Pianta

Definizione di pianta

(botanica) Qualsiasi organismo eucariota del regno biologico Plantae, caratterizzato dall’essere fotosintetico e con una parete cellulare rigida. Etimologia: dal latino planta (“germoglio, germoglio, talea”).

Caratteristiche delle piante

Una pianta si riferisce a qualsiasi eucariota che appartiene al regno biologico Plantae. Le piante, in senso stretto, sono embriofite che comprendono le piante vascolari, le epatiche, le ornitiche e i muschi. Alcuni riferimenti meno rigorosi considerano le alghe verdi come piante. Le alghe verdi sono composte da specie unicellulari e multicellulari che hanno cloroplasti e parete cellulare. Le caratteristiche fondamentali elencate di seguito si concentrano sulle embriofite. Sono le seguenti:

• Le piante sono autotrofe. Producono il proprio cibo attraverso la fotosintesi. Sono capaci di catturare l’energia attraverso il pigmento verde (clorofilla) all’interno del cloroplasto, e di utilizzare l’anidride carbonica e l’acqua per produrre zuccheri come cibo e ossigeno come sottoprodotto. Come autotrofi, le piante sono spesso collocate all’inizio della catena alimentare. Sono etichettate come produttori. Servono come cibo ad altri organismi, compresi gli animali. Gli animali, al contrario, sono eterotrofi e hanno bisogno di consumare altri organismi per il loro sostentamento. Alcuni animali (in particolare, gli erbivori) dipendono esclusivamente dalle piante, mentre altri mangiano solo carne o un mix di materiale animale o vegetale. Poiché le piante sono in grado di produrre il proprio cibo, non si nutrono di animali per crescere e sopravvivere. L’eccezione è un gruppo di piante carnivore (per esempio la trappola di Venere) che catturano e si nutrono di prede animali, specialmente quando le condizioni sono meno favorevoli alla fotosintesi.
• Le piante sono eucarioti. Simili agli animali, le piante hanno un nucleo distinto, legato alla membrana, all’interno della cellula. Il nucleo è un organello che contiene i cromosomi che portano i geni. Altri organelli sospesi nel citoplasma di una cellula vegetale sono l’apparato di Golgi, il reticolo endoplasmatico, i lisosomi, i perossisomi e i plastidi.
• Le piante hanno plastidi. La presenza di plastidi all’interno di una cellula eucariotica è un’indicazione che si tratta più probabilmente di una pianta piuttosto che di un animale. Ci sono diversi tipi di plastidi. I cloroplasti sono plastidi contenenti clorofilla (pigmenti verdi) e coinvolti nella fotosintesi. I cromoplasti contengono pigmenti diversi dal verde e sono coinvolti nella sintesi e nell’immagazzinamento dei pigmenti. I sistemi di clorofilla assorbono energia luminosa a particolari lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico. I pigmenti sono anche responsabili della colorazione delle strutture delle piante (per esempio foglie verdi, fiori rossi, frutti gialli). I leucoplasti (per esempio amiloplasti, elaioplasti, proteinoplasti) sono plastidi non pigmentati. La loro funzione è principalmente quella di immagazzinare cibo. Le piante immagazzinano il cibo sotto forma di zucchero, per esempio l’amido.
• Le piante hanno un grande vacuolo all’interno della cellula. Questa struttura citoplasmatica è coinvolta nella regolazione della pressione di turgore.
• Le piante hanno pareti cellulari rigide oltre alla membrana plasmatica. La parete cellulare conferisce un ulteriore supporto strutturale alla cellula vegetale. Le piante possono non avere un sistema scheletrico come quello degli animali, ma la loro parete cellulare è composta principalmente da materiale cellulosico che aiuta a fornire supporto strutturale.
• Le piante hanno una divisione cellulare caratteristica in cui una piastra cellulare (fragmoplasto) separa le cellule figlie.
• Le piante non sono mobili come gli animali. Non hanno la capacità di spostarsi da un luogo all’altro a piacimento. Come tali, devono affrontare condizioni difficili, come il calore. Uno dei modi in cui sono in grado di resistere al calore è attraverso le loro pareti cellulari che impediscono al loro corpo di seccarsi. Nonostante questo, le piante esibiscono ancora il movimento, ma in un’altra forma. Per esempio, il movimento nastico è esemplificato dal ripiegamento delle foglioline della pianta Mimosa pudica quando viene toccata e la chiusura della foglia della Venus flytrap quando cattura una preda. Alcune piante (per esempio la Betula pendula – betulla argentata) farebbero addirittura cadere i loro rami e le loro foglie di notte come se stessero “dormendo”. Un’altra forma di movimento delle piante è il tropismo. Il tropismo, però, è più una risposta di crescita ad uno stimolo piuttosto che un movimento. Per esempio, le piante tendono a crescere verso la fonte di luce (fototropismo).
• Le piante hanno plasmodesmata. Mentre gli animali hanno giunzioni cellulari che tengono le cellule in un tessuto animale, le piante hanno plasmodesmata che agiscono come giunzioni cellulari tra cellule vegetali. La parete cellulare forma questi ponti citoplasmatici tra cellule adiacenti. Questi “ponti” facilitano la comunicazione tra le cellule e permettono la circolazione dei fluidi, aiutando così a mantenere la tonicità delle cellule vegetali.
• Le piante sono multicellulari, essendo costituite da molte cellule organizzate in tessuti e organi che svolgono una funzione specifica come unità. Gli organi vegetali sono specializzati per l’ancoraggio, il sostegno e la fotosintesi (per esempio radici, fusti, foglie, ecc.)
• Le piante sono capaci di una crescita illimitata attraverso i tessuti meristematici. Il tessuto è composto da cellule indeterminate che si dividono attivamente e che danno origine a tessuti differenziati come l’epidermide, i tricomi, il feltro e i tessuti vascolari.
• Le piante non hanno organi di senso ma possono percepire l’ambiente circostante, anche se in modo diverso. Le piante possono “vedere”, “sentire” e “odorare” nonostante la mancanza di occhi, orecchie e naso. Sembrano “sentire” e rispondere in modi non così ovvi come negli animali. Le piante possono non avere un sistema nervoso come quello degli animali, ma apparentemente hanno un sistema proprio basato su come rispondono all’ambiente circostante. L’Arabidopsis, per esempio, nonostante sia priva di occhi, possiede dei fotorecettori (almeno 11 tipi) che aiutano la pianta a rilevare la luce.1 In un altro esempio, l’erbivoro potrebbe istigare il rilascio di alcune sostanze chimiche sulla parte di pianta colpita.2 Si è anche osservato che le piante rilasciano sostanze chimiche di difesa che scoraggiano gli erbivori. Si è osservato che i pomodori rilasciano segnali volatili per avvertire le piante vicine di un imminente attacco degli erbivori.3
• Le piante si riproducono per via asessuata e sessuale. La riproduzione asessuata nelle piante avviene per gemmazione, frammentazione, fissione, formazione di spore, propagazione vegetativa, apomissia, ecc. La riproduzione sessuale coinvolge gameti maschili e femminili che si fondono alla fecondazione. In generale, il ciclo di vita delle piante incorpora l’alternanza delle generazioni, cioè l’alternanza delle fasi di sporofito e gametofito.
• Le piante “respirano”. Attraverso gli stomi, l’anidride carbonica dell’atmosfera entra nella cellula vegetale. Attraverso la fotosintesi, l’anidride carbonica viene convertita in ossigeno, che la pianta rilascia come sottoprodotto metabolico nell’atmosfera attraverso gli stomi.
• Le piante possono non avere altri sistemi biologici ben definiti, ma producono sostanze chimiche coinvolte nella difesa delle piante e nelle funzioni immunitarie e ormoni vegetali che agiscono come molecole di segnalazione.

Corpo della pianta

Le embriofite, in generale, hanno due sistemi di organi principali: (1) sistema di germogli e (2) sistema di radici. Il sistema dei germogli comprende le parti del corpo che si trovano nella parte superiore della pianta, mentre il sistema radicale consiste di parti del corpo che si trovano nella parte inferiore. Il sistema dei germogli può includere organi della pianta come steli, rami, foglie, fiori e frutti. Si trovano spesso sopra il terreno. Il sistema radicale include radici, tuberi e rizomi. Si trovano spesso sottoterra.

I tessuti delle piante sono:

• Tessuti embrionali o meristematici – tessuti vegetali costituiti da cellule indifferenziate e mitoticamente attive. Esempi sono il meristema apicale e il cambium
• Tessuti permanenti – tessuti vegetali costituiti da cellule differenziate. I tessuti permanenti possono essere ulteriormente classificati in fondamentali (ad esempio parenchima, collenchima, sclerenchima) e complessi (ad esempio tessuti floema e xilema)
• Tessuti riproduttivi – tessuti vegetali che sono coinvolti nella riproduzione. Esempio sono i tessuti sporigeni

Le cellule delle piante sono eucariotiche, cioè con nucleo ben definito. Il nucleo contiene i cromosomi che portano i geni. Oltre al nucleo, gli altri organelli sono il reticolo endoplasmatico, l’apparato di Golgi, i mitocondri, i lisosomi e i plastidi. I plastidi possono essere classificati in base ai pigmenti: cloroplasti (con clorofilla, pigmento verde), cromoplasti (con pigmenti diversi dal verde) e leucoplasti (plastidi incolori). La grande struttura all’interno della cellula vegetale è il vacuolo. È responsabile della regolazione della pressione di turgore.

La membrana plasmatica circonda il citoplasma dove questi organelli sono sospesi. Oltre alla membrana plasmatica, la cellula ha un ulteriore strato chiamato parete cellulare. La parete cellulare, però, non è esclusiva delle embriofite. Altri organismi come funghi, alghe e alcuni batteri hanno pareti cellulari. La parete cellulare delle embriofite è composta da pareti cellulari primarie e secondarie. Una parete cellulare primaria contiene cellulosa, emicellulose e pectina. Una parete cellulare secondaria è uno strato più spesso. È ricca di lignina che rafforza e impermeabilizza la parete. La parete cellulare ha molti ruoli importanti e uno di questi è quello di aiutare a resistere alla pressione osmotica.

Quando una cellula vegetale è posta in una soluzione ipertonica, l’acqua si muove nella cellula e la fa gonfiare. La presenza della parete cellulare impedisce alla cellula di scoppiare durante l’osmosi eccessiva. Al contrario, quando una cellula vegetale è posta in una soluzione ipotonica, l’acqua si diffonde fuori dalla cellula, e la pressione di turgore si perde causando la flaccidità della cellula. Un’ulteriore perdita di acqua porterà alla plasmolisi e infine alla citorrea, il collasso completo della parete cellulare.

Oltre all’osmoregolazione, i processi fisiologici fondamentali che le piante svolgono comprendono la fotosintesi, la respirazione, la traspirazione, i tropismi, i movimenti nastici, il fotoperiodismo, i ritmi circadiani, la germinazione dei semi e la dormienza.

Genomica vegetale

Le piante hanno grandi genomi. Tra i genomi delle piante che sono stati sequenziati, il genoma del grano Triticum asestivum è il più grande, con i suoi circa 94.000 geni.4

Ciclo vitale delle piante

Il ciclo vitale delle piante è composto da due generazioni: generazione di gametofiti e generazione di sporofiti. La fase di alternanza di forme diploidi e aploidi è chiamata alternanza di generazioni. Questo si osserva anche in alcune alghe come le Archaeplastida e le Heterokontophyta. Nelle alghe con alternanza di generazioni, lo sporofito e il gametofito sono organismi indipendenti.

Nelle embriofite, la generazione del gametofito è quella in cui la fase inizia con una spora che è aploide (n). La spora subisce una serie di divisioni mitotiche per dare origine a un gametofito. Un gametofito è una forma di pianta multicellulare aploide. Avrebbe un solo set di cromosomi. La fase del gametofito è la fase sessuale del ciclo vitale e quindi la pianta svilupperebbe organi sessuali che producono gameti, anch’essi aploidi. I gameti che partecipano alla fecondazione entrerebbero successivamente nella generazione sporofita caratterizzata dalla forma della pianta che è diploide in seguito all’unione dei gameti.

Nelle tracheofite (piante vascolari), lo sporofito è in forma multicellulare e la fase dominante. Così, lo sporofito comprende la pianta principale che vediamo. Al contrario, nelle briofite (ad esempio muschi ed epatiche), il gametofito è dominante, e quindi è la pianta principale che percepiamo.

In generale, le fasi di vita delle tracheofite iniziano da un seme che si sviluppa in una marza quando le condizioni sono favorevoli alla crescita. La marza cresce producendo foglie e facendo crescere fusti e rami. Si sviluppa in una pianta adulta che alla fine produce fiori. I fiori portano cellule sessuali come gli spermatozoi nei grani di polline e gli ovuli negli ovuli dell’ovario. L’unione delle cellule sessuali dà luogo a uno zigote contenuto all’interno del seme. Le piante monoiche portano entrambe le cellule sessuali, mentre le piante dioiche portano solo un tipo di cellula sessuale.

Le piante possono anche riprodursi asessualmente. Lo fanno senza coinvolgere i gameti. Con la riproduzione asessuata, nuove piante nascono per mezzo di gemmazione, frammentazione, fissione, formazione di spore, propagazione vegetativa e apomissia.

La senescenza vegetale si riferisce al processo di invecchiamento delle piante. Per esempio, l’ingiallimento delle foglie avviene come risultato della degradazione della clorofilla, lasciando così solo i carotenoidi, durante la senescenza delle foglie. Tuttavia, alcune piante possono continuare a formare nuove foglie, come nelle piante decidue.

Ecologia vegetale

Siccome le piante sono capaci di fotosintesi, non hanno bisogno di cacciare o nutrirsi di animali per il cibo (ad eccezione delle piante carnivore). Possono fabbricare il proprio cibo utilizzando l’energia della luce, l’anidride carbonica dell’atmosfera e le molecole d’acqua. Tuttavia, una delle fonti di anidride carbonica sono i rifiuti che gli animali espirano durante la respirazione. In cambio, emettono ossigeno come prodotto di scarto della fotosintesi. L’ossigeno è fondamentale per la sopravvivenza degli organismi aerobici, compresi gli animali.

Le piante traggono altri nutrienti vitali dai minerali disciolti nel suolo. Li assorbono attraverso le loro radici. Alcuni dei macronutrienti che derivano dal suolo sono calcio, magnesio, azoto, fosforo, potassio e zolfo. Per quanto riguarda i micronutrienti, le piante assorbono boro, cloruro, rame, ferro, manganese e molibdeno. Così, le parti morte di, o intere, piante portano alla loro decomposizione e al ritorno di minerali e composti essenziali alla Terra.

A causa del loro senso di indipendenza, sono spesso poste all’inizio di una catena alimentare. Sono i principali produttori in un ecosistema. Così, l’estinzione di specie vegetali può causare un grande impatto su un ecosistema. La Lista Rossa delle Specie Minacciate dell’Unione Internazionale per la Conservazione della Natura (IUCN), un sistema di valutazione dello stato di conservazione delle specie nel mondo, ha utilizzato un sistema di etichettatura delle specie basato sul rischio di estinzione. Di conseguenza, le specie possono essere classificate come: “data deficient”, “least concern”, “near-threatened”, “vulnerable”, “endangered”, “critically endangered”, “regionally extinct”, “extinct in the wild”, e “extinct”. Nel 2016, la IUCN ha segnalato che 2.493 piante erano in pericolo critico, mentre 3.654 piante sono in pericolo.5
Le piante interagiscono con altri organismi e formano simbiosi. Gli esempi sono i seguenti:

• mutualismo – ad es. piante che forniscono nettare alle api mentre le api aiutano a diffondere i grani di polline della pianta
• predazione – per esempio piante carnivore che catturano insetti e piccoli animali
• competizione – per esempio piante che competono con altre piante per l’habitat in termini di spazio disponibile e nutrienti
• commensalismo – per esempio frutti di piante che si attaccano al pelo degli animali per il trasporto libero
• parassitismo – per esempiog. piante parassite che traggono nutrimento dal loro ospite, come Cuscuta (dodder) che si attacca e produce haustorie che assorbono nutrimento da un albero di acacia

Nel 2011, il Census of Marine Life ha stimato che ci potrebbero essere circa 8,7 milioni di specie eucariote sulla Terra, e di questa cifra, circa 298.000 è stato previsto essere il numero totale di specie di piante. 215, 644 erano già state descritte e catalogate .6

Evoluzione delle piante

Secondo la teoria endosimbiotica, organelli come plastidi e mitocondri rappresentano i procarioti precedentemente liberi. I cloroplasti sembrano essere legati ai cianobatteri procarioti. La base è la somiglianza strutturale tra cianobatteri e cloroplasti. Inoltre, entrambi hanno gli stessi pigmenti fotosintetici e una singola molecola di DNA circolare come genoma. Apparentemente, gli eventi endosimbiotici hanno portato alla comparsa dei primi eucarioti fotosintetici un miliardo di anni fa. Si ritiene che le cariofite (un sottogruppo di alghe verdi) siano quelle da cui sono emerse le embriofite. Le cariofite e le embriofite condividono molti tratti simili, ad esempio la formazione del fragmoplasto durante la mitosi.

Di seguito è riportata una breve linea temporale dell’evoluzione delle embriofite:

• Eone Fanerozoico ” Era Paleozoica ” Periodo Ordoviciano: Nel periodo Ordoviciano (da 485 milioni di anni a 440 milioni di anni fa), apparvero le prime embriofite (piante terrestri).
• Eone Fanerozoico ” Era Paleozoica ” Periodo Devoniano: Nel periodo Devoniano (da 415 milioni di anni a 360 milioni di anni fa), piante primitive, alberi e foreste simili ad arbusti dominarono la terra e fornirono nuovi habitat agli animali terrestri. La felce Elkinsia ha sviluppato i semi, in particolare nel tardo periodo Devoniano.
• Eone Fanerozoico ” Era Mesozoica: Questa era va da 252 milioni a 66 milioni di anni fa. Nel Triassico (circa 200 milioni di anni fa) appaiono le piante da fiore.
• Eone Fanerozoico ” Era Cenozoica: Questa era chiamata la “nuova vita” è l’era geologica più recente che va da 66 milioni di anni fa ai giorni nostri. Durante quest’era, a partire da circa 40 milioni di anni fa, apparvero le erbe. Queste piante e molti altri gruppi di piante hanno evoluto un nuovo meccanismo di metabolismo per sopravvivere alla bassa CO2 e alle condizioni aride dei tropici.

Fonte consigliata: Darwin Reviews – la serie di recensioni più prestigiosa del Journal of Experimental Botany e argomenti scelti con cura nei campi di ricerca più avanzati.

Tassonomia delle piante

La definizione iniziale di piante include le alghe verdi, i funghi e gli embriofiti poiché tutti hanno cloroplasti e parete cellulare. Tuttavia, le alghe e i funghi alla fine sono stati spostati nei loro rispettivi regni.

In senso stretto, le piante (cioè Plantae sensu strictissimo) sono quelle che fondamentalmente sono multicellulari, con pareti cellulari contenenti cellulosa, e hanno cloroplasti per la fotosintesi. In questo caso, il regno Plantae comprende le embriofite, come le piante vascolari, le epatiche, i muschi e altre piante fossili che condividono le stesse caratteristiche.

Plantae sensu stricto (“piante, in senso stretto”) include le embriofite e le alghe verdi (Chlorophyta e Charophyta). Questa è ancora una definizione ampiamente riconosciuta di piante. Esse costituiscono il clade Viridiplantae (o Chlorobionta), che è comunemente chiamato le piante verdi. Le diverse divisioni del regno Plantae sensu stricto sono le seguenti:

• Chlorophyta
• Charophyta
• Marchantiophyta (epatiche)
• Anthocerotophyta (hornworts)
• Bryophyta (mosses)
• Lycopodiophyta (club mosses)
• Pteridophyta (ferns, felci frullate, ed equiseti)
• Cycadophyta (cicadi)
• Ginkgophyta (ginkgo)
• Pinophyta (conifere)
• Gnetophyta (gnetofite)
• Magnoliophyta (piante da fiore)

Significato

Le piante sono essenziali per la vita di diversi organismi poiché sono i produttori nella catena alimentare. Conservano l’amido. Servono anche come fonte importante di minerali e composti.

Le piante servono come habitat a certi organismi (per esempio insetti e organismi arboricoli). Sono anche la principale fonte di ossigeno di cui gli animali aerobi hanno bisogno per vivere.

Alcune piante hanno proprietà medicinali. Il dente di leone (Taraxacum officinale) come blando lassativo, la piantaggine (Plantago major) per ridurre l’infiammazione e il dolore, e la bardana (Arctium minus) radici e foglie per alleviare l’eczema o la pelle screpolata sono solo alcune delle molteplici piante medicinali.

L’uomo usa le piante per la fabbricazione di diversi prodotti come oli essenziali, pigmenti, resine, tannini, alcaloidi, ambra, cere, cosmetici, plastica, gomma, vernice, lubrificanti, inchiostri e così via.
Il legno delle piante è usato nella costruzione di edifici, strumenti musicali, barche e mobili. Viene anche usato per fare la carta.

Ricerca

La branca della scienza che studia le piante è chiamata botanica (o biologia vegetale). Un esperto in questo campo è chiamato botanico. Alcune delle aree di studio sono morfoanatomia, citologia, istologia, fisiologia, ecologia, evoluzione, tassonomia e patologia. Diversi gruppi di piante hanno portato a sottodiscipline come:

• Paleobotanica – lo studio delle piante fossili
• Algologia – lo studio delle alghe
• Micologia – lo studio dei funghi
• Briologia – lo studio di muschi, epatiche,
• Pteridologia – lo studio delle felci
• Palinologia – lo studio dei grani di polline e delle spore

La botanica applicata si occupa degli usi commerciali ed economici delle piante. Comprende l’agricoltura (es. agronomia, orticoltura, allevamento di piante), la silvicoltura (es. dendrologia, tecnologia del legno), la botanica farmaceutica e l’architettura del paesaggio.

Classificazione scientifica

• Dominio: Eukaryota
• (non classificato): Archaeplastida
• Kingdom: Plantae Copeland, 1956

Vedi anche

• Botanica
• Funghi
• Alghe
• Animali

Riferimento

1. Gabbatiss, J. (2017, 1 gennaio). Le piante possono vedere, sentire e annusare – e rispondere. Retrieved from http://www.bbc.com/earth/story/20170109-plants-can-see-hear-and-smell-and-respond
2. Plant sets off “SOS” for plant defense when it gets hurt – Biology Blog & Dictionary Online. (2018, 22 settembre). Retrieved from https://www.biologyonline.com/plant-sets-off-sos-for-plant-defense
3. Mescher, M. C., & De Moraes, C. M. (2014). Passare le munizioni. Natura, 510(7504), 221-222. https://doi.org/10.1038/510221a
4. Brenchley, R., Spannagl, M., Pfeifer, M., Barker, G. L. A., D’Amore, R., Allen, A. M., Hall, N., et al. (2012). Analisi del genoma del grano del pane utilizzando il sequenziamento shotgun whole-genome. Natura, 491(7426), 705-710. https://doi.org/10.1038/nature11650
5. Criticamente in pericolo (CR). (2016). Recuperato da http://cmsdocs.s3.amazonaws.com/summarystats/2016-2_Summary_Stats_Page_Documents/2016_2_RL_Stats_Table_2.pdf
6. Censimento della vita marina. (2011, 24 agosto). Quante specie sulla Terra? Circa 8,7 milioni, dice una nuova stima. ScienceDaily. Retrieved from http://www.sciencedaily.com/releases/2011/08/110823180459.htm

Ulteriori letture

• Propagazione vegetale vegetativa – Science Learning Hub. (Leggi questo per conoscere i vari modi di propagare una pianta attraverso metodi asessuati.)

Note

La classificazione tassonomica degli organismi può cambiare in base alle nuove scoperte.