Hay alrededor de 380.000 especies conocidas de plantas, de las cuales la mayoría, unas 260.000, producen semillas . Varían en tamaño desde células individuales hasta los árboles más altos. Las plantas verdes proporcionan una proporción sustancial del oxígeno molecular del mundo; los azúcares que crean suministran energía para la mayoría de los ecosistemas de la Tierra y otros organismos , incluidos los animales, consumen plantas directamente o dependen de organismos que lo hacen.
Todos los seres vivos se clasificaban tradicionalmente en uno de dos grupos: plantas y animales . Esta clasificación data de Aristóteles (384-322 a. C.), quien distinguía en su biología diferentes niveles de seres , [5] en función de si los seres vivos tenían un "alma sensible" o, como las plantas, sólo un "alma vegetativa". [6] Teofrasto , alumno de Aristóteles, continuó su trabajo en taxonomía y clasificación de plantas. [7] Mucho más tarde, Linneo (1707-1778) creó la base del sistema moderno de clasificación científica , pero conservó los reinos animal y vegetal , nombrando al reino vegetal Vegetabilia. [7]
Conceptos alternativos
Cuando el nombre Plantae o planta se aplica a un grupo específico de organismos o taxones , generalmente se refiere a uno de cuatro conceptos. De menos a más inclusivo, estos cuatro grupos son:
Hay alrededor de 382.000 especies de plantas aceptadas, [15] de las cuales la gran mayoría, unas 283.000, producen semillas . [16] La siguiente tabla muestra algunas estimaciones del recuento de especies de diferentes divisiones de plantas verdes (Viridiplantae) . Aproximadamente entre el 85% y el 90% de todas las plantas son plantas con flores. Actualmente, varios proyectos están intentando recopilar registros de todas las especies de plantas en bases de datos en línea, por ejemplo, World Flora Online . [15] [17]
Los ancestros de las plantas terrestres evolucionaron en el agua. Una espuma de algas se formó en la tierra hace 1.200 millones de años , pero no fue hasta el Ordovícico , hace unos 450 millones de años , cuando aparecieron las primeras plantas terrestres, con un nivel de organización como el de las briófitas. [34] [35] Sin embargo, la evidencia de las proporciones de isótopos de carbono en rocas precámbricas sugiere que plantas complejas se desarrollaron hace más de 1000 millones de años. [36]
Las plantas terrestres primitivas comenzaron a diversificarse a finales del Silúrico , hace unos 420 millones de años . Luego aparecen briófitos, musgos y helechos en el registro fósil. [37] La anatomía de las plantas tempranas se conserva en detalle celular en un conjunto de fósiles del Devónico temprano del pedernal de Rhynie . Estas primeras plantas se conservaron petrificadas en pedernal formado en aguas termales volcánicas ricas en sílice. [38]
A finales del Devónico, la mayoría de las características básicas de las plantas actuales estaban presentes, incluidas raíces, hojas y madera secundaria en árboles como Archaeopteris . [39] [40] El Período Carbonífero vio el desarrollo de bosques en ambientes pantanosos dominados por musgos y colas de caballo, incluidos algunos tan grandes como árboles, y la aparición de las primeras gimnospermas , las primeras plantas con semillas . [41] El evento de extinción del Permo-Triásico cambió radicalmente las estructuras de las comunidades. [42] Esto puede haber preparado el escenario para la evolución de las plantas con flores en el Triásico ( hace ~ 200 millones de años ), con una radiación adaptativa en el Cretácico tan rápida que Darwin lo llamó un " misterio abominable ". [43] [44] [45] Las coníferas se diversificaron desde el Triásico Tardío en adelante y se convirtieron en una parte dominante de las floras del Jurásico . [46] [47]
En 2019 se propuso una filogenia basada en genomas y transcriptomas de 1.153 especies de plantas. [48] La ubicación de los grupos de algas está respaldada por filogenias basadas en genomas de Mesostigmatophyceae y Chlorokybophyceae que desde entonces han sido secuenciados. Tanto las "algas clorofitas" como las "algas estreptofitas" se tratan como parafiléticas (barras verticales al lado del diagrama de árbol filogenético) en este análisis, ya que las plantas terrestres surgieron dentro de esos grupos. [49] [50] La clasificación de Bryophyta está respaldada por Puttick et al. 2018, [51] y por filogenias que involucran los genomas de hornwort que también han sido secuenciados desde entonces. [52] [53]
La mayoría de las plantas son multicelulares . Las células vegetales se diferencian en múltiples tipos de células, formando tejidos como el tejido vascular con xilema y floema especializados de las venas de las hojas y los tallos , y órganos con diferentes funciones fisiológicas como las raíces para absorber agua y minerales, los tallos para soportar y transportar agua y sintetizarla. moléculas, hojas para la fotosíntesis y flores para la reproducción. [55]
Fotosíntesis
Las plantas realizan la fotosíntesis , fabricando moléculas de alimentos ( azúcares ) utilizando energía obtenida de la luz . Las células vegetales contienen clorofilas dentro de sus cloroplastos, que son pigmentos verdes que se utilizan para capturar la energía luminosa. La ecuación química de extremo a extremo para la fotosíntesis es: [56]
Esto hace que las plantas liberen oxígeno a la atmósfera. Las plantas verdes proporcionan una proporción sustancial del oxígeno molecular del mundo, junto con las contribuciones de las algas fotosintéticas y las cianobacterias. [57] [58] [59]
Las plantas que han adoptado secundariamente un estilo de vida parásito pueden perder los genes implicados en la fotosíntesis y la producción de clorofila. [60]
Crecimiento y reparación
El crecimiento está determinado por la interacción del genoma de una planta con su entorno físico y biótico. [61] Los factores del entorno físico o abiótico incluyen la temperatura , el agua , la luz, el dióxido de carbono y los nutrientes del suelo. [62] Los factores bióticos que afectan el crecimiento de las plantas incluyen el hacinamiento, el pastoreo, bacterias y hongos simbióticos beneficiosos y ataques de insectos o enfermedades de las plantas . [63]
Las heladas y la deshidratación pueden dañar o matar las plantas. Algunas plantas tienen proteínas anticongelantes , proteínas de choque térmico y azúcares en su citoplasma que les permiten tolerar estos estreses . [64] Las plantas están continuamente expuestas a una variedad de estreses físicos y bióticos que causan daño al ADN , pero pueden tolerar y reparar gran parte de este daño. [sesenta y cinco]
Reproducción
Las plantas se reproducen para generar descendencia, ya sea sexualmente , involucrando gametos , o asexualmente , involucrando crecimiento ordinario. Muchas plantas utilizan ambos mecanismos. [66]
Cuando se reproducen sexualmente, las plantas tienen ciclos de vida complejos que implican alternancia de generaciones . Una generación, el esporofito , que es diploide (con 2 juegos de cromosomas ), da lugar a la siguiente generación, el gametofito , que es haploide (con un juego de cromosomas). Algunas plantas también se reproducen asexualmente mediante esporas . En algunas plantas sin flores, como los musgos, el gametofito sexual forma la mayor parte de la planta visible. [67] En las plantas con semillas (gimnospermas y plantas con flores), el esporofito forma la mayor parte de la planta visible y el gametofito es muy pequeño. Las plantas con flores se reproducen sexualmente utilizando flores, que contienen partes masculinas y femeninas: estas pueden estar dentro de la misma flor ( hermafrodita ), en diferentes flores de la misma planta o en diferentes plantas . El polen produce gametos masculinos que ingresan al óvulo para fertilizar el óvulo del gametofito femenino. La fertilización tiene lugar dentro de los carpelos u ovarios , que se convierten en frutos que contienen semillas . Los frutos pueden dispersarse enteros o pueden abrirse y las semillas dispersarse individualmente. [68]
Las plantas se reproducen asexualmente mediante el crecimiento de cualquiera de una amplia variedad de estructuras capaces de convertirse en nuevas plantas. En el caso más simple, plantas como musgos o hepáticas se pueden dividir en pedazos, cada uno de los cuales puede volver a crecer hasta convertirse en plantas enteras. La propagación de plantas con flores mediante esquejes es un proceso similar. Estructuras como corredores permiten que las plantas crezcan para cubrir un área, formando un clon . Muchas plantas desarrollan estructuras de almacenamiento de alimentos, como tubérculos o bulbos , cada uno de los cuales puede convertirse en una nueva planta. [69]
Algunas plantas sin flores, como muchas hepáticas, musgos y algunos musgos, junto con algunas plantas con flores, desarrollan pequeños grupos de células llamadas gemas que pueden desprenderse y crecer. [70] [71]
Resistencia a las enfermedades
Las plantas utilizan receptores de reconocimiento de patrones para reconocer patógenos como las bacterias que causan enfermedades en las plantas. Este reconocimiento desencadena una respuesta protectora. Los primeros receptores de plantas de este tipo se identificaron en el arroz [72] y en Arabidopsis thaliana . [73]
Genómica
Las plantas tienen algunos de los genomas más grandes entre todos los organismos. [74] El genoma vegetal más grande (en términos de número de genes) es el del trigo ( Triticum aestivum ), que se predice que codifica ≈94.000 genes [75] y, por lo tanto, casi cinco veces más que el genoma humano . El primer genoma de una planta secuenciado fue el de Arabidopsis thaliana , que codifica unos 25.500 genes. [76] En términos de secuencia de ADN pura, el genoma más pequeño publicado es el de la vejiga carnívora ( Utricularia gibba) con 82 Mb (aunque todavía codifica 28.500 genes) [77] mientras que el más grande, del abeto noruego ( Picea abies ) , se extiende sobre 19,6 Gb (codifica alrededor de 28.300 genes). [78]
Las plantas se distribuyen en casi todo el mundo. Si bien habitan en varios biomas que pueden dividirse en multitud de ecorregiones , [79] sólo las plantas resistentes de la flora antártica , compuestas por algas, musgos, hepáticas, líquenes y sólo dos plantas con flores, se han adaptado a las condiciones predominantes en ese continente austral. [80]
Las plantas son a menudo el componente físico y estructural dominante de los hábitats donde se encuentran. Muchos de los biomas de la Tierra reciben su nombre por el tipo de vegetación porque las plantas son los organismos dominantes en esos biomas, como los pastizales , la sabana y la selva tropical . [81]
productores primarios
La fotosíntesis realizada por plantas terrestres y algas es la fuente fundamental de energía y material orgánico en casi todos los ecosistemas. La fotosíntesis, primero realizada por las cianobacterias y luego por los eucariotas fotosintéticos, cambió radicalmente la composición de la atmósfera anóxica de la Tierra primitiva, que como resultado ahora tiene un 21% de oxígeno . Los animales y la mayoría de los demás organismos son aeróbicos y dependen del oxígeno; aquellos que no lo hacen están confinados a ambientes anaeróbicos relativamente raros . Las plantas son los productores primarios en la mayoría de los ecosistemas terrestres y forman la base de la red alimentaria en esos ecosistemas. [82] Las plantas forman alrededor del 80% de la biomasa mundial con alrededor de 450 gigatoneladas (4,4 × 10 11 toneladas largas; 5,0 × 10 11 toneladas cortas) de carbono. [83]
Relaciones ecológicas
Numerosos animales han coevolucionado con las plantas; Las plantas con flores han desarrollado síndromes de polinización , conjuntos de rasgos florales que favorecen su reproducción . Muchos, incluidos insectos y aves , son polinizadores , visitan flores y transfieren accidentalmente polen a cambio de alimento en forma de polen o néctar . [84]
Muchos animales dispersan semillas que están adaptadas para dicha dispersión. Se han desarrollado varios mecanismos de dispersión. Algunas frutas ofrecen capas externas nutritivas y atractivas para los animales, mientras que las semillas están adaptadas para sobrevivir el paso por el intestino del animal; otros tienen ganchos que les permiten adherirse al pelaje de un mamífero. [85] Las mirmecófitas son plantas que han coevolucionado con las hormigas . La planta proporciona hogar y, a veces, alimento a las hormigas. A cambio, las hormigas defienden la planta de los herbívoros y, a veces, de las plantas competidoras. Los desechos de las hormigas sirven como fertilizante orgánico . [86]
La mayoría de especies de plantas tienen hongos asociados a sus sistemas radiculares en una simbiosis mutualista conocida como micorriza . Los hongos ayudan a las plantas a obtener agua y nutrientes minerales del suelo, mientras que la planta les proporciona carbohidratos fabricados en la fotosíntesis. [87]
Algunas plantas sirven como hogar para hongos endofíticos que protegen a la planta de los herbívoros mediante la producción de toxinas. El hongo endófito Neotyphodium coenophialum en el pasto de festuca alta tiene estatus de plaga en la industria ganadera estadounidense. [88]
Muchas legumbres tienen bacterias fijadoras de nitrógeno Rhizobium en los nódulos de sus raíces, que fijan el nitrógeno del aire para que lo utilice la planta; a cambio, las plantas suministran azúcares a las bacterias. [89] El nitrógeno fijado de esta manera puede estar disponible para otras plantas y es importante en la agricultura; por ejemplo, los agricultores pueden cultivar una rotación de cultivos de una leguminosa como los frijoles, seguida de un cereal como el trigo, para proporcionar cultivos comerciales con un aporte reducido de fertilizantes nitrogenados . [90]
Alrededor del 1% de las plantas son parásitas . Van desde el muérdago semiparásito que simplemente toma algunos nutrientes de su huésped, pero aún tiene hojas fotosintéticas, hasta el jopo y la hierba de dientes , totalmente parásitos, que adquieren todos sus nutrientes a través de conexiones con las raíces de otras plantas, por lo que no tienen clorofila. . Los parásitos completos pueden ser extremadamente dañinos para sus plantas huéspedes. [91]
Se llaman epífitas a las plantas que crecen sobre otras plantas, normalmente árboles, sin parasitarlas . Estos pueden sustentar diversos ecosistemas arbóreos. Algunos pueden dañar indirectamente a su planta huésped, por ejemplo, al interceptar la luz. Las hemiepífitas como el higo estrangulador comienzan como epífitas, pero eventualmente echan sus propias raíces y dominan y matan a su huésped. Muchas orquídeas , bromelias , helechos y musgos crecen como epífitas. [92] Entre las epífitas, las bromelias acumulan agua en las axilas de sus hojas; Estas cavidades llenas de agua pueden sustentar complejas redes alimentarias acuáticas. [93]
Unas 630 especies de plantas son carnívoras , como la venus atrapamoscas ( Dionaea muscipula ) y la drosera ( especie Drosera ). Atrapan animales pequeños y los digieren para obtener nutrientes minerales, especialmente nitrógeno y fósforo . [94]
La competencia por los recursos compartidos reduce el crecimiento de una planta. [95] [96] Los recursos compartidos incluyen luz solar, agua y nutrientes. La luz es un recurso crítico porque es necesaria para la fotosíntesis. [95] Las plantas usan sus hojas para proteger a otras plantas de la luz solar y crecen rápidamente para maximizar su propia exposición. [95] El agua también es esencial para la fotosíntesis; Las raíces compiten para maximizar la absorción de agua del suelo. [97] Algunas plantas tienen raíces profundas que pueden localizar agua almacenada a gran profundidad bajo tierra, y otras tienen raíces menos profundas que son capaces de extenderse distancias más largas para recolectar agua de lluvia reciente. [97]
Los minerales son importantes para el crecimiento y desarrollo de las plantas. [98] Los nutrientes comunes por los que compiten entre las plantas incluyen nitrógeno, fósforo y potasio. [99]
Los recursos estructurales y las fibras de las plantas se utilizan para construir viviendas y confeccionar ropa. La madera se utiliza para edificios, barcos y muebles, y para artículos más pequeños como instrumentos musicales y equipos deportivos. La madera se despulpa para fabricar papel y cartón . [118] La tela suele estar hecha de algodón , lino , ramio o fibras sintéticas como el rayón , derivadas de la celulosa vegetal. El hilo utilizado para coser telas también proviene en gran parte del algodón. [119]
Se cultivan miles de especies de plantas por su belleza y para brindar sombra, modificar las temperaturas, reducir el viento, disminuir el ruido, brindar privacidad y reducir la erosión del suelo. Las plantas son la base de una industria turística de miles de millones de dólares al año, que incluye viajes a jardines históricos , parques nacionales , selvas tropicales , bosques con coloridas hojas otoñales y festivales como los de Japón [120] y los festivales de los cerezos en flor en Estados Unidos . [121]
El estudio tradicional de las plantas es la ciencia de la botánica . [123] La investigación biológica básica a menudo ha utilizado plantas como organismos modelo . En genética , el cultivo de plantas de guisantes permitió a Gregor Mendel derivar las leyes básicas que rigen la herencia , [124] y el examen de los cromosomas del maíz permitió a Barbara McClintock demostrar su conexión con los rasgos heredados. [125] La planta Arabidopsis thaliana se utiliza en laboratorios como organismo modelo para comprender cómo los genes controlan el crecimiento y desarrollo de las estructuras vegetales. [126] Los anillos de los árboles proporcionan un método de datación en arqueología y un registro de climas pasados . [127] El estudio de los fósiles de plantas, o paleobotánica , proporciona información sobre la evolución de las plantas, reconstrucciones paleogeográficas y cambios climáticos pasados. Los fósiles de plantas también pueden ayudar a determinar la edad de las rocas. [128]
En mitología, religión y cultura.
Las plantas, incluidos los árboles, aparecen en la mitología , la religión y la literatura . [129] [130] [131] En múltiples religiones indoeuropeas , siberianas y nativas americanas , el motivo del árbol del mundo se representa como un árbol colosal que crece en la tierra, sostiene los cielos y con sus raíces llegan al inframundo . También puede aparecer como un árbol cósmico o un árbol de águila y serpiente. [132] [133] Las formas del árbol del mundo incluyen el árbol arquetípico de la vida , que a su vez está conectado con el concepto euroasiático del árbol sagrado . [134] Otro motivo antiguo muy extendido, que se encuentra, por ejemplo, en Irán, tiene un árbol de la vida flanqueado por un par de animales enfrentados . [135]
Las flores se utilizan a menudo como monumentos conmemorativos, obsequios y para conmemorar ocasiones especiales como nacimientos, defunciones, bodas y días festivos. Se pueden utilizar arreglos florales para enviar mensajes ocultos . [136] Las plantas y especialmente las flores forman el tema de muchas pinturas. [137] [138]
Las malas hierbas son plantas comercial o estéticamente indeseables que crecen en entornos gestionados como la agricultura y los jardines. [139] La gente ha extendido muchas plantas más allá de sus áreas nativas; Algunas de estas plantas se han vuelto invasoras , dañando los ecosistemas existentes al desplazar a las especies nativas y, en ocasiones, convirtiéndose en malas hierbas de cultivo. [140]
Algunas plantas que producen polen transportado por el viento , incluidas las gramíneas, provocan reacciones alérgicas en personas que padecen fiebre del heno . [141] Muchas plantas producen toxinas para protegerse de los herbívoros . Las principales clases de toxinas vegetales incluyen alcaloides , terpenoides y fenólicos . [142] Estos pueden ser dañinos para los humanos y el ganado por ingestión [143] [144] o, como ocurre con la hiedra venenosa , por contacto. [145] Algunas plantas tienen efectos negativos sobre otras plantas, impidiendo el crecimiento de las plántulas o el crecimiento de plantas cercanas mediante la liberación de sustancias químicas alopáticas . [146]
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enlaces externos
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