Botánica
Definición
Botánica , también llamada ciencia de las plantas ( s ), biología vegetal o phytology , es la ciencia de la vida vegetal y una rama de la biología. Un botánico , científico de planta o phytologist es un científico que se especializa en este campo. El término "botánica" proviene de la palabra griega antigua βοτάνη ( botanē ) que significa "pasto", "hierba" o "forraje"; βοτάνη a su vez deriva de βόσκειν ( boskein)), "alimentar" o "pastar". Tradicionalmente, la botánica también ha incluido el estudio de hongos y algas por micólogos y filólogos, respectivamente, con el estudio de estos tres grupos de organismos que permanecen dentro de la esfera de interés del Congreso Botánico Internacional. Hoy en día, los botánicos (en sentido estricto) estudian aproximadamente 410,000 especies de plantas terrestres de las cuales unas 391,000 especies son plantas vasculares (incluyendo aproximadamente 369,000 especies de plantas con flores), y aproximadamente 20,000 son briófitas.
La botánica se originó en la prehistoria como herbalismo con los esfuerzos de los primeros humanos para identificar, y luego cultivar, plantas comestibles, medicinales y venenosas, convirtiéndola en una de las ramas más antiguas de la ciencia. Los jardines físicos medievales, a menudo adjuntos a los monasterios, contenían plantas de importancia médica. Fueron precursores de los primeros jardines botánicos adscritos a las universidades, fundados desde la década de 1540 en adelante. Uno de los primeros fue el jardín botánico de Padua. Estos jardines facilitaron el estudio académico de las plantas. Los esfuerzos para catalogar y describir sus colecciones fueron los comienzos de la taxonomía de plantas, y condujeron en 1753 al sistema binomial de Carl Linnaeus que permanece en uso hasta el día de hoy.
En los siglos XIX y XX, se desarrollaron nuevas técnicas para el estudio de plantas, que incluyen métodos de microscopía óptica e imágenes de células vivas, microscopía electrónica, análisis del número de cromosomas, química de las plantas y la estructura y función de las enzimas y otras proteínas. En las últimas dos décadas del siglo XX, los botánicos explotaron las técnicas del análisis genético molecular, que incluyen genómica y proteómica y secuencias de ADN para clasificar las plantas con mayor precisión.
La botánica moderna es una asignatura amplia y multidisciplinaria con aportaciones de la mayoría de las otras áreas de la ciencia y la tecnología. Los temas de investigación incluyen el estudio de la estructura de la planta, crecimiento y diferenciación, reproducción, bioquímica y metabolismo primario, productos químicos, desarrollo, enfermedades, relaciones evolutivas, sistemática y taxonomía de plantas. Los temas dominantes en la ciencia de las plantas del siglo 21 son la genética molecular y la epigenética, que son los mecanismos y el control de la expresión génica durante la diferenciación de las células y los tejidos vegetales. La investigación botánica tiene diversas aplicaciones en el suministro de alimentos básicos, materiales como madera, petróleo, caucho, fibra y drogas, en la horticultura moderna, agricultura y silvicultura, propagación de plantas, mejora genética y modificación genética, en la síntesis de productos químicos y materias primas para la construcción y la energía producción,
Historia
Botánica temprana
La botánica se originó como herbalismo, el estudio y uso de las plantas por sus propiedades medicinales. Muchos registros del período Holoceno datan del conocimiento botánico temprano desde hace 10.000 años. Este conocimiento temprano no registrado de las plantas se descubrió en antiguos sitios de ocupación humana dentro de Tennessee, que constituyen gran parte de la tierra Cherokee en la actualidad. La historia registrada temprana de la botánica incluye muchas escrituras antiguas y clasificaciones de plantas. Se han encontrado ejemplos de obras botánicas tempranas en textos antiguos de la India que se remontan a antes del 1100 aC, en escrituras avenas arcaicas, y en obras de China antes de que se unificara en 221 a.
La botánica moderna tiene sus raíces en la Antigua Grecia específicamente a Teofrasto (hacia 371-287 aC), un estudiante de Aristóteles que inventó y describió muchos de sus principios y es ampliamente considerado en la comunidad científica como el "Padre de la Botánica". Sus principales obras, Investigación sobre las plantas y Sobre las causas de las plantas , constituyen las contribuciones más importantes a la ciencia botánica hasta la Edad Media, casi diecisiete siglos después.
Otra obra de la Antigua Grecia que tuvo un impacto temprano en la botánica es De Materia Medica , una enciclopedia de cinco volúmenes sobre medicina herbal escrita a mediados del primer siglo por el médico y farmacólogo griego Pedanius Dioscorides. De Materia Medica fue ampliamente leído durante más de 1,500 años. Importantes contribuciones del mundo musulmán medieval incluyen Ibn Wahshiyya's Nabatean Agriculture , Abū Ḥanīfa Dīnawarī's (828-896) the Book of Plants , y Ibn Bassal's The Classification of Soils . A principios del siglo XIII, Abu al-Abbas al-Nabati e Ibn al-Baitar († 1248) escribieron sobre botánica de manera sistemática y científica.
A mediados del siglo XVI, se fundaron los "jardines botánicos" en varias universidades italianas: el jardín botánico de Padua en 1545 suele considerarse el primero que todavía se encuentra en su ubicación original. Estos jardines continuaron el valor práctico de los primeros "jardines físicos", a menudo asociados con los monasterios, en los que las plantas se cultivaban para uso médico. Apoyan el crecimiento de la botánica como un tema académico. Se dieron conferencias sobre las plantas cultivadas en los jardines y se demostraron sus usos médicos. Los jardines botánicos llegaron mucho después al norte de Europa; el primero en Inglaterra fue el Jardín Botánico de la Universidad de Oxford en 1621. A lo largo de este período, la botánica se mantuvo firmemente subordinada a la medicina.
El médico alemán Leonhart Fuchs (1501-1566) fue uno de "los tres padres alemanes de la botánica", junto con el teólogo Otto Brunfels (1489-1534) y el médico Hieronymus Bock (1498-1554) (también llamado Hieronymus Tragus). Fuchs y Brunfels se separaron de la tradición de copiar trabajos anteriores para hacer sus propias observaciones originales. Bock creó su propio sistema de clasificación de plantas.
El médico Valerius Cordus (1515-1544) es autor de una Historia Plantarum herbácea botánica y farmacológicamente importante en 1544 y una farmacopea de importancia perdurable, el Dispensatorium en 1546. El naturalista Conrad von Gesner (1516-1565) y el herbolario John Gerard (1545-c. 1611) ) hierbas publicadas que cubren los usos medicinales de las plantas. El naturalista Ulisse Aldrovandi (1522-1605) fue considerado el padre de la historia natural , que incluyó el estudio de las plantas. En 1665, utilizando un microscopio temprano, Polymath Robert Hooke descubrió las células, un término que acuñó, en el corcho, y poco tiempo después en el tejido vegetal vivo.
Botánica moderna temprana
Durante el siglo XVIII, se desarrollaron sistemas de identificación de plantas comparables a las claves dicotómicas, donde las plantas no identificadas se colocan en grupos taxonómicos (por ejemplo, familia, género y especie) al hacer una serie de elecciones entre pares de caracteres. La elección y secuencia de los caracteres puede ser artificial en claves diseñadas exclusivamente para identificación (claves de diagnóstico) o más estrechamente relacionadas con el orden natural o filético de los taxones en claves sinópticas. En el siglo XVIII, las nuevas plantas de estudio estaban llegando a Europa en un número creciente de países recién descubiertos y las colonias europeas en todo el mundo. En 1753 Carl von Linné (Carl Linnaeus) publicó su Species Plantarum, una clasificación jerárquica de las especies de plantas que sigue siendo el punto de referencia para la nomenclatura botánica moderna. Esto estableció un esquema de nombres binomial estandarizado o de dos partes donde el primer nombre representaba el género y el segundo identificaba la especie dentro del género. Para fines de identificación, Linnaeus Systema Sexuale clasificó las plantas en 24 grupos según el número de sus órganos sexuales masculinos. El grupo número 24, Cryptogamia , incluyó todas las plantas con partes reproductivas ocultas, musgos, hepáticas, helechos, algas y hongos.
El creciente conocimiento de la anatomía de las plantas, la morfología y los ciclos de vida llevaron a la comprensión de que había más afinidades naturales entre las plantas que el sistema sexual artificial de Linneo. Adanson (1763), de Jussieu (1789) y Candolle (1819) propusieron varios sistemas naturales alternativos de clasificación que agrupaban las plantas utilizando una gama más amplia de caracteres compartidos y fueron ampliamente seguidos. El sistema Candollean reflejó sus ideas sobre la progresión de la complejidad morfológica y la clasificación posterior de Bentham y Hooker, que fue influyente hasta mediados del siglo XIX, fue influenciada por el enfoque de Candolle. La publicación de Darwin del origen de las especies en 1859 y su concepto de descendencia común requirió modificaciones al sistema Candollean para reflejar las relaciones evolutivas como distintas de la mera similitud morfológica.
Botánica fue muy estimulada por la aparición del primer libro de texto "moderno", Grundzüge der Wissenschaftlichen Botanik , de Matthias Schleiden , publicado en inglés en 1849 como Principies of Scientific Botany . Schleiden fue un microscopista y un anatomista de plantas primitivas que cofundó la teoría celular con Theodor Schwann y Rudolf Virchow, y fue de los primeros en comprender la importancia del núcleo celular que Robert Brown había descrito en 1831. En 1855, Adolf Fick formuló las leyes de Fick que permitieron el cálculo de las tasas de difusión molecular en los sistemas biológicos.
Botánica moderna tardía
Basándose en la teoría de la herencia de genes y cromosomas que se originó con Gregor Mendel (1822-1884), August Weismann (1834-1914) demostró que la herencia solo tiene lugar a través de los gametos. Ninguna otra celda puede transmitir caracteres heredados. El trabajo de Katherine Esaú (1898-1997) sobre la anatomía de las plantas sigue siendo una de las principales bases de la botánica moderna. Sus libros Anatomía de la Planta y Anatomía de Plantas de Semilla han sido textos clave de biología estructural de plantas durante más de medio siglo.
La disciplina de la ecología de las plantas fue iniciada a fines del siglo XIX por botánicos como Eugenius Warming, quien propuso la hipótesis de que las plantas forman comunidades, y su mentor y sucesor Christen C. Raunkiær, cuyo sistema para describir formas de vida vegetal todavía está en uso. El concepto de que la composición de las comunidades de plantas, como los bosques templados de hoja ancha, cambia por un proceso de sucesión ecológica, fue desarrollada por Henry Chandler Cowles, Arthur Tansley y Frederic Clements. A Clements se le atribuye la idea de la vegetación climácica como la vegetación más compleja que puede soportar un ambiente y Tansley introdujo el concepto de ecosistemas a la biología. Sobre la base de la extensa obra anterior de Alphonse de Candolle, Nikolai Vavilov (1887-1943) produjo relatos de la biogeografía, centros de origen,
Particularmente desde mediados de la década de 1960 ha habido avances en la comprensión de la física de los procesos fisiológicos de las plantas como la transpiración (el transporte de agua dentro de los tejidos vegetales), la dependencia de la temperatura de las tasas de evaporación del agua de la superficie de la hoja y la difusión molecular del agua vapor y dióxido de carbono a través de aberturas estomáticas. Estos desarrollos, junto con nuevos métodos para medir el tamaño de las aberturas estomáticas y la tasa de fotosíntesis, han permitido una descripción precisa de las tasas de intercambio de gases entre las plantas y la atmósfera. Innovaciones en el análisis estadístico de Ronald Fisher, Frank Yates y otros en Rothamsted La estación experimental facilitó el diseño experimental racional y el análisis de datos en investigación botánica. El descubrimiento e identificación de las hormonas vegetales auxinas por Kenneth V. Thimann en 1948 permitió la regulación del crecimiento de las plantas mediante productos químicos aplicados externamente. Frederick Campion Steward fue pionero en técnicas de micropropagación y cultivo de tejidos de plantas controlados por hormonas vegetales. La auxina sintética ácido 2,4-diclorofenoxiacético o 2,4-D fue uno de los primeros herbicidas sintéticos comerciales.
Los desarrollos del siglo XX en bioquímica vegetal han sido impulsados por técnicas modernas de análisis químico orgánico, como espectroscopía, cromatografía y electroforesis. Con el aumento de los enfoques biológicos de escala molecular relacionados de biología molecular, genómica, proteómica y metabolómica, la relación entre el genoma de la planta y la mayoría de los aspectos de la bioquímica, fisiología, morfología y comportamiento de las plantas puede someterse a un análisis experimental detallado. El concepto originalmente declarado por Gottlieb Haberlandt en 1902 de que todas las células vegetales son totipotentes y pueden cultivarse in vitro finalmente habilitó el uso de la ingeniería genética experimental para destruir un gen o genes responsables de un rasgo específico, o para agregar genes tales como GFP que informan cuando se expresa un gen de interés. Estas tecnologías permiten el uso biotecnológico de plantas enteras o cultivos de células vegetales cultivadas en biorreactores para sintetizar pesticidas, antibióticos u otros productos farmacéuticos, así como la aplicación práctica de cultivos genéticamente modificados diseñados para rasgos tales como un rendimiento mejorado.
La morfología moderna reconoce un continuo entre las principales categorías morfológicas de raíz, tallo (caulome), hoja (phyllome) y tricoma. Además, enfatiza la dinámica estructural. La sistemática moderna tiene como objetivo reflejar y descubrir las relaciones filogenéticas entre las plantas. La filogenética molecular moderna ignora en gran medida los caracteres morfológicos, basándose en las secuencias de ADN como datos. El análisis molecular de las secuencias de ADN de la mayoría de las familias de plantas con flores permitió al Angiosperm Phylogeny Group publicar en 1998 una filogenia de plantas con flores, respondiendo muchas de las preguntas sobre las relaciones entre las familias de angiospermas y las especies. La posibilidad teórica de un método práctico para la identificación de especies de plantas y variedades comerciales mediante códigos de barras de ADN es objeto de investigación activa en la actualidad.
Alcance e importancia
El estudio de las plantas es vital porque sustentan casi toda la vida animal en la Tierra al generar una gran proporción del oxígeno y los alimentos que proporcionan a los humanos y otros organismos la respiración aeróbica con la energía química que necesitan para existir. Las plantas, las algas y las cianobacterias son los principales grupos de organismos que llevan a cabo la fotosíntesis, un proceso que utiliza la energía de la luz solar para convertir agua y dióxido de carbono en azúcares que pueden usarse como fuente de energía química y de moléculas orgánicas que se utilizan en los componentes estructurales de las células. Como un subproducto de la fotosíntesis, las plantas liberan oxígeno a la atmósfera, un gas que casi todos los seres vivos requieren para llevar a cabo la respiración celular. Además, tienen influencia en los ciclos globales de carbono y agua y las raíces de las plantas unen y estabilizan los suelos, prevenir la erosión del suelo. Las plantas son cruciales para el futuro de la sociedad humana, ya que proporcionan alimentos, oxígeno, medicamentos y productos para las personas, además de crear y preservar el suelo.
Históricamente, todos los seres vivos se clasificaban como animales o plantas y la botánica cubría el estudio de todos los organismos no considerados animales. Los botánicos examinan tanto las funciones internas como los procesos dentro de orgánulos de plantas, células, tejidos, plantas enteras, poblaciones de plantas y comunidades de plantas. En cada uno de estos niveles, un botánico puede estar interesado en la clasificación (taxonomía), filogenia y evolución, estructura (anatomía y morfología) o función (fisiología) de la vida vegetal.
La definición más estricta de "planta" incluye solo las "plantas terrestres" o embriofitas, que incluyen plantas de semillas (gimnospermas, incluidos los pinos y plantas con flores) y las criptógamas de formación libre, que incluyen helechos, musgosas, hepáticas, hornworts y musgos. Los embriofitos son eucariotas multicelulares que descienden de un ancestro que obtuvo su energía de la luz solar mediante la fotosíntesis. Tienen ciclos de vida con fases alternas haploides y diploides. La fase haploide sexual de los embriofitos, conocida como gametofita, nutre al esporofito embrionario diploide en desarrollo dentro de sus tejidos durante al menos una parte de su vida, incluso en las plantas de semillas, donde el propio gametófito se nutre de su esporofito original. Otros grupos de organismos que previamente fueron estudiados por botánicos incluyen bacterias (ahora estudiadas en bacteriología), hongos (micología), incluidos los hongos formadores de líquenes (liquenología), las algas no clorofíticas (phycology) y los virus (virología). Sin embargo, los botánicos todavía prestan atención a estos grupos, y los hongos (incluidos los líquenes) y los protistas fotosintéticos suelen cubrirse en cursos introductorios de botánica.
Los paleobotánicos estudian plantas antiguas en el registro fósil para proporcionar información sobre la historia evolutiva de las plantas. Se cree que las cianobacterias, los primeros organismos fotosintéticos liberadores de oxígeno en la Tierra, dieron origen al antecesor de las plantas al entrar en una relación endosimbiótica con un eucariota temprano, convirtiéndose finalmente en los cloroplastos de las células vegetales. Las nuevas plantas fotosintéticas (junto con sus parientes de algas) aceleraron el aumento del oxígeno atmosférico iniciado por las cianobacterias, cambiando la antigua atmósfera libre de oxígeno a una en la que el oxígeno libre ha sido abundante durante más de 2 mil millones de años.
Entre las cuestiones botánicas importantes del siglo XXI están el papel de las plantas como productores primarios en el ciclo global de los ingredientes básicos de la vida: energía, carbono, oxígeno, nitrógeno y agua, y formas en que nuestra administración de planta puede ayudar a abordar los problemas ambientales globales de gestión de recursos, conservación, seguridad alimentaria humana, organismos biológicamente invasivos, captura de carbono, cambio climático y sostenibilidad.
Nutrición humana
Prácticamente todos los alimentos básicos provienen directamente de la producción primaria de las plantas, o indirectamente de los animales que los consumen. Las plantas y otros organismos fotosintéticos están en la base de la mayoría de las cadenas alimenticias porque usan la energía del sol y los nutrientes del suelo y la atmósfera, convirtiéndolos en una forma que puede ser utilizada por los animales. Esto es lo que los ecologistas llaman el primer nivel trófico. Las formas modernas de los principales alimentos básicos, como el cáñamo, el teff, el maíz, el arroz, el trigo y otros cereales, legumbres, plátanos y plátanos, así como el cáñamo, el lino y el algodón cultivado por sus fibras, son el resultado de la selección prehistórica durante miles de años entre las plantas silvestres ancestrales con las características más deseables.
Los botánicos estudian cómo las plantas producen alimentos y cómo aumentar los rendimientos, por ejemplo, mediante el mejoramiento de plantas, haciendo que su trabajo sea importante para la capacidad de la humanidad de alimentar al mundo y proporcionar seguridad alimentaria para las generaciones futuras. Los botánicos también estudian las malas hierbas, que son un problema considerable en la agricultura, y la biología y el control de los patógenos de las plantas en la agricultura y los ecosistemas naturales. La etnobotánica es el estudio de las relaciones entre las plantas y las personas. Cuando se aplica a la investigación de relaciones históricas pueblo-planta, la etnobotánica puede denominarse arqueobotánica o paleoetnobotánica. Algunas de las primeras relaciones entre las personas de las plantas surgieron entre los indígenas de Canadá para identificar las plantas comestibles de las plantas no comestibles. Esta relación que los indígenas tenían con las plantas fue registrada por etnobotánicos.
Bioquímica de plantas
La bioquímica de plantas es el estudio de los procesos químicos utilizados por las plantas. Algunos de estos procesos se utilizan en su metabolismo primario, como el ciclo fotosintético de Calvin y el metabolismo del ácido crasuláceo. Otros fabrican materiales especializados como la celulosa y la lignina para construir sus cuerpos, y productos secundarios como resinas y compuestos aromáticos.
Las plantas producen varios pigmentos fotosintéticos, algunos de los cuales se pueden ver aquí a través de la cromatografía en papel
Las plantas y varios otros grupos de eucariotas fotosintéticos conocidos colectivamente como "algas" tienen organelos únicos conocidos como cloroplastos. Se cree que los cloroplastos descienden de cianobacterias que formaron relaciones endosimbióticas con plantas ancestrales y ancestros de algas. Los cloroplastos y las cianobacterias contienen el pigmento azul verdoso clorofila a . Clorofila a (así como su planta y prima verde específica de algas clorofila b) absorbe la luz en las partes azul-violeta y naranja / roja del espectro mientras refleja y transmite la luz verde que vemos como el color característico de estos organismos. La energía en la luz roja y azul que absorben estos pigmentos es utilizada por los cloroplastos para formar compuestos de carbono ricos en energía a partir del dióxido de carbono y el agua mediante la fotosíntesis oxigénica, un proceso que genera oxígeno molecular (O 2 ) como subproducto.
La energía luminosa capturada por la clorofila a se encuentra inicialmente en forma de electrones (y luego un gradiente de protones) que se utiliza para crear moléculas de ATP y NADPH que almacenan y transportan energía temporalmente. Su energía se usa en las reacciones independientes de la luz del ciclo de Calvin por la enzima rubisco para producir moléculas del azúcar 3-gliceraldehído 3-fosfato (G3P). El gliceraldehído 3-fosfato es el primer producto de la fotosíntesis y la materia prima a partir de la cual se sintetizan la glucosa y casi todas las demás moléculas orgánicas de origen biológico. Parte de la glucosa se convierte en almidón que se almacena en el cloroplasto. El almidón es el almacén de energía característico de la mayoría de las plantas terrestres y las algas, mientras que la inulina, un polímero de fructosa se utiliza con el mismo propósito en la familia de las girasoles Asteraceae.
A diferencia de los animales (que carecen de cloroplastos), las plantas y sus parientes eucariotas han delegado muchas funciones bioquímicas en sus cloroplastos, incluida la síntesis de todos sus ácidos grasos y la mayoría de los aminoácidos. Los ácidos grasos que producen los cloroplastos se usan para muchas cosas, como proporcionar material para construir membranas celulares y hacer que el polímero cutín que se encuentra en la cutícula de la planta proteja a las plantas terrestres de la desecación.
Las plantas sintetizan varios polímeros únicos como las moléculas de polisacáridos, celulosa, pectina y xiloglucano a partir de las cuales se construye la pared celular de la planta terrestre. Las plantas terrestres vasculares producen lignina, un polímero que se usa para fortalecer las paredes celulares secundarias de las traqueidas y vasos del xilema para evitar que se colapsen cuando una planta absorbe agua a través de ellas bajo estrés hídrico. La lignina también se usa en otros tipos de células, como fibras de esclerénquima, que proporcionan soporte estructural para una planta y son un componente principal de la madera. Sporopollenin es un polímero químicamente resistente que se encuentra en las paredes celulares externas de las esporas y el polen de las plantas terrestres responsables de la supervivencia de las esporas de las plantas terrestres tempranas y el polen de las plantas de semillas en el registro fósil. Es ampliamente considerado como un marcador para el inicio de la evolución de la planta de tierra durante el período Ordovician. La concentración de dióxido de carbono en la atmósfera hoy en día es mucho más baja de lo que era cuando las plantas emergieron a la tierra durante los períodos Ordovician y Silurian. Muchas monocotiledonas el maíz y la piña y algunas dicotiledóneas como Asteraceae han evolucionado independientemente vías como el metabolismo del ácido crasuláceo y la ruta de fijación de carbono C 4 para la fotosíntesis que evita las pérdidas resultantes de la fotorrespiración en la vía de fijación de carbono C 3 más común . Estas estrategias bioquímicas son exclusivas de las plantas terrestres.
Medicina y materiales
La fitoquímica es una rama de la bioquímica de las plantas que se ocupa principalmente de las sustancias químicas producidas por las plantas durante el metabolismo secundario. Algunos de estos compuestos son toxinas, como la coniina alcaloide de la cicuta. Otros, como los aceites esenciales, el aceite de menta piperita y el aceite de limón son útiles por su aroma, como saborizantes y especias (p. Ej., Capsaicina), y en medicina como productos farmacéuticos, como en el opio de las amapolas de opio. Muchas drogas medicinales y recreativas, como el tetrahidrocannabinol (ingrediente activo del cannabis), la cafeína, la morfina y la nicotina provienen directamente de las plantas. Otros son derivados simples de productos botánicos naturales. Por ejemplo, el analgésico aspirina es el éster acetilo del ácido salicílico, originalmente aislado de la corteza de los sauces, y una amplia gama de analgésicos opiáceos como la heroína se obtienen por modificación química de la morfina obtenida de la adormidera. Los estimulantes populares provienen de las plantas, como la cafeína del café, el té y el chocolate, y la nicotina del tabaco. La mayoría de las bebidas alcohólicas provienen de la fermentación de productos vegetales ricos en carbohidratos como la cebada (cerveza), el arroz (sake) y las uvas (vino). Los nativos americanos han usado varias plantas como formas de tratar enfermedades o enfermedades durante miles de años. Este conocimiento que los nativos americanos tienen sobre las plantas ha sido registrado por entnobotánicos y luego ha sido utilizado por las compañías farmacéuticas como una forma de descubrimiento de fármacos. La mayoría de las bebidas alcohólicas provienen de la fermentación de productos vegetales ricos en carbohidratos como la cebada (cerveza), el arroz (sake) y las uvas (vino). Los nativos americanos han usado varias plantas como formas de tratar enfermedades o enfermedades durante miles de años. Este conocimiento que los nativos americanos tienen sobre las plantas ha sido registrado por entnobotánicos y luego ha sido utilizado por las compañías farmacéuticas como una forma de descubrimiento de fármacos. La mayoría de las bebidas alcohólicas provienen de la fermentación de productos vegetales ricos en carbohidratos como la cebada (cerveza), el arroz (sake) y las uvas (vino). Los nativos americanos han usado varias plantas como formas de tratar enfermedades o enfermedades durante miles de años. Este conocimiento que los nativos americanos tienen sobre las plantas ha sido registrado por entnobotánicos y luego ha sido utilizado por las compañías farmacéuticas como una forma de descubrimiento de fármacos.
Las plantas pueden sintetizar tintes y pigmentos coloreados útiles, como las antocianinas responsables del color rojo del vino tinto, la soldadura amarilla y el azul usado para producir Lincoln Green, indoxilo, fuente del tinte azul índigo utilizado tradicionalmente para teñir el dril y los pigmentos del artista Gambogeand rose madder. Azúcar, almidón, algodón, lino, cáñamo, algunos tipos de cuerdas, madera y tableros de partículas, papiro y papel, aceites vegetales, cera y caucho natural son ejemplos de materiales comercialmente importantes hechos de tejidos de plantas o sus productos secundarios. El carbón, una forma pura de carbono hecha por pirólisis de la madera, tiene una larga historia como combustible de fundición de metal, como material de filtración y adsorbente y como material de artista y es uno de los tres ingredientes de la pólvora. Celulosa, el polímero orgánico más abundante del mundo, se puede convertir en energía, combustibles, materiales y materia prima química. Los productos hechos de celulosa incluyen rayón y celofán, pasta de papel para empapelar, biobutanol y algodón para armas. La caña de azúcar, la colza y la soja son algunas de las plantas con un contenido de azúcar o aceite altamente fermentable que se utilizan como fuentes de biocombustibles, alternativas importantes a los combustibles fósiles, como el biodiesel. Sweetgrass fue utilizado por NativeAmericanse para protegerse de insectos como mosquitos. Estas propiedades repelentes de insectos de Sweetgrass fueron encontradas más tarde por la American Chemical Society en las moléculas fitol y cumarina. La colza y la soja son algunas de las plantas con un contenido de azúcar o aceite altamente fermentable que se utilizan como fuentes de biocombustibles, alternativas importantes a los combustibles fósiles, como el biodiesel. Sweetgrass fue utilizado por NativeAmericanse para protegerse de insectos como mosquitos. Estas propiedades repelentes de insectos de Sweetgrass fueron encontradas más tarde por la American Chemical Society en las moléculas fitol y cumarina. La colza y la soja son algunas de las plantas con un contenido de azúcar o aceite altamente fermentable que se utilizan como fuentes de biocombustibles, alternativas importantes a los combustibles fósiles, como el biodiesel. Sweetgrass fue utilizado por NativeAmericanse para protegerse de insectos como mosquitos. Estas propiedades repelentes de insectos de Sweetgrass fueron encontradas más tarde por la American Chemical Society en las moléculas fitol y cumarina.
Ecología vegetal
La ecología vegetal es la ciencia de las relaciones funcionales entre las plantas y sus hábitats, los entornos donde completan sus ciclos de vida. Los ecólogos vegetales estudian la composición de las floras locales y regionales, su biodiversidad, diversidad genética y aptitud, la adaptación de las plantas a su entorno y sus interacciones competitivas o mutualistas con otras especies. Algunos ecologistas incluso se basan en datos empíricos de los pueblos indígenas recopilados por etnobotánicos. Esta información puede transmitir una gran cantidad de información sobre cómo una vez fue la tierra hace miles de años y cómo ha cambiado en ese momento. Los objetivos de la ecología vegetal son comprender las causas de sus patrones de distribución, productividad, impacto ambiental, evolución y respuestas al cambio ambiental.
Las plantas dependen de ciertos factores edáficos (suelo) y climáticos en su entorno, pero también pueden modificar estos factores. Por ejemplo, pueden cambiar el albedo de su entorno, aumentar la interceptación de la escorrentía, estabilizar los suelos minerales y desarrollar su contenido orgánico, y afectar la temperatura local. Las plantas compiten con otros organismos en su ecosistema por recursos. Interactúan con sus vecinos en una variedad de escalas espaciales en grupos, poblaciones y comunidades que colectivamente constituyen la vegetación. Las regiones con tipos de vegetación característicos y plantas dominantes, así como factores abióticos y bióticos similares, clima y geografía conforman biomas como la tundra o la selva tropical.
Los herbívoros comen plantas, pero las plantas pueden defenderse y algunas especies son parásitas o incluso carnívoras. Otros organismos forman relaciones mutuamente beneficiosas con las plantas. Por ejemplo, los hongos micorrízicos y los rizobios proporcionan plantas con nutrientes a cambio de alimentos, las hormigas reclutan hormigas para proporcionar protección, las abejas melíferas, los murciélagos y otros animales polinizan las flores y los humanos y otros animales actúan como vectores de dispersión para esparcir esporas y semillas.
Plantas, clima y cambio ambiental
Las respuestas de las plantas al clima y otros cambios ambientales pueden ayudarnos a comprender cómo estos cambios afectan la función y la productividad del ecosistema. Por ejemplo, la fenología de la planta puede ser un proxy útil para la temperatura en la climatología histórica y el impacto biológico del cambio climático y el calentamiento global. Palinología, el análisis de depósitos de polen fósil en sedimentos de miles o millones de años permite la reconstrucción de climas pasados. Estimaciones de CO 2 atmosférico las concentraciones desde el Paleozoico se han obtenido a partir de las densidades estomáticas y las formas y tamaños de las hojas de las antiguas plantas terrestres. La depleción de ozono puede exponer a las plantas a niveles más altos de radiación ultravioleta-B (UV-B), lo que resulta en tasas de crecimiento más bajas. Además, la información de estudios de ecología comunitaria, sistemática de plantas y taxonomía es esencial para comprender el cambio de vegetación, la destrucción de hábitats y la extinción de especies.
Genética
La herencia en las plantas sigue los mismos principios fundamentales de la genética que en otros organismos multicelulares. Gregor Mendel descubrió las leyes genéticas de la herencia mediante el estudio de rasgos heredados, como la forma en Pisum sativum (guisantes). Lo que Mendel aprendió al estudiar plantas ha tenido beneficios de largo alcance fuera de la botánica. De manera similar, Barbara McClintock descubrió los "genes saltarines" mientras estudiaba maíz. Sin embargo, hay algunas diferencias genéticas distintivas entre las plantas y otros organismos.
Los límites de las especies en las plantas pueden ser más débiles que en los animales, y los híbridos de especies cruzadas son a menudo posibles. Un ejemplo familiar es la menta, Mentha × piperita , un híbrido estéril entre Mentha aquatica y spearmint, Mentha spicata. Las muchas variedades cultivadas de trigo son el resultado de múltiples cruces inter e intraespecíficos entre las especies silvestres y sus híbridos. Las angiospermas con flores monoicas a menudo tienen mecanismos de autoincompatibilidad que operan entre el polen y el estigma de modo que el polen o bien no llega al estigma o no puede germinar y producir gametos masculinos. Este es uno de los varios métodos usados por las plantas para promover el cruzamiento. En muchas plantas terrestres, los gametos masculinos y femeninos son producidos por individuos separados. Se dice que estas especies son dioicas cuando se refieren a esporofitas de plantas vasculares y dioicas cuando se refieren a gametofitos de briofitas.
A diferencia de los animales superiores, donde la partenogénesis es rara, la reproducción asexual puede ocurrir en las plantas por varios mecanismos diferentes. La formación de tubérculos de tallo en la patata es un ejemplo. Particularmente en hábitats árticos o alpinos, donde las oportunidades para la fertilización de flores por animales son raras, se pueden desarrollar plántulas o bulbos en lugar de flores, reemplazando la reproducción sexual con reproducción asexual y dando lugar a poblaciones clónicas genéticamente idénticas a las del padre. Este es uno de los varios tipos de apomixis que ocurren en las plantas. La apomixis también puede ocurrir en una semilla, produciendo una semilla que contiene un embrión genéticamente idéntico al padre.
La mayoría de los organismos que se reproducen sexualmente son diploides, con cromosomas pareados, pero la duplicación de su número de cromosomas puede ocurrir debido a errores en la citocinesis. Esto puede ocurrir al principio del desarrollo para producir un organismo autopolyploid o parcialmente autopolyploid, o durante procesos normales de diferenciación celular para producir algunos tipos de células que son poliploides (endopolyploidy), o durante la formación de gametos. Una planta allopolyploid puede resultar de un evento de hibridación entre dos especies diferentes. Ambas plantas autopolyploid y allopolyploid a menudo pueden reproducirse normalmente, pero pueden ser capaces de cruzar con éxito con la población de origen porque hay una falta de coincidencia en el número de cromosomas. Estas plantas que están aisladas reproductivamente de las especies parentales pero viven dentro de la misma área geográfica, pueden ser suficientemente exitosas para formar una nueva especie. Algunos poliploides de plantas estériles pueden reproducirse vegetativamente o por apomixis de semillas, formando poblaciones clónicas de individuos idénticos. El trigo duro es un allopolyploid tetraploid fértil, mientras que el trigo de pan es un hexaploid fértil. El banano comercial es un ejemplo de un híbrido triploide estéril sin semilla. El diente de león común es un triploide que produce semillas viables por semilla apomíctica.
Como en otros eucariotas, la herencia de orgánulos endosimbióticos como mitocondrias y cloroplastos en plantas no es mendeliana. Los cloroplastos se heredan a través del progenitor masculino en las gimnospermas, pero a menudo a través del progenitor femenino en las plantas con flores.
Genética molecular
Una cantidad considerable de nuevos conocimientos acerca de la función de la planta proviene de estudios de la genética molecular de plantas modelo como Thale berro, Arabidopsis thaliana , una especie de malezas en la familia de la mostaza (Brassicaceae). El genoma o la información hereditaria contenida en los genes de esta especie está codificada por aproximadamente 135 millones de pares de bases de ADN, formando uno de los genomas más pequeños entre las plantas con flores. Arabidopsis fue la primera planta en secuenciar su genoma, en 2000. La secuenciación de algunos otros genomas relativamente pequeños, de arroz ( Oryza sativa ) y Brachypodium distachyon , los ha convertido en especies modelo importantes para comprender la genética, la biología celular y molecular de los cereales , pastos y monocotiledóneas en general.
Las plantas modelo como Arabidopsis thaliana se utilizan para estudiar la biología molecular de las células vegetales y el cloroplasto. Idealmente, estos organismos tienen genomas pequeños que son bien conocidos o completamente secuenciados, estatura pequeña y tiempos de generación cortos. El maíz se ha utilizado para estudiar los mecanismos de la fotosíntesis y la carga de azúcar del floema en las plantas C
4 . El alga verde unicelular Chlamydomonas reinhardtii , aunque no es un embrión, contiene un cloroplasto pigmentado verde relacionado con el de las plantas terrestres, por lo que es útil para el estudio. Una alga roja Cyanidioschyzon merolae también se ha utilizado para estudiar algunas funciones básicas de los cloroplastos. Espinacas, guisantes, soja y musgo Physcomitrella patens se usan comúnmente para estudiar biología de células vegetales.
4 . El alga verde unicelular Chlamydomonas reinhardtii , aunque no es un embrión, contiene un cloroplasto pigmentado verde relacionado con el de las plantas terrestres, por lo que es útil para el estudio. Una alga roja Cyanidioschyzon merolae también se ha utilizado para estudiar algunas funciones básicas de los cloroplastos. Espinacas, guisantes, soja y musgo Physcomitrella patens se usan comúnmente para estudiar biología de células vegetales.
Agrobacterium tumefaciens , una bacteria de la rizosfera del suelo, se puede unir a las células de la planta e infectarlas con un plásmido Ti inductor de callo mediante transferencia génica horizontal, causando una infección callosa llamada enfermedad de la hiel de la corona. Schell y Van Montagu (1977) formularon la hipótesis de que el plásmido Ti podría ser un vector natural para introducir el gen Nif responsable de la fijación de nitrógeno en los nódulos de las raíces de las leguminosas y otras especies de plantas. En la actualidad, la modificación genética del plásmido Ti es una de las principales técnicas para la introducción de transgenes en plantas y la creación de cultivos genéticamente modificados.
Epigenética
La epigenética es el estudio de los cambios hereditarios en la función de los genes que no pueden explicarse por los cambios en la secuencia de ADN subyacente, sino que provocan que los genes del organismo se comporten (o "expresen") de forma diferente. Un ejemplo de cambio epigenético es el marcado de los genes por la metilación del ADN que determina si se expresarán o no. La expresión génica también puede controlarse mediante proteínas represoras que se unen a regiones silenciadoras del ADN y evitan que se exprese esa región del código de ADN. Las marcas epigenéticas pueden agregarse o eliminarse del ADN durante las etapas programadas de desarrollo de la planta, y son responsables, por ejemplo, de las diferencias entre anteras, pétalos y hojas normales, a pesar del hecho de que todas tienen el mismo código genético subyacente. Los cambios epigenéticos pueden ser temporales o pueden permanecer a través de sucesivas divisiones celulares durante el resto de la vida de la célula. Se ha demostrado que algunos cambios epigenéticos son hereditarios, mientras que otros se reinician en las células germinales.
Los cambios epigenéticos en la biología eucariota sirven para regular el proceso de diferenciación celular. Durante la morfogénesis, las células madre totipotentes se convierten en las diversas líneas celulares pluripotentes del embrión, que a su vez se convierten en células completamente diferenciadas. Un único óvulo fecundado, el cigoto, da lugar a los diferentes tipos de células de plantas que incluyen parénquima, elementos del vaso de xilema, tubos de tamiz de floema, células de protección de la epidermis, etc. a medida que continúa dividiéndose. El proceso es el resultado de la activación epigenética de algunos genes y la inhibición de otros.
A diferencia de los animales, muchas células vegetales, particularmente las del parénquima, no se diferencian por completo, permanecen totipotentes con la capacidad de dar lugar a una nueva planta individual. Las excepciones incluyen células altamente lignificadas, el esclerénquima y el xilema que están muertos en la madurez, y los tubos del tamiz del floema que carecen de núcleos. Mientras que las plantas usan muchos de los mismos mecanismos epigenéticos que los animales, como la remodelación de la cromatina, una hipótesis alternativa es que las plantas establecen sus patrones de expresión génica usando información posicional del entorno y las células circundantes para determinar su destino de desarrollo.
Evolución de la planta
Los cloroplastos de las plantas tienen una serie de similitudes bioquímicas, estructurales y genéticas con las cianobacterias (comúnmente conocidas como "algas azul-verdes") y se cree que derivan de una antigua relación endosimbiótica entre una célula eucariótica ancestral y un residente de cianobacterias .
Las algas son un grupo polifilético y se colocan en varias divisiones, algunas más relacionadas con las plantas que otras. Existen muchas diferencias entre ellos en características tales como la composición de la pared celular, la bioquímica, la pigmentación, la estructura del cloroplasto y las reservas de nutrientes. La división de algas Charophyta, hermana de la división de algas verdes Chlorophyta, se considera que contiene el antepasado de plantas verdaderas. La Charophyte class Charophyceaeand el sub-reino de plantas terrestres Embryophyta juntos forman el grupo monofilético o clado Streptophytina.
Las plantas terrestres no vasculares son embriones que carecen de los tejidos vasculares xilema y floema. Incluyen musgos, hepáticas y hornworts. Las plantas vasculares pteridofíticas con verdadero xilema y floema que se reproducían por esporas que germinaban en gametófitos de vida libre evolucionaron durante el período Silúrico y se diversificaron en varios linajes durante el Silúrico tardío y el Devónico temprano. Los representantes de los licopodos han sobrevivido hasta nuestros días. Hacia el final del período Devónico, varios grupos, incluidos los licopodos, esfenofilos y progimnospermas, habían evolucionado de forma independiente la "megasporía": sus esporas eran de dos tamaños distintos, megasporas más grandes y microsporas más pequeñas. Sus reducidos gametofitos se desarrollaron a partir de megasporas retenidas dentro de los órganos productores de esporas (megasporangios) del esporofito, una condición conocida como endosporios. Las semillas consisten en un megasporangio endospórico rodeado por una o dos capas de revestimiento (integumentos). El esporofito joven se desarrolla dentro de la semilla, que en la germinación se divide para liberarlo. Las primeras plantas de semillas conocidas datan de la última etapa del Fameniense del Devónico. Tras la evolución del hábito de la semilla, las plantas de semillas se diversificaron, dando lugar a una serie de grupos ahora extintos, incluidos los helechos de semillas, así como a las gimnospermas y angiospermas modernas. Las gimnospermas producen "semillas desnudas" no completamente encerradas en un ovario; representantes modernos incluyen coníferas, cícadas, Tras la evolución del hábito de la semilla, las plantas de semillas se diversificaron, dando lugar a una serie de grupos ahora extintos, incluidos los helechos de semillas, así como a las gimnospermas y angiospermas modernas. Las gimnospermas producen "semillas desnudas" no completamente encerradas en un ovario; representantes modernos incluyen coníferas, cícadas, Tras la evolución del hábito de la semilla, las plantas de semillas se diversificaron, dando lugar a una serie de grupos ahora extintos, incluidos los helechos de semillas, así como a las gimnospermas y angiospermas modernas. Las gimnospermas producen "semillas desnudas" no completamente encerradas en un ovario; representantes modernos incluyen coníferas, cícadas, Ginkgo y Gnetales. Las angiospermas producen semillas encerradas en una estructura como un carpelo o un ovario. La investigación en curso sobre la filogenética molecular de plantas vivas parece mostrar que las angiospermas son un clado hermano de las gimnospermas.
Fisiología de las plantas
La fisiología de las plantas abarca todas las actividades químicas y físicas internas de las plantas asociadas con la vida. Los productos químicos obtenidos del aire, el suelo y el agua forman la base de todo el metabolismo de las plantas. La energía de la luz solar, capturada por la fotosíntesis oxigénica y liberada por la respiración celular, es la base de casi toda la vida. Los fotoautótrofos, incluidas todas las plantas verdes, las algas y las cianobacterias, reúnen energía directamente de la luz solar mediante la fotosíntesis. Los heterótrofos, incluidos todos los animales, todos los hongos, todas las plantas completamente parasitarias y las bacterias no fotosintéticas, toman moléculas orgánicas producidas por fotoautótrofos y las respiran o las utilizan en la construcción de células y tejidos. La respiración es la oxidación de los compuestos de carbono descomponiéndolos en estructuras más simples para liberar la energía que contienen.
Las moléculas se mueven dentro de las plantas mediante procesos de transporte que operan en una variedad de escalas espaciales. El transporte subcelular de iones, electrones y moléculas como el agua y las enzimas se produce a través de las membranas celulares. Los minerales y el agua se transportan desde las raíces a otras partes de la planta en la corriente de transpiración. La difusión, la ósmosis y el transporte activo y el flujo másico son todas maneras diferentes en que puede ocurrir el transporte. Algunos ejemplos de elementos que las plantas necesitan para transportar son nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre. En las plantas vasculares, estos elementos se extraen del suelo como iones solubles por las raíces y se transportan a través de la planta en el xilema. La mayoría de los elementos necesarios para la nutrición de las plantas provienen de la descomposición química de los minerales del suelo.
Hormonas vegetales
Las plantas no son pasivas, sino que responden a señales externas como la luz, el tacto y las lesiones moviéndose o creciendo hacia o lejos del estímulo, según corresponda. La evidencia tangible de la sensibilidad al tacto es el colapso casi instantáneo de las valvas de Mimosa pudica, las trampas de insectos Venus flytrap y bladderworts, y la pollinia de las orquídeas.
La hipótesis de que el crecimiento y desarrollo de las plantas está coordinado por hormonas vegetales o reguladores del crecimiento de las plantas surgió por primera vez a fines del siglo XIX. Darwin experimentó los movimientos de los brotes de las plantas y las raíces hacia la luz y la gravedad, y concluyó: "No es una exageración decir que la punta de la radícula ... actúa como el cerebro de uno de los animales inferiores ... dirigiendo los diversos movimientos" . Casi al mismo tiempo, el científico holandés Frits Went describió por primera vez el papel de las auxinas (del griego auxein, para crecer) en el control del crecimiento de las plantas. La primera auxina conocida, el ácido indol-3-acético (IAA), que promueve el crecimiento celular, solo se aisló de las plantas aproximadamente 50 años después. Este compuesto media las respuestas trópicas de brotes y raíces hacia la luz y la gravedad.
Trampa para moscas de Venus, Dionaea muscipula , que muestra la trampa de insectos sensibles al tacto en acción
Las citoquininas son una clase de hormonas vegetales nombradas por su control de la división celular o citocinesis. La citoquinina zeatina natural se descubrió en el maíz, Zea mays, y es un derivado de la purina adenina. La zeatina se produce en raíces y se transporta a brotes en el xilema, donde promueve la división celular, el desarrollo de yemas y el reverdecimiento de los cloroplastos. Las giberelinas, tales como el ácido Gibberel se dividen sin esterificar a partir de acetil CoA a través de la ruta del mevalonato. Están involucrados en la promoción de la germinación y la interrupción de la latencia en las semillas, en la regulación de la altura de las plantas mediante el control del alargamiento del tallo y el control de la floración. El ácido abscísico (ABA) se produce en todas las plantas terrestres, excepto en las hepáticas, y se sintetiza a partir de los carotenoides en los cloroplastos y otros plastos. Inhibe la división celular, promueve la maduración de la semilla y la latencia, y promueve el cierre estomático. Fue llamado así porque originalmente se pensó que controlaba la abscisión. El etileno es una hormona gaseosa que se produce en todos los tejidos vegetales superiores a partir de la metionina. Ahora se sabe que es la hormona que estimula o regula la maduración y abscisión de la fruta, y el ethephon, un regulador de crecimiento sintético que se metaboliza rápidamente para producir etileno, se usa a escala industrial para promover la maduración del algodón, la piña y otros cultivos climatéricos. .
Otra clase de fitohormonas son los jasmonatos, primero aislados del aceite de Jasminum grandiflorum que regula las respuestas de las heridas en las plantas mediante el desbloqueo de la expresión de los genes necesarios en la respuesta de resistencia adquirida sistémica al ataque de patógenos.
Además de ser la principal fuente de energía para las plantas, la luz funciona como un dispositivo de señalización, que proporciona información a la planta, como la cantidad de luz solar que la planta recibe cada día. Esto puede resultar en cambios adaptativos en un proceso conocido como fotomorfogénesis. Phytochromesare los fotorreceptores en una planta que son sensibles a la luz.
Anatomía y morfología de la planta
La anatomía de la planta es el estudio de la estructura de las células y tejidos de las plantas, mientras que la morfología de las plantas es el estudio de su forma externa. Todas las plantas son eucariotas multicelulares, su ADN almacenado en núcleos. Las características de las células vegetales que las distinguen de las de los animales y hongos incluyen una pared celular primaria compuesta por los polisacáridos celulosa, hemicelulosa y pectina, vacuolas más grandes que en las células animales y la presencia de plástidos con funciones fotosintéticas y biosintéticas únicas como en el cloroplastos. Otros plastidios contienen productos de almacenamiento como el almidón (amiloplastos) o los lípidos (elaioplastos). Excepcionalmente, las células estreptofitas y las del orden de las algas verdes Trentepohliales se dividen por la construcción de un phragmoplast como una plantilla para construir una placa de células al final de la división celular.
![Un diagrama de un eudicot "típico", el tipo de planta más común (tres quintas partes de todas las especies de plantas). [177] Sin embargo, ninguna planta se ve exactamente así.](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a9/Plant.svg/275px-Plant.svg.png)
Los cuerpos de las plantas vasculares, que incluyen cúspides, helechos y plantas de semillas (gimnospermas y angiospermas) generalmente tienen subsistemas aéreos y subterráneos. Los brotes consisten en tallos con hojas fotosintetizantes verdes y estructuras reproductivas. Las raíces vascularizadas subterráneas tienen pelos radiculares en sus puntas y generalmente carecen de clorofila. Las plantas no vasculares, las hepáticas, los hornworts y los musgos no producen raíces vasculares penetrantes en el suelo y la mayoría de la planta participa en la fotosíntesis. La generación de esporófitos no es fotosintética en las hepáticas, pero puede contribuir con parte de sus necesidades energéticas mediante la fotosíntesis en los musgos y los hornworts.
El sistema de raíces y el sistema de brotes son interdependientes: el sistema radicular que generalmente no es fotosintético depende del sistema de brotes para obtener alimento, y el sistema de brotes usualmente fotosintético depende del agua y los minerales del sistema radicular. Las células en cada sistema son capaces de crear células del otro y producir brotes o raíces adventicios. Los estolones y tubérculos son ejemplos de brotes que pueden hacer crecer las raíces. Las raíces que se extienden cerca de la superficie, como las de los sauces, pueden producir brotes y finalmente plantas nuevas. En caso de que uno de los sistemas se pierda, el otro a menudo puede volver a crecer. De hecho, es posible cultivar una planta entera a partir de una sola hoja, como es el caso de Saintpaulia, o incluso una sola célula, que puede desdiferenciarse en un callo (una masa de células no especializadas) que puede convertirse en una nueva planta. En las plantas vasculares, el xilema y el floema son los tejidos conductivos que transportan los recursos entre los brotes y las raíces. Las raíces a menudo se adaptan para almacenar alimentos como azúcares o almidón, como en remolachas azucareras y zanahorias.
Los tallos proporcionan principalmente soporte a las hojas y las estructuras reproductivas, pero pueden almacenar agua en plantas suculentas como cactus, alimentos como en tubérculos de papa, o reproducirse vegetativamente como en los estolones de las plantas de fresa o en el proceso de estratificación. Las hojas recogen la luz solar y realizan la fotosíntesis. Las hojas grandes, planas, flexibles y verdes se llaman hojas de follaje. Gimnospermas, como coníferas, cícadas, Ginkgoy los gnetofitos son plantas productoras de semillas con semillas abiertas. Las angiospermas son plantas productoras de semillas que producen flores y tienen semillas encerradas. Las plantas leñosas, como las azaleas y los robles, sufren una fase secundaria de crecimiento que da como resultado dos tipos adicionales de tejidos: madera (xilema secundario) y corteza (floema y corcho secundarios). Todas las gimnospermas y muchas angiospermas son plantas leñosas. Algunas plantas se reproducen sexualmente, algunas asexualmente y otras a través de ambos medios.
Aunque la referencia a las principales categorías morfológicas, como la raíz, el tallo, la hoja y el tricoma, son útiles, hay que tener en cuenta que estas categorías están vinculadas a través de formas intermedias, de modo que resulta un continuo entre las categorías. Además, las estructuras se pueden ver como procesos, es decir, combinaciones de procesos.
Botánica sistemática
La botánica sistemática es parte de la biología sistemática, que se ocupa del alcance y la diversidad de los organismos y sus relaciones, en particular según lo determinado por su historia evolutiva. Implica, o está relacionado con, la clasificación biológica, la taxonomía científica y la filogenia. La clasificación biológica es el método por el cual los botánicos agrupan organismos en categorías tales como géneros o especies. La clasificación biológica es una forma de taxonomía científica. La taxonomía moderna tiene sus raíces en el trabajo de Carl Linnaeus, que agrupaba las especies de acuerdo con las características físicas compartidas. Desde entonces, estas agrupaciones se han revisado para alinearse mejor con el principio darwinista de descendencia común: agrupando organismos por ascendencia en lugar de características superficiales. Si bien los científicos no siempre coinciden en cómo clasificar los organismos, la filogenética molecular, que utiliza secuencias de ADN como datos, ha impulsado muchas revisiones recientes a lo largo de líneas evolutivas y es probable que continúe haciéndolo. El sistema de clasificación dominante se llama taxonomía de Linnaean. Incluye rangos y nomenclatura binomial. La nomenclatura de organismos botánicos está codificada en el Código Internacional de Nomenclatura para algas, hongos y plantas (ICN) y administrada por el Congreso Botánico Internacional.
Kingdom Plantae pertenece al dominio Eukarya y se divide recursivamente hasta que cada especie se clasifique por separado. El orden es: Reino; Filo (o División); Clase; Orden; Familia; Género ( géneros plural ); Especies. El nombre científico de una planta representa su género y su especie dentro del género, lo que da como resultado un único nombre mundial para cada organismo. Por ejemplo, el lirio tigre es Lilium columbianum . Lilium es el género y columbianum el epíteto específico. La combinación es el nombre de la especie. Al escribir el nombre científico de un organismo, es apropiado escribir en mayúscula la primera letra del género y poner todo el epíteto específico en minúscula. Además, el término completo se pone en cursiva ordinariamente (o subrayado cuando las cursivas no están disponibles).
Las relaciones evolutivas y la herencia de un grupo de organismos se llama su filogenia. Los estudios filogenéticos intentan descubrir filogenias. El enfoque básico es usar similitudes basadas en la herencia compartida para determinar las relaciones. Como ejemplo, las especies de Pereskia son árboles o arbustos con hojas prominentes. No se parecen obviamente a un cactus sin hojas típico, como un Echinocactus . Sin embargo, tanto Pereskia como Echinocactus tienen espinas producidas a partir de areolas (estructuras tipo almohadilla altamente especializadas) lo que sugiere que los dos géneros están realmente relacionados.
Juzgar las relaciones basadas en personajes compartidos requiere cuidado, ya que las plantas pueden parecerse entre sí a través de una evolución convergente en la que los personajes han surgido de forma independiente. Algunas euforbias tienen cuerpos redondos y sin hojas adaptados a la conservación del agua similares a los de los cactus globulares, pero caracteres como la estructura de sus flores dejan en claro que los dos grupos no están estrechamente relacionados. El método cladístico adopta un enfoque sistemático para los personajes, y distingue entre aquellos que no llevan información sobre la historia evolutiva compartida, como los evolucionados por separado en diferentes grupos (homoplasias) o los restos de antepasados (plesiomorfías) y los caracteres derivados, que han sido transmitido desde innovaciones en un ancestro compartido (apomorfías). Solo caracteres derivados, como las areolas de cactus productoras de espinas, proporcionar evidencia de descendencia de un ancestro común. Los resultados de los análisis cladísticos se expresan como cladogramas: diagramas en forma de árbol que muestran el patrón de ramificación y descenso evolutivo.
Desde la década de 1990 en adelante, el enfoque predominante para la construcción de filogenias para plantas vivas ha sido la filogenética molecular, que utiliza caracteres moleculares, particularmente secuencias de ADN, en lugar de caracteres morfológicos como la presencia o ausencia de espinas y areolas. La diferencia es que el código genético en sí se utiliza para decidir las relaciones evolutivas, en lugar de ser utilizado indirectamente a través de los personajes que origina. Clive Stace describe que esto tiene "acceso directo a la base genética de la evolución". Como ejemplo simple, antes del uso de la evidencia genética, se pensaba que los hongos eran plantas o estaban más estrechamente relacionados con las plantas que con los animales.
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En 1998, Angiosperm Phylogeny Group publicó una filogenia para plantas con flores basada en un análisis de secuencias de ADN de la mayoría de las familias de plantas con flores. Como resultado de este trabajo, muchas preguntas, como qué familias representan las ramas más antiguas de las angiospermas, ahora se han respondido. Investigar cómo las especies de plantas están relacionadas entre sí les permite a los botánicos comprender mejor el proceso de evolución en las plantas. A pesar del estudio de las plantas modelo y el creciente uso de pruebas de ADN, existe un trabajo continuo y una discusión entre los taxonomistas sobre la mejor manera de clasificar las plantas en varios taxones. Los avances tecnológicos, como las computadoras y los microscopios electrónicos, han aumentado considerablemente el nivel de detalle estudiado y la velocidad a la que se pueden analizar los datos.
Obtenido de: https://en.wikipedia.org/wiki/Botany