molto frequentemente il numero di cloroplasti per cellula è piuttosto basso e in taluni generi si arriva addirittura ad un solo cloroplasto per cellula Il numero di membrane che avvolgono il cloroplasto è di estrema importanza nella ricostruzione filogenetica. o Chlorophyta, Rhodophyta hanno un cloroplasto avvolto da due membrane. o Euglenophyta e Dinophyta hanno cloroplasti avvolti da tre membrane o Tutte le altre alghe hanno 4 membrane che avvolgono i cloroplasti (alghe brune) I pigmenti contenuti nei cromatofori sono di tre tipi ben distinti:
➢ Clorofille: In tutte le alghe è presente la Clorofilla a, ma a seconda del gruppo di alghe sono presenti altre clorofille (b, c, d se sono alghe rosse o brune ). ➢ ficobiline ➢ carotenoidi ORGANULI CELLULARI PECULIARI DELLE ALGHE Alcuni organuli cellulari si rinvengono solo nella cellula algale: ➢ vacuoli contrattili ➢ macchia oculare o stigma ➢ pirenoide VACUOLO CONTRATTILE Molte specie unicellulari d’acqua dolce prive di pareti rigide, vivendo in un ambiente IPOTONICO rispetto al loro citoplasma, devono espellere in continuazione l’acqua in eccesso che penetra per osmosi nelle cellule. L’organulo adibito alla osmoregolazione è il VACUOLO CONTRATTILE. MACCHIA OCULARE La MACCHIA OCULARE o STIGMA è presente in molte alghe unicellulari flagellate. Essa appare al microscopio ottico come una macchia rosso-arancione (contiene carotenoidi) situata nella parte anteriore della cellula. Lo STIGMA ha la funzione di ombreggiare il vero organulo fotorecettore che percepisce la luce. PIRENOIDE In molte alghe associato al cloroplasto si trova un corpo più o meno voluminoso, denominato PIRENOIDE , che risulta spesso visibile al microscopio ottico. Il pirenoide può avere una struttura omogenea minutamente granulosa, come nelle alghe brune, oppure essere percorso da sottili lamelle in evidente continuità con i tilacoidi (alghe verdi). Sempre nelle alghe verdi il pirenoide può essere suddiviso in bande o spicchi denominati PIRENOSOMI che si collocano tra le bande tilacoidali; Il PIRENOIDE contiene l’enzima Ribulosio-1,5-difosfato carbossilasi-ossidasi , meglio nota come RUBISCO, che catalizza la prima reazione di riduzione della CO2 nella fase oscura della fotosintesi.
CICLO APLODIPLONTE
Lo stesso individuo nella sua vita attraversa fasi in cui va in contro a cicli aplonti e fasi della vita in cui ha cicli diplonti. Corredo n : Gametofito (generazione aploide) Corredo 2n : Sporofito (generazione diploide) ▪ Il gametofito (1n) porta alla formazione di un gamete maschile e di un gamete femminile, essi si fondono e portano alla formazione dello zigote, esso si divide per mitosi e formerà un altro organismo detto sporofito. ▪ Successivamente alcune cellule (cellule madre) si dividono per meiosi e formano le spore (corredo cromosomico n), esse germinano e formeranno un nuovo gametofito (1n) Le relazioni tra le due fasi variano nel tempo, le alghe hanno una generazione gametofitica dominante rispetto alla sporofitica. Infatti l’alga passa la maggior pate del tempo come gametofito; situazione differente avviene nelle felci in cui lo sporofito è dominante. LE ALGHE BRUNE Le alghe sono un insieme di linee evolutive eterogenee con organizzazione semplice (tallo) e tipici di ambienti acquatici. I gruppi tradizionali delle alghe rosse , brune o verdi hanno una diversa organizzazione dei plastidi e dei talli.
Questa tabella riassume le differenze tra le diverse alghe, esistono infatti diverse serie di alghe.Le differenze principali che si osservano è la presenza della clorofilla , generalmente la clorofilla a è sempre presente; un’altra caratteristica è la presenza della sostanza di riserva: o nelle alghe verdi è presente l’amido o nelle alghe brune è presente la laminaria mannitolo o nelle alghe rosse l’amido delle floridee si fa distinzione anche sulla presenza dei flagelli ,e sui tipi di ambienti che colonizzano PHAEOPHYCEAE Le alghe brune comprendono tra 1500 e 2000 specie suddivise in circa 250 generi. Sono prevalentemente marine, anche se esistono 10 specie d'acqua dolce suddivise in 5 generi Macrocystis (ALGHE BRUNE, BROWN ALGAE) Tutte pluricellulari e presentano Cromatoforo : con 2 membrane del Reticolo endoplasmatico, tilacoidi in gruppi di 3 (grana, inter-grana)
