Adaptaciones de plantas a la vida en tierra
A medida que los organismos se adaptan a la vida en la tierra, tienen que lidiar con varios desafíos en el entorno terrestre. El agua ha sido descrita como "la materia de la vida". El interior de la célula, el medio en el que la mayoría de las moléculas pequeñas se disuelven y difunden, y en el que tiene lugar la mayoría de las reacciones químicas del metabolismo, es una sopa acuosa. La desecación, o desecación, es un peligro constante para un organismo expuesto al aire. Incluso cuando partes de una planta están cerca de una fuente de agua, es probable que sus estructuras aéreas se sequen. El agua proporciona flotabilidad a los organismos que viven en hábitats acuáticos. En tierra, las plantas necesitan desarrollar soporte estructural en el aire, un medio que no da el mismo impulso. Además, los gametos masculinos deben llegar a los gametos femeninos utilizando nuevas estrategias porque la natación ya no es posible. Finalmente, tanto los gametos como los cigotos deben protegerse de la desecación. Las plantas terrestres exitosas desarrollaron estrategias para hacer frente a todos estos desafíos, aunque no todas las adaptaciones aparecieron a la vez. Algunas especies no se alejaron de un entorno acuático, mientras que otras abandonaron el agua y conquistaron los entornos más secos de la Tierra.
Para equilibrar estos desafíos de supervivencia, la vida en la tierra ofrece varias ventajas. Primero, la luz solar es abundante. En tierra, la calidad espectral de la luz absorbida por el pigmento fotosintético, la clorofila, no se filtra por el agua o las especies fotosintéticas de la competencia en la columna de agua de arriba. En segundo lugar, el dióxido de carbono está más fácilmente disponible porque su concentración es mayor en el aire que en el agua. Además, las plantas terrestres evolucionaron antes que los animales terrestres; por lo tanto, hasta que la tierra seca fuera colonizada por animales, ningún depredador amenazó el bienestar de las plantas. Esta situación cambió cuando los animales emergieron del agua y encontraron abundantes fuentes de nutrientes en la flora establecida. A su vez, las plantas desarrollaron estrategias para disuadir la depredación: desde espinas y espinas hasta productos químicos tóxicos.
Las primeras plantas terrestres, como los primeros animales terrestres, no vivían lejos de una fuente abundante de agua y desarrollaron estrategias de supervivencia para combatir la sequedad. Una de estas estrategias es la tolerancia a la sequía. Los musgos, por ejemplo, pueden secarse hasta convertirse en una estera marrón y quebradiza, pero tan pronto como la lluvia ponga a disposición el agua, los musgos la absorberán y recuperarán su aspecto verde y saludable. Otra estrategia es colonizar ambientes con alta humedad donde las sequías son poco comunes. Los helechos, un linaje temprano de plantas, prosperan en lugares húmedos y frescos, como el sotobosque de los bosques templados. Más tarde, las plantas se alejaron de los ambientes acuáticos utilizando resistencia a la desecación, en lugar de tolerancia. Estas plantas, como los cactus, minimizan la pérdida de agua hasta el punto de poder sobrevivir en los ambientes más secos de la Tierra.
Además de las adaptaciones específicas de la vida en la tierra, las plantas terrestres exhiben adaptaciones que fueron responsables de su diversidad y predominio en los ecosistemas terrestres. Se encuentran cuatro adaptaciones principales en muchas plantas terrestres: la alternancia de generaciones, un esporangio en el que se forman las esporas, un gametangium que produce células haploides, y en las plantas vasculares, el tejido de meristemo apical en las raíces y los brotes.
Alternancia de generaciones
La alternancia de generaciones describe un ciclo de vida en el que un organismo tiene etapas multicelulares tanto haploides como diploides.
 |
| Se muestra la alternancia de generaciones entre el gametofito haploide (1n) y el esporofito diploide (2n). |
Haplontic se refiere a un ciclo de vida en el que hay una etapa haploide dominante. Diplontic se refiere a un ciclo de vida en el que la etapa diploide es la etapa dominante, y el número de cromosomas haploides solo se ve por un breve tiempo en el ciclo de vida durante la reproducción sexual. Los humanos son diplomáticos, por ejemplo. La mayoría de las plantas exhiben alternancia de generaciones, lo que se describe como haplodiplóntico: la forma multicelular haploide conocida como gametofito es seguida en la secuencia de desarrollo por un organismo diploide multicelular, el esporofito. El gametofito da lugar a los gametos, o células reproductivas, por mitosis. Puede ser la fase más obvia del ciclo de vida de la planta, como en los musgos, o puede ocurrir en una estructura microscópica, como un grano de polen en las plantas superiores (el término colectivo para las plantas vasculares). La etapa de esporofito apenas se nota en las plantas inferiores (el término colectivo para los grupos de plantas de musgos, hepáticas y hornworts). Los árboles altos son la fase diplomática en los ciclos de vida de las plantas, como las secuoyas y los pinos.
Esporangios en las plantas sin semillas
El esporofito de las plantas sin semillas es diploide y es el resultado de la singamia o la fusión de dos gametos. El esporofito lleva los esporangios (singular, esporangio), órganos que aparecieron por primera vez en las plantas terrestres. El término "esporangios" significa literalmente "esporas en un vaso", ya que es un saco reproductor que contiene esporas. Dentro de los esporangios multicelulares, los esporocitos diploides, o células madre, producen esporas haploides por meiosis, lo que reduce el número de cromosomas 2n a 1n. Las esporas se liberan más tarde por los esporangios y se dispersan en el medio ambiente. Se producen dos tipos diferentes de esporas en las plantas terrestres, lo que resulta en la separación de sexos en diferentes puntos del ciclo de vida. Las plantas no vasculares sin semillas (más apropiadamente llamadas "plantas no vasculares sin semillas con una fase de gametofito dominante") producen solo un tipo de espora, y se denominan homosporosas. Después de germinar de una espora, el gametofito produce gametangia masculina y femenina, generalmente en el mismo individuo. En contraste, las plantas heterosporosas producen dos tipos de esporas morfológicamente diferentes. Las esporas masculinas se llaman microsporas debido a su tamaño más pequeño; Las megaesporas comparativamente más grandes se desarrollarán en el gametofito femenino. Heterospory se observa en algunas plantas vasculares sin semillas y en todas las plantas de semillas.
Cuando la espora haploide germina, genera un gametofito multicelular por mitosis. El gametofito soporta el cigoto formado a partir de la fusión de los gametos y el esporofito o la forma vegetativa joven resultante, y el ciclo comienza de nuevo.
 |
| Este ciclo de vida de un helecho muestra la alternancia de generaciones con una etapa de esporofito dominante. |
 |
| Este ciclo de vida de un musgo muestra la alternancia de generaciones con una etapa de gametofito dominante. |
Las esporas de las plantas sin semillas y el polen de las plantas de semillas están rodeados por gruesas paredes celulares que contienen un polímero resistente conocido como esporopollenina. Esta sustancia se caracteriza por largas cadenas de moléculas orgánicas relacionadas con ácidos grasos y carotenoides, y le da a la mayoría del polen su color amarillo. La esporopollenina es inusualmente resistente a la degradación química y biológica. Su dureza explica la existencia de fósiles de polen bien conservados. La esporopollenina alguna vez se pensó que era una innovación de las plantas terrestres; sin embargo, ahora se sabe que las Coleochaetes de algas verdes forman esporas que contienen esporopollenina.
La protección del embrión es un requisito importante para las plantas terrestres. El embrión vulnerable debe estar protegido de la desecación y otros peligros ambientales. Tanto en las plantas sin semillas como en las semillas, el gametofito femenino proporciona nutrición, y en las plantas con semillas, el embrión también está protegido a medida que se desarrolla en la nueva generación de esporofitos.
Gametangia en las plantas sin semillas
Gametangia (singular, gametangium) son estructuras en los gametofitos de plantas sin semillas en las cuales los gametos son producidos por la mitosis. El gametangium masculino, el antheridium, libera esperma. Muchas plantas sin semillas producen espermatozoides equipados con flagelos que les permiten nadar en un ambiente húmedo hasta la arquegonia, el gametangium femenino. El embrión se desarrolla dentro del arquegonium como el esporofito.
Meristemos Apicales
Los brotes y las raíces de las plantas aumentan de longitud a través de la división celular rápida dentro de un tejido llamado meristemo apical. El meristemo apical es una capa de células en la punta del brote o la punta de la raíz hecha de células indiferenciadas que continúan proliferando a lo largo de la vida de la planta. Las células meristemáticas dan lugar a todos los tejidos especializados de la planta. El alargamiento de los brotes y las raíces permite que una planta acceda a espacio y recursos adicionales: luz en el caso del brote y agua y minerales en el caso de las raíces. Un meristemo separado, llamado meristemo lateral, produce células que aumentan el diámetro de los tallos y los troncos de los árboles. Los meristemos apicales son una adaptación para permitir que las plantas vasculares crezcan en direcciones esenciales para su supervivencia: hacia arriba a una mayor disponibilidad de luz solar y hacia abajo en el suelo para obtener agua y minerales esenciales.
| Esta plántula de manzana es un ejemplo de una planta en la cual el meristemo apical da lugar a nuevos brotes y crecimiento de raíces. |
Adaptaciones adicionales de plantas terrestres
A medida que las plantas se adaptaron a la tierra seca y se independizaron de la presencia constante de agua en hábitats húmedos, aparecieron nuevos órganos y estructuras. Las primeras plantas terrestres no crecían a unas pocas pulgadas del suelo, y en estas alfombras bajas, competían por la luz. Al desarrollar un brote y crecer más alto, las plantas individuales capturaron más luz. Debido a que el aire ofrece sustancialmente menos soporte que el agua, las plantas terrestres incorporaron moléculas más rígidas en sus tallos (y más tarde, troncos de árboles). La evolución del tejido vascular para la distribución de agua y solutos fue un requisito previo necesario para que las plantas desarrollen cuerpos más grandes. El sistema vascular contiene tejidos de xilema y floema. Xylem conduce agua y minerales tomados del suelo hasta el brote; El floema transporta alimentos derivados de la fotosíntesis por toda la planta. El sistema de raíces que evolucionó para absorber agua y minerales también ancló el brote cada vez más alto en el suelo.
En las plantas terrestres, una cubierta cerosa e impermeable llamada cutícula cubre las partes aéreas de la planta: hojas y tallos. La cutícula también evita la ingesta de dióxido de carbono necesario para la síntesis de carbohidratos a través de la fotosíntesis. Los estomas, o poros, que se abren y cierran para regular el tráfico de gases y vapor de agua, por lo tanto, aparecieron en las plantas a medida que avanzaban hacia hábitats más secos.
Las plantas no pueden evitar a los animales depredadores. En cambio, sintetizan una amplia gama de metabolitos secundarios venenosos: moléculas orgánicas complejas como los alcaloides, cuyos olores nocivos y sabores desagradables disuaden a los animales. Estos compuestos tóxicos pueden causar enfermedades graves e incluso la muerte.
Además, a medida que las plantas evolucionaron con los animales, se desarrollaron metabolitos dulces y nutritivos para atraer a los animales a proporcionar una valiosa ayuda en la dispersión de granos de polen, frutas o semillas. Las plantas han estado coevolucionando con animales asociados durante cientos de millones de años.
| Las plantas han desarrollado diversas adaptaciones a la vida en la tierra. (a) Las primeras plantas crecieron cerca del suelo, como este musgo, para evitar la desecación. (b) Las plantas posteriores desarrollaron una cutícula cerosa para evitar la desecación. (c) Para crecer más alto, como estos árboles de arce, las plantas tuvieron que desarrollar nuevos químicos estructurales para fortalecer sus tallos y sistemas vasculares para transportar agua y minerales del suelo y nutrientes de las hojas. (d) Las plantas desarrollaron defensas físicas y químicas para evitar que los animales las comieran. |
CONEXIÓN DE EVOLUCIÓN: Paleobotánica
La forma en que los organismos adquirieron rasgos que les permiten colonizar nuevos entornos y cómo se forma el ecosistema contemporáneo son cuestiones fundamentales de la evolución. Paleobotany aborda estas preguntas especializándose en el estudio de plantas extintas. Los paleobotánicos analizan especímenes recuperados de estudios de campo, reconstituyendo la morfología de organismos que han desaparecido hace mucho tiempo. Ellos rastrean la evolución de las plantas siguiendo las modificaciones en la morfología de la planta y arrojan luz sobre la conexión entre las plantas existentes al identificar ancestros comunes que muestran los mismos rasgos. Este campo busca encontrar especies de transición que cierren brechas en el camino hacia el desarrollo de organismos modernos. Los fósiles se forman cuando los organismos quedan atrapados en sedimentos o ambientes donde se preservan sus formas. Los paleobotánicos determinan la edad geológica de los especímenes y la naturaleza de su entorno utilizando los sedimentos geológicos y los organismos fósiles que los rodean. La actividad requiere un gran cuidado para preservar la integridad de los delicados fósiles y las capas en las que se encuentran.
Uno de los desarrollos recientes más emocionantes en paleobotánica es el uso de la química analítica y la biología molecular para estudiar los fósiles. La preservación de las estructuras moleculares requiere un ambiente libre de oxígeno, ya que la oxidación y la degradación del material a través de la actividad de los microorganismos dependen de la presencia de oxígeno. Un ejemplo del uso de la química analítica y la biología molecular es la identificación del oleano, un compuesto que disuade a las plagas y que, hasta este punto, parece ser exclusivo de las plantas con flores. El oleanane se recuperó de los sedimentos que datan del Pérmico, mucho antes de las fechas actuales dadas para la aparición de las primeras plantas con flores. Los ácidos nucleicos fosilizados (ADN y ARN) producen la mayor cantidad de información. Sus secuencias se analizan y comparan con las de los organismos vivos y afines. A través de este análisis, se pueden construir relaciones evolutivas para linajes de plantas.
Algunos paleobotánicos son escépticos de las conclusiones extraídas del análisis de los fósiles moleculares. Por un lado, los materiales químicos de interés se degradan rápidamente durante el aislamiento inicial cuando se exponen al aire, así como en otras manipulaciones. Siempre existe un alto riesgo de contaminar las muestras con material extraño, principalmente de microorganismos. Sin embargo, a medida que se refina la tecnología, el análisis de ADN de plantas fosilizadas proporcionará información invaluable sobre la evolución de las plantas y su adaptación a un entorno en constante cambio.
| Este fósil de una hoja de palma (Palmacites sp.) Descubierto en Wyoming data de hace unos 40 millones de años. |
Las principales divisiones de las plantas terrestres
Las plantas terrestres se clasifican en dos grupos principales según la ausencia o presencia de tejido vascular, como se detalla en la siguiente imagen. Las plantas que carecen de tejido vascular formado por células especializadas para el transporte de agua y nutrientes se denominan plantas no vasculares. Las briófitas, las hepáticas, los musgos y los hornworts no tienen semillas y no son vasculares, y probablemente aparecieron temprano en la evolución de las plantas terrestres. Las plantas vasculares desarrollaron una red de células que conducen agua y solutos a través del cuerpo de la planta. Las primeras plantas vasculares aparecieron en el Ordovícico tardío (hace 461–444 millones de años) y probablemente eran similares a los lycophytes, que incluyen los musgos del club (que no deben confundirse con los musgos) y los pterófitos (helechos, colas de caballo y helechos). Lycophytes y pterófitos se conocen como plantas vasculares sin semillas. No producen semillas, que son embriones con sus reservas de alimentos almacenados protegidos por una cubierta dura. Las plantas de semillas forman el grupo más grande de todas las plantas existentes y, por lo tanto, dominan el paisaje. Las plantas de semillas incluyen gimnospermas, especialmente coníferas, que producen "semillas desnudas", y las plantas más exitosas, las plantas con flores o angiospermas, que protegen sus semillas dentro de las cámaras en el centro de una flor. Las paredes de estas cámaras luego se convierten en frutos.
| Esta tabla muestra las principales divisiones de plantas. |
Puedes escribir un comentario en la parte de abajo y nosotros con gusto te responderemos. Esperemos que tengas un lindo día. ¡Mucho éxito en tus estudios!
