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BIOLOGIA SISTEMATICA e TASSONOMIA
La Tassonomia Biologica è una sottodisciplina della Biologia Sistematica in quanto la Sistematica studia gli esseri viventi e la loro diversità biologica e la loro storia evolutiva mentre la Tassonomia (dal greco : ταξις, taxis, ordinamento e νομος, nomos, norma o regola )si occupa di attribuire un nome agli organismi viventi e di classificarli mediante la costruzione di un sistema gerarchico nel quale ciascun raggruppamento sistematico è detto Taxon (plurale Taxa )
Nel medioevo, quando crebbe l’interesse di scambiare le conoscenze sugli organismi, il latino era la lingua dei colti, pertanto per i “tipi” di organismi vennero adottati nomi latini. Quei “tipi” di organismi cominciarono ad essere chiamati generi e i singoli membri di tali generi, furono detti specie. Dapprima le specie erano identificate mediante frasi latine costituite di una o molte parole; tali frasi sono indicate come polinomiali. La prima parola di una polinomiale fu il nome dl genere cui la pianta apparteneva, così tutte le querce venivano identificate da polinomiali che iniziavano con la parola Quercus e tutte le rose da polinomiali che iniziavano con la parola Rosa. Gli antichi nomi latini di queste piante sono usati ancor oggi per indicarne i generi. Una semplificazione nel sistema di nomenclatura degli esseri viventi fu ideata nel diciottesimo secolo dal naturalista svedese Carolus Linnaeus(Linneo). Nel 1753 Linneo pubblica un’opera in 2 volumi, Species Plantarum , nella quale usa frasi polinomiali per la descrizione e la nomenclatura di tutte le specie vegetali, in molti casi modificando la nomenclatura polinomia. Linneo considera le frasi polinomiali come nomi propri della specie, ma vi aggiunge un’innovazione, cioè l’ideazione di una nomenclatura binomia. La convenienza di questo nuovo sistema risultò ovvia e la scomoda nomenclatura polinomia venne sostituita immediatamente dalla binomia. Il nome della specie consiste di due parti: il nome generico e il nome specifico. Il nome del genere può essere scritto da solo per indicare l’intero gruppo di specie comprese in quel genere. Se ci si accorge che una data specie è stata posta inizialmente in un genere sbagliato e deve essere trasferita in un altro genere, allora la seconda parte del suo nome, l’epiteto specifico, viene trasferita al nuovo genere; tuttavia se in quel genere esiste già un’altra specie con quel epiteto specifico, deve essere trovato un nome alternativo. Ciascuna specie deve avere un campione tipo. Il campione tipo serve per di base per compararlo con altri, allo scopo di poter stabilire se si tratta di membri della stessa specie, oppure no. Un nome specifico è privo di significato se scritto da solo, per esempio biennis può riferirsi a specie di generi differenti. Per evitare il pericolo di confondere i nomi, quello della specie viene preceduto sempre dal nome o dalla lettera iniziale del genere. Nomi di generi e specie vengono scritte in corsivo, se su stampanti, e se sono scritti a mano o a macchina vanno sottolineati. Alcune specie sono costituite da una o più razze, dette subspecie o varietà. Subspecie di una specie somigliano a questa ma presentano differenze sostanziali. Anche i nomi delle sottospecie devono essere scritti in corsivo. Il sistema linneiano è oggi completamente abbandonato, tuttavia la sua struttura logica è ancora largamente utilizzata nei manuali di identificazione delle piante(come abbiamo visto prima con la nomenclatura binomia). Nella prima metà del 1800 furono messi a punto sistemi di classificazione naturali che prendevano in esame diversi caratteri nella definizione dei taxa. Nella seconda metà dell’800, grazie alla teoria dell’evoluzione di Charles Darwin le differenze e le somiglianze tra gli organismi cominciarono ad essere viste come i prodotti della loro storia evolutiva o filogenesi. Si sviluppa la sistematica filogenetica(evoluzione di una specie vivente).
LA TEORIA DELL’EVOLUZIONE
La teoria dell’evoluzione delle specie è indissolubilmente legata al nome di Charles Darwin (1809-1882). Il naturalista inglese, infatti, fornì molte prove a sostegno dell’idea che gli organismi mutano nel tempo e propose la spiegazione del meccanismo con cui il cambiamento avviene.
Secondo Darwin l’evoluzione delle specie procede con un meccanismo che può essere riassunto in quattro punti principali:
- Ogni popolazione tende a produrre prole in eccesso, cioè un numero di discendenti superiore a quello che le risorse dell’ambiente in cui vive possono sostenere. La sovrapproduzione di prole ha come conseguenza la lotta per la sopravvivenza tra i componenti di una stessa popolazione. Quindi, per ogni generazione sopravvive solo una parte dei discendenti.
- Ogni popolazione mostra al proprio interno una notevole variabilità dei caratteri. Alcune caratteristiche si rivelano più favorevoli di altre, in quanto permettono all’individuo che le possiede di adattarsi all’ambiente e di sfruttare meglio le risorse naturali che ha a disposizione.
- Il diverso adattamento all’ambiente naturale dei membri di una popolazione si traduce in un successo riproduttivo differenziato. Il successo riproduttivo diversificato costituisce la selezione naturale , ritenuta da Darwin il meccanismo che sta alla base dell’evoluzione.
- Le caratteristiche favorevoli che hanno permesso agli individui di una popolazione un miglior adattamento all’ambiente sono caratteri ereditabili, cioè vengono trasmessi alla prole. La selezione artificiale promossa dagli allevatori su alcune specie agisce allo stesso modo della selezione naturale, ma accelera e amplifica gli effetti sulle popolazioni.
I rapporti evolutivi tra le varie specie sono messi in evidenza negli alberi filogenetici, diagramma utilizzato per rappresentare, in ambito scientifico, le relazioni di discendenza tra gruppi di organismi. Uno dei primi è stato pubblicato da Haeckel nel 1866. La definizione dei rapporti filogenetici si basa sulla conoscenza della storia evolutiva di un determinato gruppo.
TAXA NATURALI : taxa di tipo monofiletico che si sono originati da un unico antenato comune.
TAXA ARTIFICIALI : taxa poliflettici che riuniscono membri che discendono da più linee ancestrali.
ORGANI OMOLOGHI: organi che hanno in comune origine e si sono differenziati assumendo divesa struttura e svolgendo differente funzione. I tuberi sono organi omologhi ai fusti. Essi sono infatti fusti metamorfosati che si sono trasformati svolgendo la funzione di accumulo di sostanze nutrizie.
ORGANI ANALOGHI : organi con uguale funzione ma diversa origine filogenetica. Cirri e viticci sono esempi di organi analoghi.
LA SPECIE
La definizione di specie biologica ha interessato gli scienziati per molto tempo in quanto non è univoca ed è ancora oggetto di discussione. Una delle definizioni più largamente accettate è la seguente: le specie sono gruppi di popolazioni naturali che, concretamente o potenzialmente, sono in grado di incrociarsi tra loro e di produrre una prole a sua volta fertile.
Genere: raggruppa specie simili tra loro, per esempio cane e lupo appartengono al genere Canis; Famiglia: raggruppa generi simili tra loro. La volpe, il cane e il lupo vengono raggruppati nalla famiglia dei canidi; Ordine: raggruppa più famiglie simili tra loro. Il cane e il leone vengono raggruppati nall'ordine dei carnivori; Le altre categorie sistematiche Classe: raggruppa gli ordini simili tra loro. Gli animali che partoriscono, possiedono le mammelle per allattare, e la pelle coperta di peli sono raggruppati nella classe dei mammiferi;
Le Epatiche , che comprendono circa 8.000 specie, i gametofiti hanno un aspetto nastriforme a morfologia dorsoventrale appiattiti al suolo. La classe viene divisa in due sottoclassi: epatiche fogliose , con filloidi privi di nervatura centrale, ed epatiche tallose , prive di foglie con gametofito semplice o pluristratificato. Entità con gametofito pluristratificato presentano epidermide provvista di cuticola, con rivestimenti cerosi, interrotta da aperture non regolabili dette pori, funzionalmente simili a stomi rudimentali, ma privi di cellule di guardia e sempre aperti. La capsula (sporofito) si apre in quattro valve lungo linee longitudinali e la dispersione delle spore è facilitata da movimenti igroscopici di cellule con pareti ispessite dette elateri.
Le Antocerote (solo un centinaio di specie al mondo) i gametofiti sono tallosi, di aspetto simile a quelli di alcune epatiche. Gli sporofiti a forma di corno e privi di seta sono verdi e fotosintetizzanti e hanno epidermide con stomi muniti di cellule di guardia. Questi sporofiti vivono per alcuni mesi, accrescendosi grazie ad un meristema intercalare presente alla base. Alcune specie ospitano simbiosi con cianobatteri azotofissatori.
Nelle briofite è presente sia la riproduzione asessuale che quella sessuale. La riproduzione asessuale interessa solo il gametofito e può avvenire o per frammentazione o per gemme. La riproduzione sessuale, come in tutte le pianti terrestri, avviene per oogamia. Sia i gameti mschili(anteridi) che quelli femminili(archegoni) sono pluricellulari e delimitati da cellule sterili che proteggono i gameti dal dissecamento. Gli anteridi sono a forma di clava o sfera e contengono numerosi gameti biflaggelati( spermatozoidi ); gli archegoni sono a forma di fiasco e la loro parte basale, il ventre , racchiude il gamete femminile, cellula uovo ,possono formarsi all’apice del fusticino( muschi acrocarpi ) o su rami laterali( muschi pleurocarpi ) e sono sempre accompagnati da filamenti sterili( parafisi ). L’acqua è fondamentale per la riproduzione, in quanto gli spermatozoidi devono nuotare per raggiungere l’archegonio.
PTERIOFITE
Le piante vascolari o tracheofite rappresentano un grande gruppo di piante per lo più di ambiente terrestre, dotate di tessuti conduttori e di sostegno con pareti lignificate. Le tracheofite vengono riferite a 9 categorie principali. Quattro di questi sono prive di semi e vengono chiamate pteridofite o crittogame vascolari , si riproducono sessualmente e sono: licofite , psilofite , equisetofite , e polipodiofite. Queste ultime corrispondono alle piante comuni indicate come felci. Gli altri cinque gruppi, ovvero cicadee , conifere , gingko , gnetofite e angiosperme , si propagano per seme ed hanno gametofite ridotto, vengono denominate spermatofite oppure fanerogame. Le piante vascolari si suddivisono in licofite e eufillofite. Le licofite posseggono foglie con meristemi intercalari( licofilli ) che corrispondono ad un tipo particolare di foglie ridotte ( microfilli ), le aufillofite sono invece caratterizzate da foglie sviluppate o ridotte ma con meristemi marginali o apicali( eufulli ). Le eufillofite viventi si suddividono a loro volta in monilofiti e spermatofite. Le monilofite hanno sporificazione libera e mancanza di semi. Nelle sparmatofite invece è presente il seme.
Le pteriofite , i cui i principali rappresentanti sono le felci, rappresentano una categoria non monofiletica, comprendente stirpi prive di sei che si sono originate indipendente. I gameti possono essere laminari, verdi e fotosintetici( ptotalli ), gli sporangi invece possono essere di due tipi:
- Eusporangi , se avvolti da due o più strati di cellule ed avente origine da un gruppo di cellule;
- Leptosporangi , se provvisti di una parete composta da un solo strato di cellule ed originatasi da una sola cellula iniziale. Le felci sono leptosporangi. La maggior parte delle pteriofite è isosporea , ovvero produce spore tutte uguali. Solo alcune famiglie sono eterosporee. Le spore e la loro parete risulta essere molto variaabile a livello di specie. Vengono distinte spore trilete e spore
monolete , a seconda che presentino una cicatrice a tre o ad un raggio. La fecondazione è uguale a quella delle briofite. Per quanto riguarda la struttura delle foglie, si distinguono foglie piccole con un’unica nervatura( microfilli ) e foglie più grandi con un sistema ramificato ( macrofilli )
Le rioniofite sono piante vascolari fossili di struttura semplice. Lo sporofito consiste di un fusto ramificato, foglie assenti o piccole del tipo microfilli. Il genere più importante è Rhynia. Le licofite , sono piante vascolari con radici fusto e foglia. Le piante attuali sono piante erbacee. Le licofite viventi presentano sporofiti costituiti da piccoli fusti ramificati. Il gametofito è piccolo e di forma variabile.A All’interno delle licofite riconosciamo 3 famiglie: Lycopodiaceae , Selaginellaceae , Isoetaceae. Lycopodiaceae. Sono piante terrestri, erbacee con fusti striscianti alte fino a poche decine di cm. Gli sporangi sono di forma reniforme e sono collocate all’ascella delle foglie e spesso sono raggruppate in strutture a forma di spiga poste all’apice dei fusti che vengono denominate coni o strobili. Selaginellaceae. Sono piante in gran parte terrestri, erbacee e perenni, alte 1-3 cm. I fusti sono striscianti, con le foglie disposte a aspirale spesso allineate in 4 serie, con una piccola lingua chiamata ligula. Le piante viventi appartengono tutte al genere Selaginella , che conta circa 750 specie, di cui solo 3 presenti in italia. Le selaginelle sono tutte eterosporee. Esse hanno la capacità di passare in stato dormiente lunghi periodi di aridità. Isotaceae .Sono caratterizzate dall’avere un piccolo fusto semisotterraneo a tubero che porta poche foglie lineari spesso lunghe. Anche le isotaceae sono eterosporee. La famiglia comprende l’unico genere isoetes , con circa 150 specie terrestri o acquatiche. In Italia sono presenti solo 6 specie di cui una è Isoetes velata con due sottospecie di particolare interesse è isoetes malinverniana , presente solo nella pianura padana.
Le monilofite , comprendono 4 classi: Psilotopsida , Equisoptisida , Marattiopsida e Polipodiopsida , 11 ordini e 37 famiglie. La classe psilotopsida comprende circa 100 specie riunite in 4 generi e 2 famiglie: Psilotaceae e Ophioglossaceae. Psilotaceae. Sono piante di grande interesse in quanto presentano una struttura semplice. La germinazione delle spore dipende da un’endomicorriza(simbiosi tra funghi e piante a livello radicale) ed il gametofito è ipogeo, privo di clorofilla. Comprende 2 generi, Psilotum e Tmesipteris. O phioglossaceae. Sono piante in gran parte terrestri. Hanno radici semplici, prive di peli radicali. Comprendono 4 generi, due di questi, Ophioglossum e Botrychium sono presenti in Italia.
Le Equisetopsida comprendono tra le piante viventi la sola famiglia delle Equisetaceae , con un unico genere Equisetum , e 15 specie erbacee, di queste 9 sono presenti in Italia. Gli equiseti viventi chiamati comunemente, code di cavallo , sono piante perenni rizomatose, che in genere non superano un metro di statura. Le foglie sono piccole, squasiformi, in genere non fotosintetiche. Gli equiseti sono tutti isosporei con sporangi portati al di sotto di sporangiofori. Le spore sono sferiche, verdi con 4-6 nastriformi, chiamate elateri che favoriscono la fuoriuscita delle spore dallo sporangio. Il genere equisetum è cosmopolita, manca solo in Australia e Nuova Zelanda. Queste specie vivono in luoghi umidi, paludosi. Delle 9 entità presenti in Italia le più frequenti sono: Equisetum Arvense , Palustre , Telmateja.
Le Polypodiopsida corrispondono alle felci comunemente dette. Rappresentano il più grande gruppo di piante vascolari dopo le gimnosperme è il più importante tra le pteriofite, comprendendo circa 10.000 specie, 250 generi, 33 famiglie e 7 ordini. La maggior parte delle felci attuali ha portamento erbaceo, con un fusto sotterraneo( rizoma ) da cui si originano radici avventizie. Dal
quello delle cicadee, grandi spermi vengono liberati nella camera archegoniale. Tra l’impollinazione e la fecondazione passano alcuni mesi, i granuli pollinici arrivano al micropilo quando gli ovuli sono ancora sulla pianta e la fecondazione può avvenire anche dopo che gli ovuli sono caduti a terra. I semi che si formano hanno uno strato esterno carnoso.
Le conifere costituiscono il gruppo più abbondante di gimnosperme viventi, rappresentate da 7 famiglie, 60 generi e circa 620 specie. Le conifere comprendono solo specie legnose perenni, per lo più arboree, ma anche arbustive. Le foglie sono la maggior parte aghiformi e squamiformi, si possono trovare su normali rami o riunite in mazzetti( fascetti ). Nelle foglie e nel legno secondario sono presenti canali resiniferi che formano resina. Le specie arboree presentano ramificazioni monopodiale, con un fusto centrale dominante ed una ramificazione e a palchi di solito regolare. I taxa vengono denominate conifere perché sono provvisti di strutture riproduttive specializzate, chiamate coni o strobili , questi proteggono ovuli e semi. I coni o strobili di tutte le conifere sono unisessuali e possono essere portati da un individuo( specie monoiche ) o da individui diversi( specie dioiche). I coni femminili sono costituiti da un asse che porta brevi germogli modificati che costituiscono le squame ovulifere , in genere legnose, al di sotto di ogni squame è presente una brattea copritrice. La forma dei coni e delle squame varia nei diversi taxa. Per quanto riguarda il ciclo vitale al momento dell’impollinazione le squame degli strobili femminili si aprono per favorire la deposizione dei granuli pollinici. I granuli pollinici hanno due sacche aerifere , utili per il galleggiamento nella goccia di impollinazione e per orientare i granuli per la germinazione. L’arrivo del granulo pollinico stimola all’interno dell’ovulo la meiosi, che porta alla formazione di 4 macrospore, di cui una sola rimane vitale. Questa, germinando forma un gametofito femminile inizialmente nucleare poi cellularizzato. Il gametofito femminile cellularizzato costituisce l’endosperma primario. Dalla fecondazione si origina un embrione che completa il suo sviluppo impiegando anche alcuni mesi. Durante la fecondazione si può verificare il fenomeno di poliembrionia , ovvero che vengono fecondate le ovocellule di più archegoni e si iniziano a sviluppare più embrioni. Anche nelle conifere la riproduzione è lenta, può passare circa un anno e mezzo tra impollinazione e maturazione dei semi. Quando i semi sono maturi gli strobili femminili sono lignificati e di dimensione maggiore rispetto all’impollinazione. In Italia le conifere sono rappresentate da 21 specie e 7 generi appartenenti a 3 famiglie: Cupressaceae , Pinaceae e Taxaceae.
Le cupressaceae sono famiglie che comprendono alberi e arbusti con corteccia del tronco fibrosa, foglie semplici, alterne, aghiformi o squamiformi. I coni femminili presentano delle squame a forma di scudo. Nel genere Juniperus le squame sono carnose denominati galbuli assumendo l’aspetto di una bacca. E’ una famiglia cosmopolita, rappresentata nel mondo da 30 generi e 130 specie. La famiglia è di grande interesse economico per la qualità del legname, infatti viene utilizzato per la produzione di profumi e come antitarme. In Italia le cuprissaceae sono rappresentate da 5 specie Juniperus e dal cipresso comune.
Le Pinaceae sono la famiglia di conifere più rappresentata nell’emisfero boreale e in Italia. Rappresentano la famiglia di gimnosperme più importante. Nel mondo si contano 10 generi e 220 specie, ove solo il genere Pinus ne conta 100. Le pinaceae vengono suddivise in 2 sottofamiglie: Abietoideae e Pinoideae. Si tratta la maggior parte delle volte di arbusti, con canali resiniferi nelle foglie e nel legno. Le foglie sono semplici da lineari ad aghiformi, alterne, sono sessili o brevemente picciolate sui rami principali(macroblasti), o strettamente raggruppati in mazzetti su rami raccorciati( brachiblasti ). Gli strobili maschili sono in genere piccoli, di colore giallo o rossiccio, hanno microsporofilli, disposti a spirale, che portano 2 microsporangi ciascuno. I granuli pollinici presentano 2 sacche aerifere e 2 cellule protallari. A maturità i strobili liberano grandi quantità di polline. I coni femminili, che maturano in 1-2 anni, hanno bratee e squame con disposizione spiralata, le squame nella maggior parte dei taxa portano 2 ovuli ciascuna. I caratteri
diagnostici principali della famiglia sono rappresentate dalle foglie, dalla loro disposizione e dagli strobili femminili(chiamati comunemente pigne ), che sono variabili per forma e dimensioni: cilindri, ovali, lunghi…Le pinacee comprendono gli individui più longevi ad oggi, Pinus longaeva, specie che si trova in USA, può vivere oltre i 5000 anni. Le pinacee sono una delle fonti principali di legname, per la produzione della carta ecc… La flora italiana conta 14 specie di pinacee, nell’ambito dei generi: Abies, Larix, Picea e Pinus. Le specie italiane sono tutte sempreverdi ad eccezione del larice.
La famiglia delle Taxacee è l’unica rappresentante del relativo ordine e comprende alberi o arbusti, per lo più dell’emisfero boreale. Alle Taxaceae appartengono solo 4 generi: Austrotaxus , Pseudotaxus , Taxus e Torrefa. In Italia è presente coltivato e anche selvatico il solo genere Taxus. Le foglie sono piane aghiformi, verde cupo sopra, chiaro sotto, acute all’apice. I fiori, unisessuali non sono avvolti da brattee. I fiori maschili, ascellari e solitari, o riuniti in infiorescenze terminali, hanno foglie staminali scudate provviste di 2-8 sacche polliniche; quelli femminili, si presentano isolati e verdognoli. Il frutto è un arillo carnoso, rosso a maturità che racchiude un unico seme. Caratteristico è il cono femminile, così modificato da sembrare una bacca o drupa. Quando è maturo presenta un solo seme avvolto in parte o completamente da un arillo carnoso, succoso e zuccherino, di un colore rosso vivo: un richiamo per gli uccelli disseminatori. I granuli pollinici sono radiosimmetrici, apolari, atremi. Esina tettata, psilata con reticoli. Non sono visibili pori. Taxus baccata L. (Tasso) Predilige terreni calcarei ed è diffuso in tutta le l´Europa centromeridionale, dove cresce spontanamente nei boschi di latifoglie dai 300 ai 1500 m. Le foglie sono lineari, acuminate, verde scuro sulla pagina superiore. I fiori unisessuali sono portati da piante diverse I fiori maschili, gialli, sono raggruppati in amenti ascellari globosi; quelli femminili sono solitari di colore verdognolo. Il frutto è un arillo carnoso, rosso a maturità, che racchiude un unico seme. Fiorisce da gennaio ad aprile.
Le Gnetofite sono un gruppo che mostrano caratteri delle conifere, quali i semi non racchiusi in un ovario, e caratteri delle angiosperme, come la presenza di trachee nel legno, strutture riproduttive simili a fiori e doppia fecondazione con la formazione di un endosperma secondario. Le gnetofite sono state accomunate con le angiosperme nella categoria delle antofite, proprio per la presenza di strutture simili a fiori. Le strutture di alcune specie di questo genere producono nettare e vengono visitate da insetti, nonostante l’impollinazione sia di tipo anemofilo. Le gnetofite comprendono circa 70 specie viventi, riferibili a a 3 generi, Gnetum , Welwitschia e Ephera. Gnetum comprende 40 specie, sono specie dioiche con foglie larghe, opposte, semplici e semi racchiusi in un involucro carnoso colorato. Welwitschia vive nei deserti, morfologicamente è assai strana ed è costituita da un fusto breve e massiccio e da due enormi foglie nastriformi. Ephera comprende per lo più cespugli con fusti articolati e con foglie squamiformi, i rami sono numerosi e il polline non è alato. Ephera distachya è presente in Calabria.
ANGIOSPERME
Le angiosperme o piante a fiore sono il gruppo di piante più vasto e diversificato nel nostro pianeta. Presentano forme diversissime nei fiori e nelle foglie, così da consentire lo svolgimento delle funzioni vegetative e riproduttive negli ambienti più vari. Da una così grande diversità e diffusione discende anche l’importanza economica che queste piante hanno per l’uomo. Le caratteristiche fondamentali( sinapomorfie ) condivise da tutte le pianti a fiore sono: -il legno eteroxilo con trachee; -il floema con cellule
