Piante (Plantae): cos'è, caratteristiche e fotosintesi
Scopri il mondo delle piante: caratteristiche, struttura, ruoli ecologici e fotosintesi spiegata passo passo — dalla clorofilla alla produzione di cibo per l'ecosistema.
Le piante sono uno dei sei grandi gruppi (regni) di esseri viventi. Sono eucarioti e in gran parte autotrofici, il che significa che hanno cellule complesse e, nella maggior parte dei casi, producono da sole il loro cibo. La maggior parte non si muove liberamente (oltre alla crescita), anche se molte piante mostrano movimenti lenti o localizzati, come l'apertura delle foglie o la crescita verso la luce.
Tipi e diversità
Le piante includono forme familiari come alberi, erbe, cespugli, erbe, viti, felci, muschi e alghe verdi. Lo studio scientifico delle piante, noto come botanica, ha descritto e identificato circa 350.000 specie di piante esistenti. È importante notare che funghi e alghe non verdi non sono considerati piante nel senso moderno della classificazione biologica.
Struttura e crescita
Molte piante crescono nel terreno, con fusti che si estendono nell'aria e radici che si sviluppano sotto la superficie. Alcune specie sono acquatiche e galleggiano sull'acqua, altre sono epifite (vivono su altre piante) o sono piante parassite. Le radici assorbono acqua e minerali dal terreno; queste risorse salgono nel fusto e raggiungono le foglie attraverso i tessuti vascolari (sistema conduttore formato da xilema e floema). L'evaporazione dell'acqua dai pori delle foglie crea una forza che "tira" l'acqua verso l'alto: questo processo si chiama traspirazione e lavora insieme alla coesione e tensione dell'acqua nel xilema.
Fotosintesi e nutrizione
Una pianta ha bisogno di luce solare, anidride carbonica, minerali e acqua per produrre cibo attraverso la fotosintesi. Una sostanza verde chiamata clorofilla intrappola l'energia del sole necessaria per questo processo. La clorofilla si trova soprattutto nelle foglie, all'interno di organuli chiamati plastidi (in particolare i cloroplasti) che si trovano nelle cellule fogliari. La foglia può essere pensata come una piccola fabbrica di cibo: cattura luce, scambia gas tramite gli stomi e trasforma anidride carbonica e acqua in zuccheri e ossigeno. La reazione semplificata è:
6 CO2 + 6 H2O + luce → C6H12O6 + 6 O2
Va precisato che, pur essendo le foglie gli organi principali della fotosintesi, anche altre parti verdi (come certi fusti, germogli o talvolta il pericarpo di alcuni frutti) possono contenere clorofilla e svolgere fotosintesi in misura variabile.
Il cibo prodotto (zuccheri) viene trasportato dal sistema vascolare alle altre parti della pianta, come steli e radici, per crescere, accumularsi o essere utilizzato come riserva.
Organizzazione interna e adattamenti
- Tessuti di sostegno e conduzione: xilema (trasporta acqua e sali) e floema (trasporta zuccheri).
- Stomi: pori sulle foglie che regolano gli scambi gassosi e la traspirazione.
- Parete cellulare: le cellule vegetali hanno una parete rigida a base di cellulosa, che dà forma e sostegno.
- Adattamenti alla luce e all'acqua: foglie grandi in ambienti ombrosi, foglie ridotte o spine in climi aridi, strategie fotosintetiche alternative come C4 e CAM in ambienti caldi o secchi.
Riproduzione e cicli vitali
Le piante si riproducono in modi diversi: per via sessuata (con semi o spore) e per via asessuata (clonazione, talee, propagazione vegetativa). Tra le piante con semi distinguiamo le angiosperme (piante a fiore, con semi contenuti in frutti) e le gimnosperme (semi nudi, esempio: conifere). Molte piante mostrano un'alternanza di generazioni tra una fase aploide (gametofito) e una fase diploide (sporofito), un carattere fondamentale della maggior parte delle piante terrestri.
La fecondazione nelle angiosperme spesso avviene grazie all'impollinazione effettuata da vento, insetti, uccelli o altri animali; molte piante hanno sviluppato fiori e profumi per attirare specifici impollinatori.
Ruolo ecologico e importanza per l'uomo
Le piante sono alla base delle catene alimentari: gli organismi erbivori si nutrono direttamente di esse, e predatori e decompositori dipendono indirettamente da questa produzione primaria. Producono ossigeno come sottoprodotto della fotosintesi e sono fondamentali per il ciclo del carbonio, contribuendo alla fissazione del CO2 atmosferico. Per l'uomo le piante forniscono:
- cibo (cereali, frutta, verdura);
- materie prime (legno, fibre, oli);
- medicinali e sostanze chimiche utili;
- servizi ecosistemici: regolazione del clima locale, protezione del suolo, habitat per specie selvatiche.
Ambienti, minacce e conservazione
Le piante vivono in quasi tutti gli habitat terrestri e acquatici, dalle foreste pluviali tropicali alle praterie, dai deserti agli stagni d'acqua dolce. Tuttavia molte specie sono oggi minacciate da attività umane: deforestazione, cambiamento climatico, introduzione di specie invasive, urbanizzazione e inquinamento riducono habitat e diversità. La conservazione delle piante è fondamentale per mantenere gli ecosistemi e i servizi che forniscono: programmi di protezione, ripristino degli habitat, collezioni di sementi e orti botanici sono alcune delle misure adottate.
Nota linguistica
La parola "pianta" può avere anche il significato di azione: piantare qualcosa nel terreno. Ad esempio, gli agricoltori piantano i semi nei campi.
Foglie verdi e fiori gialli di una pianta di giunchiglia
Tipi di piante
Alghe verdi:
Piante terrestri (embriofite)
- Piante non vascolari (briofite):
- Liverworts
- Muschi
- Hornworts
- †Corneoftopsida
- Piante vascolari (tracheofite)
- Lycopodiophyta-clubmosses
- Pteridofita: le felci
- Pteridopsida: le tipiche felci
- Sphenopsida: gli equiseti
- Marattiopsida: un gruppo divergente di felci
- Psilotopsida: gruppo gemello a tutte le altre felci
- †Riniofitta-riniofite
- †Zosterofillofilia-zosterofille
- †Trimerofitofiti-trimerofite
- †Proginnospermafilia
- Piante da seme (spermatofite)
- †Pteridospermatofita: le felci da seme
- Pinophyta: le conifere
- Cycadophyta: le cicadee
- Ginkgophyta: il ginkgos
- Gnetophyta: gruppo gemello alle Angiosperme
- Magnoliofite o Angiosperme (piante da fiore)
- Dicotyledoni
- Monocotiledoni
- †Nematofiti
La fabbrica alimentare della fabbrica
Almeno alcune cellule vegetali contengono organuli fotosintetici (plastidi) che permettono loro di produrre cibo per se stessi. Con la luce del sole, l'acqua e l'anidride carbonica, i plastidi producono zuccheri, le molecole di base necessarie alla pianta. L'ossigeno libero (O2) viene prodotto come sottoprodotto della fotosintesi.
Più tardi, nel citoplasma cellulare, gli zuccheri possono essere trasformati in aminoacidi per le proteine, in nucleotidi per il DNA e l'RNA e in carboidrati come l'amido. Questo processo ha bisogno di alcuni minerali: azoto, potassio, fosforo, ferro e magnesio.
Nutrienti per le piante
La nutrizione delle piante è lo studio degli elementi chimici necessari per la crescita delle piante.
Macronutrienti:
- N = Azoto (carboidrati)
- P = Fosforo (ATP e ciclo energetico)
- K = Potassio (regolazione dell'acqua)
- Ca = Calcio (trasporto di altre sostanze nutritive)
- Mg = Magnesio (enzimi)
- S = Zolfo (alcuni aminoacidi)
- Si = Silicio (pareti cellulari)
Micronutrienti (oligoelementi) includono:
- Cl = Cloro (osmosi e bilancio ionico)
- Fe = Ferro (fotosintesi e co-fattore enzimatico)
- B = Boro (trasporto dello zucchero e divisione cellulare)
- Mn = Manganese (cloroplasti da costruzione)
- Na = Sodio (vari)
- Zn = Zinco (molti enzimi)
- Cu = Rame (fotosintesi)
- Ni= Nichel (un enzima)
- Mo = Molibdeno (co-fattori enzimatici)
Cloroplasti visibili nelle cellule di Plagiomnium affine
Radici
Le radici delle piante svolgono due funzioni principali. In primo luogo, ancorano la pianta al suolo. In secondo luogo, assorbono acqua e varie sostanze nutritive disciolte in acqua dal terreno. Le piante usano l'acqua per produrre cibo. L'acqua fornisce alla pianta anche un supporto. Le piante che mancano d'acqua diventano molto zoppicanti e i loro steli non riescono a sostenere le foglie. Le piante specializzate nelle zone desertiche sono chiamate xerofite o freatofite, a seconda del tipo di crescita delle radici.
L'acqua viene trasportata dalle radici al resto della pianta attraverso appositi vasi nella pianta. Quando l'acqua raggiunge le foglie, una parte di essa evapora nell'aria. Molte piante hanno bisogno dell'aiuto dei funghi per far funzionare correttamente le loro radici. Questa simbiosi pianta/fungo è chiamata micorriza. I batteri rizobiosi nei noduli delle radici aiutano alcune piante ad ottenere l'azoto.
Riproduzione di piante da fiore
Fiori e impollinazione
I fiori sono l'organo riproduttivo solo delle piante da fiore (Angiosperme). I petali di un fiore sono spesso colorati e profumati per attirare insetti e altri impollinatori. Lo stame è la parte maschile della pianta. È composto dal filamento (un gambo) che contiene l'antera, che produce il polline. Il polline è necessario alle piante per produrre i semi. Il carpello è la parte femminile del fiore. La parte superiore del carpello contiene lo stigma. Lo stigma è il collo del carpello. L'ovaio è la parte gonfia nella parte inferiore del carpello. L'ovaia produce i semi. Il sepalo è una foglia che protegge un fiore come gemma.
Il processo attraverso il quale il polline viene trasferito da un fiore all'altro si chiama impollinazione. Questo trasferimento può avvenire in modi diversi. Gli insetti come le api sono attratti dai fiori luminosi e profumati. Quando le api vanno nel fiore per raccogliere il nettare, il polline spigoloso si attacca alle loro zampe posteriori. Lo stigma appiccicoso su un altro fiore cattura il polline quando l'ape atterra o vola nelle sue vicinanze.
Alcuni fiori usano il vento per trasportare il polline. I loro stami penzolanti producono molto polline che è abbastanza leggero da essere trasportato dal vento. I loro fiori sono di solito piccoli e non molto colorati. Gli stimmi di questi fiori sono piumosi e pendono all'esterno del fiore per catturare il polline mentre cade.
Seme viaggiatori
Una pianta produce molte spore o semi. Piante inferiori come muschio e felci producono spore. Le piante da seme sono le Gimnosperme e le Angiosperme. Se tutti i semi cadessero a terra oltre alla pianta, l'area potrebbe diventare sovraffollata. Potrebbe non esserci abbastanza acqua e minerali per tutti i semi. I semi di solito hanno un modo per raggiungere nuovi posti. Alcuni semi possono essere dispersi dal vento o dall'acqua. I semi all'interno di frutti succosi vengono dispersi dopo essere stati mangiati. A volte i semi si attaccano agli animali e si disperdono in questo modo.
Fossili
La questione dei primi fossili di piante dipende da cosa si intende con la parola "pianta".
- Se per piante intendiamo fototrofi che utilizzano la clorofilla, allora i cianobatteri nelle stromatoliti sono i primi fossili, 3.450 milioni di anni fa (mya) nell'eone arcaico. La notevole precisione è possibile perché i fossili sono stati inseriti tra colate laviche che potrebbero essere datate con precisione da cristalli di zircone incastonati.
- Se per piante includiamo tutti i tipi di alghe, allora le prime alghe rosse conosciute sono vissute 1,6 miliardi di anni fa. Di recente ne sono stati trovati fossili in India.
- Se per piante intendiamo le piante verdi, Viridiplantae, allora i primi fossili sono alghe verdi. Questa è probabilmente la posizione di maggioranza tra i botanici professionisti. Ci sono prove convincenti per la monofilia delle alghe verdi charophyte e degli embriofiti. Ci sono ancora due scelte:
- Gli Acritarchs (un gruppo di microfossili a parete organica) possono essere cisti riproduttive di alghe verdi. Se è così, sono presenti nell'era neoproterozoica, 1000 mya.
- Altrimenti, c'è un grande aumento delle alghe planctoniche intorno ai 540 mya nel periodo cambriano.
- Se per piante intendiamo le piante di terra, i primi fossili sono nel Siluriano.
Dal Siluriano si conservano fossili di piante intere, tra cui il licofita Baragwanathia. Dal Devoniano sono stati trovati dettagliati fossili di riniofite. I primi fossili di queste piante antiche mostrano le singole cellule all'interno del tessuto vegetale. Il periodo devoniano ha visto anche l'evoluzione del primo albero del record fossile, Wattezia. Questo albero simile a felce aveva un tronco con fronde, e produceva spore.
Le misure di carbone sono una fonte importante di fossili di piante paleozoiche, con molti gruppi di piante esistenti in questo momento. I cumuli di bottino delle miniere di carbone sono i luoghi migliori per la raccolta; il carbone stesso è il resto delle piante fossilizzate, anche se i dettagli strutturali dei fossili delle piante sono raramente visibili nel carbone. Nella Fossil Forest del Victoria Park di Glasgow i ceppi degli alberi di Lepidodendron si trovano nelle loro posizioni originarie di crescita.
Pianta filogenetica albero, che mostra i clades principali e i gruppi tradizionali. I gruppi monofiletici sono in nero e i parafiletici in blu. Diagramma secondo l'origine simbiogenetica delle cellule vegetali, e filogenesi delle alghe, briofite, piante vascolari, e piante da fiore.
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Domande e risposte
D: Cosa sono le piante?
R: Le piante sono uno dei cinque grandi gruppi (regni) di esseri viventi. Sono eucarioti autotrofi, il che significa che hanno cellule complesse e producono il proprio cibo. Di solito non possono muoversi (senza contare la crescita). Le piante comprendono tipi familiari come alberi, erbe, cespugli, erbe, viti, felci, muschi e alghe verdi.
D: Quante specie di piante sono state identificate?
R: Lo studio scientifico delle piante ha identificato circa 350.000 specie di piante esistenti (viventi).
D: Dove cresce la maggior parte delle piante?
R: La maggior parte delle piante cresce nel terreno, con steli in aria e radici sotto la superficie. Alcune galleggiano sull'acqua.
D: Di cosa ha bisogno una pianta per vivere e crescere?
R: Una pianta ha bisogno di luce solare, anidride carbonica, minerali e acqua per produrre cibo attraverso la fotosintesi.
D: Che cos'è la clorofilla?
R: La clorofilla è una sostanza verde che si trova nelle piante e che trattiene l'energia del Sole necessaria per produrre cibo. Si trova soprattutto nelle foglie all'interno dei plastidi, che si trovano nelle cellule delle foglie.
D: Che cos'è la traspirazione?
R: La traspirazione avviene quando l'evaporazione dell'acqua dai pori delle foglie trascina l'acqua attraverso la pianta.
D: Che cosa significa "pianta" oltre a un tipo di organismo vivente?
R: "Pianta" può anche significare l'azione di mettere qualcosa nel terreno, come i contadini che piantano i semi in un campo.
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