Plantae
| Plantae | |
|---|---|
 Diversidad de plantas | |
| Clasificación científica | |
| Dominio: | Eukaryota |
| Reino: | Plantae |
| Divisiones | |
Plantae (reino de autótrofos multicelulares)
Plantae (clado de adquisición primaria de cloroplastos) también llamado Primoplantae o Archaeplastida
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En su circunscripción más usual, el reino Plantae (del latín: plantae, "plantas") se refiere al grupo de las plantas terrestres, que son los organismos eucariotas multicelulares fotosintéticos descendientes de los primeros que colonizaron la superficie terrestre, y son lo que comúnmente llamamos "planta". Obtienen la energía de la luz del Sol, que captan a través de la clorofila presente en sus cloroplastos, y con ella realizan la fotosíntesis en la que convierten la materia inorgánica en materia orgánica, que utilizan como fuente de energía para realizar todas sus actividades. Como resultado de la fotosíntesis desechan oxígeno (aunque, al igual que los animales, también lo necesitan para respirar). También exploran el medio ambiente que las rodea (normalmente a través de raíces) para absorber otrosnutrientes esenciales utilizados para construir, a partir de los productos de la fotosíntesis, otras moléculas que necesitan para subsistir.
A diferencia de los humanos, que poseemos "ciclo de vida diplonte" (el adulto es diplonte), las plantas terrestres poseen un "ciclo de vida haplo-diplonte" (el "óvulo" y el "esperma" se desarrollan hasta ser multicelulares, aunque en muchas plantas son pequeños y están enmascarados por estructuras del estadio diplonte). En general las "plantas" tal como normalmente las reconocemos, son sólo el estadio diplonte de su ciclo de vida. En su estadio diplonte, las plantas presentan células de tipo "célula vegetal" (principalmente con una pared celular rígida y cloroplastos donde ocurre la fotosíntesis), estando sus células agrupadas en tejidos y órganos con especialización del trabajo. Los órganos que pueden poseer son, por ejemplo, raíz, tallo y hojas, y en algunos grupos, flores y frutos.
Las plantas terrestres se dividen en grupos que nos resultan muy familiares:briofitas, helechos, gimnospermas y plantas con flores.
Tradicionalmente, a medida que se iban encontrando organismos autótrofos fotosintetizantes u hongos, se los iba agrupando dentro del reino Plantae, aunque no coincidieran en sus características con las expresadas más arriba. Por lo tanto la definición más tradicionalista del término Plantae, hoy utilizada sólo para referirse al "objeto de estudio de la Botánica", incluye a los hongos, todas las "algas" y las cianobacterias.
Debido a que las plantas terrestres comparten muchas de sus funciones con otros organismos, a veces puede ser útil definir a las "plantas" en forma diferente, por ejemplo los científicos que trabajan en la evolución de las plantas definen a Plantae ("Archaeplastida") como circunscripto por las plantas terrestres y ciertas algas emparentadas. A veces se define a las plantas en referencia a la fotosíntesis, entonces son "plantas" las plantas terrestres y las algas. Hay incluso más definiciones de planta. Por eso más que memorizar una "tersa" definición de planta, es mejor tener en cuenta que su definición varía según el contexto.
Se creará una sección de Diversidad de plantas que describirá las plantas terrestres y las algas, si bien se enfatizarán las plantas terrestres, que están indiscutiblemente en todas las definiciones de Plantae y probablemente son el taxón más importante para el hombre. Se describirán los subgrupos de plantas terrestres: las "briofitas" (entre las que se encuentran los musgos) y las plantas vasculares o traqueofitas, entre estas últimas se encuentran por ejemplo los helechos y las plantas con semilla, entre las últimas, se encuentran las gimnospermas y las angiospermas(mal llamadas "plantas con flores"), entre las últimas, se describirá la diferencia entre monocotiledóneas y dicotiledóneas.
Para dar un nombre a los taxones de plantas se sigue una serie de reglas que aquí estarán brevemente descriptas. Se dará la clasificación utilizada hoy en día en plantas.
La importancia que poseen las plantas para el hombre es indiscutible. Sin ellas no podríamos vivir, ya que las plantas delinearon la composición de los gases presentes en la atmósfera terrestre y, en los ecosistemas, son la fuente primaria de alimento para los organismos heterótrofos. Además, las plantas poseen importancia para el hombre de forma directa: como fuente de alimento; como materiales para construcción, leña y papel; como ornamentales; como sustancias que empeoran o mejoran la salud y que por lo tanto tienen importancia médica; y como consecuencia de lo último, como materia prima de la industria farmacológica. Se enumeran las ciencias que estudian a las plantas.
[editar]Circunscripciones de Plantae
La circunscripción del reino Plantae y la definición de planta fueron cambiando con el tiempo, si bien la definición siempre incluyó a lasplantas terrestres, las más importantes para el hombre y el grupo más estudiado. Una definición muy amplia de planta es de la época en que sólo se dividía a los organismos en plantas y animales, esta definición deriva de los antiguos griegos y se mantuvo en los libros de texto hasta más allá de mediados del siglo XX1 . Una circunscripción que tuvo mucho éxito en los libros de texto fue la dada por Whittaker (19691 ) quien dividió a la vida en 5 reinos: Plantae, procariotas, hongos, protistas y animales, esta circunscripción a veces fue un poco modificada posteriormente2 , y esos vestigios se mantienen en algunos libros de texto hasta hoy en día3 . Hoy en día, los científicos llaman Plantae a las plantas terrestres o bien a un grupo más grande que incluye a algunas algas emparentadas, llamadoArchaeplastida.
En su circunscripción más amplia, Plantae incluye a muchos clados de organismos lejanamente emparentados entre sí, organismos que casi no poseen ningún carácter en común salvo por el hecho de no poseer movilidad o de ser fototróficos. Esta circunscripción tan amplia viene de la época de los antiguos griegos, en la que, en los inicios de la ciencia de la Botánica, se dividió todo el conjunto de los seres vivos en sólo dos grupos (que posteriormente por ejemplo Linneo adoptaría como reinos): las plantas, donde se agrupó a todo lo que no se mueve, y los animales, que poseen movilidad. Esa clasificación con sólo dos reinos perduró durante mucho tiempo en nuestra cultura. Cuando con las mejoras en el microscopio se descubieron organismos nuevos, al principio se los consideró plantas si no se movían, y animales si se movían. Sin embargo esta división en sólo dos reinos ya no era satisfactoria para englobar a todos los organismos conocidos. Con el tiempo, la división de la vida en sólo dos reinos hubiera tenido que agrupar en Plantae a los procariotas, los hongos, las algas, y las plantas terrestres (Whittaker 1969: fig. 11 ). La división de la vida en dos reinos, que fue mayoritaria en los libros de texto hasta pasados los mediados del siglo XX1 , todavía hoy en día es la que define los límites de estudio de la ciencia de laBotánica4 , y se la utiliza sólo en ese sentido, si bien hoy en día, de los procariotas sólo se estudian las cianobacterias dentro de la botánica, que se estudian por ser similares a los ancestros de los cloroplastos y realizar la fotosíntesis como los cloroplastos lo hacen, y también se estudian aquellos protistas que parecen plantas y animales, que entraron en la definición muy amplia de alga que hoy se utiliza (las algas pueden estar en su propio departamento de Ficología), además se estudian los hongos (hoy cada vez más en su propio departamento de Micología), y las plantas terrestres, el grupo más estudiado y más importante para el hombre.
A lo largo de la historia ha habido muchas circunscripciones de Plantae, que desafiaron la clasificación en dos reinos con mejor o peor éxito en los libros de texto, y pasados mediados del siglo XX ya habían empezado a aparecer en algunos de ellos clasificaciones alternativas1 . La circunscripción más usual del reino en los libros de texto desde su aparición hasta fines del siglo XX, cuyos vestigios persisten hoy en día3 , es una modificación de la que originalmente publicó Whittaker (19691 ), clasificación cuyos esbozos ya aparecían en publicaciones anteriores (como Whittaker 19595 ), y que dividió a la vida en 5 reinos. En esta clasificación, Whittaker agrupó en Plantae a todos los grupos que tenían miembros autótrofos fotosintéticos multicelulares: las plantas terrestres, las "algas verdes", las algas rojas y las algas pardas, si bien en esa época estos grupos de algas tenían una circunscripción un poco diferente de la de hoy en día (ver la descripción en Plantae según Whittaker, 1969). Hay que recalcar que esta circunscripción deja afuera del reino Plantae a las algas que en la época no se consideraban relacionadas con aquellas que poseen multicelularidad con un mínimo de división del trabajo, y que también agrupaba en Plantae a miembros que no se correspondían con estos rasgos generales (por ejemplo no eran fotosintéticos) pero estaban emparentados con los demás1 . Whittaker tampoco creía que los 3 grupos de autótrofos multicelulares (plantas verdes, algas rojas y algas pardas) estuvieran especialmente emparentados entre sí, pero los agrupó dentro de Plantae debido a que eran multicelulares con el mismo modo de nutrición. En 1971 Margulis2 propuso un pequeño cambio en esa clasificación: que los grupos con algas multicelulares ("algas verdes", algas rojas, algas pardas) fueran transferidos al reino Protista, de forma que en Plantae sólo queden agrupadas las plantas terrestresnota 1 .
En el ambiente científico, los taxones útiles son aquellos que agrupen un ancestro común más todos sus descendientes (gruposmonofiléticos), porque son los que tienen mayor valor en la búsqueda del conocimiento científico: por ejemplo, son los más predictivos, y son los utilizados en trabajos sobre evolución. Con los nuevos caracteres y métodos de análisis aparecidos en los últimos años, se han resuelto en líneas generales las relaciones de las plantas terrestres con las algas, que indican que todo lo que conocemos comoplantas terrestres y algunas algas relacionadas ("algas verdes", algas rojas y glaucofitas), poseen un ancestro común, que fue el primer ancestro eucariótico que incorporó al que se convertiría en el primer cloroplasto sobre la Tierra, en un proceso de endosimbiosiscon una cianobacteria. Hoy en día, esta agrupación de organismos se reconoce como Plantae por muchos científicos (a veces llamándola "clado Plantae", debido a que sus organismos tienen un antecesor común)6 . Los nombres alternativos para el "clado Plantae", que son Primoplantae y Archaeplastida, hacen referencia a que su ancestro fue la primera "planta" sobre la Tierra, y la que incorporó al primer cloroplasto, respectivamente. Hay que tener en cuenta que luego de ese evento aparecieron más eucariotas con cloroplastos, que no eran descendientes directos de este clado, debido a que se repitieron eventos de endosimbiosis en los que otro eucariota no emparentado con este clado engullía un alga verde o un alga roja e incorporaba sus cloroplastos en su organismo en un proceso llamado "endosimbiosis secundaria". Por eso muchos organismos con cloroplastos (por ejemplo las algas pardas) quedan fuera del taxón Plantae, porque no son descendientes directos de aquéllos que adquirieron el primer cloroplasto, sino que adquirieron sus cloroplastos "de forma secundaria", cuando incorporaron un alga verde o un alga roja a su célula, y hoy en día son por lo tanto ubicados en otros taxones, a pesar de ser eucariotas multicelulares con cloroplastos (ver en "Origen de todas las plantas"). No todos los científicos están de acuerdo en llamar Plantae a este taxón, dentro de este clado, hay científicos que siguen llamando Plantae solamente a las plantas terrestres o embriofitas7 . Esta circunscripción en sentido amplio de Plantae (supergrupo Archaeplastida) vino acompañada de toda una nueva clasificación de los eucariotas en 5 supergrupos, en que por ejemplo, los reinos "tradicionales" Fungi yAnimalia, que estaban emparentados, quedaron agrupados en el supergrupo Unikonta, y las algas pardas quedaron dentro del supergrupo que contiene a los que tienen cloroplastos derivados de un alga roja (Chromalveolata).
Finalmente, se puede decir que hay veces que "planta" tiene una acepción diferente de las aquí descriptas, cuando es así debería ser definida al principio del texto. Por ejemplo podría significar "eucariota con cloroplastos", "eucariota que realiza fotosíntesis"8 , y otras acepciones. Cuando se las define en forma más amplia, a las plantas terrestres se las puede encontrar como "plantas superiores" ("higher plants"), en contraposición a las algas.
[editar]El cloroplasto
- Artículo principal: Cloroplasto
Los cloroplastos son las organelas de la célula vegetal responsables de que las plantas posean su característica principal: que sean organismos autótrofos (produzcan "su propio alimento" a partir de sustancias inorgánicas), ya que es dentro de los cloroplastos donde se realiza el proceso de fotosíntesisnota 2 , que utiliza la energía de la luz del Sol para almacenarla en forma de energía química en las moléculas orgánicas. Las moléculas orgánicas se forman a partir de moléculas más pequeñas, inorgánicas, que se encuentran en el aire y el agua (el agua misma es una molécula inorgánica). Para "unir" las moléculas inorgánicas entre sí se necesita energía, que queda almacenada en esa unión (una unión se representa por un palito, como en C-C, la unión entre dos carbonos). Por eso se dice que las plantas "almacenan energía química" a partir de la energía de la luz del Sol, y por eso se dice que son organismos autótrofos, "que fabrican su propio alimento".
Los cloroplastos también son los responsables de que las plantas sean verdes, ya que la clorofila a, el pigmento responsable de captar la energía de la luz del Sol para que empiece la fotosíntesis, no puede aprovechar toda la luz del Sol como fuente de energía, sólo puede utilizar la luz roja y la azul, siendo reflejada principalmente, de la luz visible, la luz verde. Al reflejar la luz verde, ése es el color que llega a nuestros ojos y el que observamos. Las plantas que poseen otros colores en sus partes fotosintéticas poseen además otros pigmentos que les dan color, pero si no los tuvieran serían verdes también. (Los modelos sobre la naturaleza de la luz y la explicación de por qué es así se encuentran en la física cuántica).
La estructura del cloroplasto puede variar un poco según de qué grupo de plantas se trate. A continuación un esquema de la estructura de un cloroplasto de las plantas verdes (plantas terrestres y "algas verdes"), que son las plantas más comunes para nosotros.
La estructura de estos cloroplastos consta de dos membranas una dentro de la otra con un espacio intermembrana entre ellas, y dentro de la membrana más interna se encuentra el estroma, que es un medio ambiente líquido. De la membrana más interna del cloroplasto se invaginan una serie de sacos apilados como monedas llamados tilacoides (cada pila de tilacoides se llama grana). Como son invaginaciones, el espacio que hay dentro de los tilacoides (el espacio intratilacoidal, o lumen tilacoidal) al principio se continúa con el espacio intermembrana del cloroplasto, esta comunicación se corta en los cloroplastos maduros. En los cloroplastos maduros los tilacoides son una tercer membrana, y el espacio intratilacoidal posee una composición química diferente que la que se encuentra en el espacio intermembrana. Dentro del estroma se encuentran una serie de objetos que se espera que se encuentren en el citoplasma de las bacterias, como ADN circular, que contiene, por ejemplo, las órdenes para que el cloroplasto sintetice sus propiosribosomas. También se pueden encontrar plastoglóbulos, que se desprenden de los tilacoides y están rodeados de una membrana similar a la de los tilacoides9 , y en su interior son gotas compuestas por moléculas orgánicas entre las que preponderan ciertoslípidos. La función de las moléculas de los plastoglóbulos todavía se está estudiando.
La función principal de los cloroplastos dentro de la célula es la de realizar la fotosíntesis. La fotosíntesis almacena la energía lumínica de la luz del Sol en forma de energía química en las moléculas orgánicas que se forman, tanto en la "fijación de carbono" como en la formación de ATP. La fotosíntesis es el conjunto de reacciones químicas que, con la energía de la luz del Sol, convierte dióxido de carbono (un gas atmosférico) y agua (que adquirió por ejemplo absorbiéndola por las raíces), en glucosa(una molécula orgánica) y oxígeno (otro gas que se libera a la atmósfera), paralelamente también por fotosíntesis se almacena algo de energía en otra molécula, que cuando está cargada de energía se llama ATP (ver más adelante). El conjunto de reacciones de la fotosíntesis es realizada gracias a todo un complejo de moléculas presentes en el cloroplasto, una en particular, presente en la membrana de los tilacoides, es la responsable de tomar la energía del Sol, es llamada clorofila a. La clorofila a forma parte de todo un complejo en la membrana de los tilacoides, y al captar la luz del Sol como fuente de energía impulsa todo el proceso químico en el complejo (por eso a lo que ocurre en la membrana de los tilacoides se lo llama "la fase lumínica" de la fotosíntesis). En esta fase se disocian unas moléculas de agua (se "rompen"), de esta disociación una parte se utilizará, y una parte no se utilizará y es liberada como oxígeno (un gas) que difundirá hasta llegar a la atmósfera. La fotosíntesis se completa en el estroma de los cloroplastos, a donde se puede decir que viaja la parte utilizable de la disociación del agua, y es donde se terminan formando las moléculas orgánicas (en la "fase oscura" de la fotosíntesis), en esta fase el cloroplasto utiliza, además del resultado de la disociación de las moléculas de agua,dióxido de carbono (un gas que difunde hasta la célula desde la atmósfera) para construir las moléculas orgánicas. Cada molécula de dióxido de carbono contiene un único átomo de carbono (C). Con el resultante de la disociación del agua, en la fase oscura ocurre el conjunto de reacciones químicas llamado "fijación de carbono", llamado así porque se dice que el carbono del dióxido de carbono atmosférico "se fija" como carbono que forma parte de moléculas orgánicas (se encadena a otras moléculas orgánicas). Los átomos de carbono se van fijando uno por uno, pero para simplificar se puede decir que el producto final de la "fijación de carbono" es una molécula orgánica que contiene un esqueleto que es una cadena de 3 átomos de carbono (esqueleto simbolizado como C-C-C). En realidad la fotosíntesis se considera finalizada en ese momento, pero luego pueden continuar las reacciones químicas hasta sintetizar glucosa, una molécula orgánica que contiene un esqueleto de 6 carbonos y es un tipo de azúcar (a los fines de este texto, consideraremos que el producto final de la fotosíntesis es la glucosa). La glucosa, o algún otro producto intermedio, puede posteriormente ser modificada para construir todas las demás moléculas orgánicas. Son moléculas orgánicas, por ejemplo, todos los azúcares, los lípidos y las proteínas. En resumen, como reactivos de la fotosíntesis se encuentran dos sustancias inorgánicas: el dióxido de carbono y el agua, como fuente de energía de la fotosíntesis se encuentra la luz del Sol, y como productos de la fotosíntesis se obtienen glucosa y un gas inorgánico llamado oxígeno, que se libera a la atmósfera, además se forma ATP (ver después).
La reacción química de la fotosíntesis se muestra en el cuadro.
