Ho cercato di strutturare questo minicorso di botanica come un affascinante viaggio che ci condurrà sia nel futuro che nel passato.

È indispensabile tornare al momento immediatamente successivo all’origine della terra per comprendere la serie di eventi cha hanno portato, alla formazione di associazioni molecolari ed in seguito alle cellule che sono la più piccola unità della vita stessa.

Stanley Miller

Dall’esperimento del prof. Stanley si sono generate delle piccole microsfere proteinoidi esse possono contenere fino a 200 residui amminoacidici

I più antichi fossili terrestri ritrovati in alcune rocce dell’ Australia datate 3,5 miliardi di anni hanno rivelato la presenza di piccole cellule somiglianti a batteri

I primi a evolversi furono gli organismi eterotrofi (dal greco Heteros, altro e trophé, nutrimento) cioè quelli che si nutrono di molecole organiche e di altri organismi

Gli animali, i funghi, e molti altri organismi, tra i quali

alcuni batteri e protisti

sono eterotrofi

Con l’aumentare del numero degli organismi eterotrofi primitivi, le riserve di molecole alle quali per millenni avevano attinto, si assottigliarono progressivamente, dando inizio ad una competizione tra essi.Questa selezione naturale ha portato nel tempo alla nascita di organismi autotrofi, composti cioè da cellule in grado di fabbricare da sè le molecole ricche di energia partendo da sostanze organiche più semplici

Il più grande successo degli organismi autotrofi è quello di aver sviluppato un sistema per usare direttamente l’energia solare:

LA FOTOSINTESI(dal greco phòtós =luce, e sýyntesis = unione )

Sfruttando l’energia della luce del sole le piante costruiscono materia vivente utilizzando l’acqua (H2O) e l’anidride carbonica (CO2). L’acqua è assorbita dal suolo e l’anidride carbonica dall’aria e grazie alla clorofilla contenuta nelle foglie che assorbe l’energia solare rompono il legame che tiene unite le molecole d’acqua.

Legano l’idrogeno all’anidride carbonica per formare una nuova sostanza chiamata glucosio appartenente alla categoria dei carboidrati

Il glucosio, fondamentale per i vegetali, è la base con cui essi costruiscono altri carboidrati più complessi come l’amido, la cellulosa, il saccarosio e sostanze più complicate come proteine e grassi.

La fotosintesi ha indotto una modificazione

dell’atmosfera terrestre che, a sua volta, ha

influenzato l’evoluzione della vita. Il processo fotosintetico infatti

comporta il rilascio di molecole di ossigeno.

Questo ha permesso che le quantità di questo

prezioso gas aumentassero

progressivamente.

L’aumento di molecole di ossigeno ha avuto due importanti conseguenze:

Una parte di esse furono convertite in molecole di ozono, che assorbe i dannosi raggi ultravioletti del sole

L’ossigeno libero aprì la strada per una utilizzazione più efficace delle molecole organiche proprio attraverso l’utilizzo di questo preziosissimo gas, la respirazione

Prima che la terra divenisse aerobia le sole cellule presenti erano quelle procariote.

Cellule semplici che mancano di un involucro che contiene il nucleo e non hanno il materiale genetico organizzato in strutture complesse dette cromosomi

Con la teoria endosimbiontica, il genetista Lynn Margulis alla fine degli anni ottanta, spiegò la nascita delle cellule eucariote affermando che esse deriverebbero da antichi procarioti introdottisi in cellule più grandi

L’incremento di ossigeno libero fu accompagnato dalla comparsa delle prime cellule eucariote

Cellule con involucro nucleare,cromosomi complessi e organelli circondati da membrane come i mitocondri (respirazione), i cloroplasti (fotosintesi)

Gli organismi eucarioti sono formati da cellule più grandi e comparvero circa 1,5 milioni di anni fa

A eccezione degli archea(batteri estremofili) tutti gli organismi sono formati da una o più cellule eucariote.

Fossile di Cooksonia, una delle più antiche e semplici piante conosciute (risalente a 400/410 milioni di anni fa) consisteva in un piccolo fusto ramificato terminante construtture che producevano spore.

Sebbene tutti gli organismi siano costituiti da cellule, esiste un’incredibile varietà di forme viventi.

La specie umana condivide la terra con circa 5 milioni di differenti specie di organismi

Questi organismi vennero raggruppati all’inizio in base a criteri che sottolineavano modelli di somiglianze o differenze.

Classificare è un’esigenza fondamentale dell’uomo. Significa ordinare un insieme eterogeneo raggruppando i suoi elementi in categorie simili.

Generalmente si inizia coll’individuare una unità elementare comune .In botanica e zoologia questa è

“la specie”

La specie è una categoria astratta, artificiale, inventata dall’uomo col solo scopo di schematizzare una realtà in continua evoluzione

In botanica la specie si basa su caratteri morfologici,cioè esterni(forma delle foglie,presenza o meno del fusto e delle radici, tipo di riproduzione, presenza di fiore,frutto, ecc.)Parliamo cioè di

MORFOSPECIE

Ogni specie è individuata da un nome.

Il nome ci fornisce una notevole quantità di informazioni specifiche sulla specie

Tuttavia il nome comune spesso risulta impreciso, esso varia tra regione e regione, figuriamoci tra nazioni

Può essere funzionale per le specie più comuni di piante coltivate ma come fare per tutte le specie spontanee?

Quindi dopo aver definito la specie dobbiamo darle un nome preciso

La massima precisione si è ottenuta per mezzo del “nome scientifico”

Un binomio seguito dal nome dell’autore

Questo metodo venne codificato dal naturalista svedese Carlo Linneo (Carl von Linnè)

L’ambizione massima di Linneo era riuscire a dare in nome a tutte le specie allora note di piante, animali, minerali e di descriverle.

Nel 1753 pubblicò un’opera in due volumi ”Species Plantorum” (dal latino- le specie delle piante)

Nell’opera descriveva ogni specie di piante in lingua latina per mezzo di una piccola frase utilizzando al massimo 12 parole detta POLINOMIO

Al termine della sua opera si rese conto della difficoltà di tale metodo, allora prese a scrivere a margine della sua opera , a fianco ad ogni polinomio una singola parola (l’epiteto scientifico) che descrivesse una caratteristica comunemente riconosciuta della pianta.

Con questa parola combinata con la prima del polinomio (il genere) si riusciva ad avere una descrizione breve e precisa delle specie. Essa venne definita

NOMENCLATURA BINOMIALE

Ecco qui riprodotto la gattaia o erba gatta

Essa era così descritta nell’opera di Linneo:

“Nepeta floribus interrupta spicatum pedunculatis” –nepeta con i fiori in una spiga peduncolata interrotta.

Linneo scrisse a fianco la parola:“Cataria” associata ai gatti.

Cominciò quindi a chiamarla “Nepeta cataria”

La convenienza di questo sistema era ovvia e ben presto rinpiazzò del tutto la polinomia

I nomi sono oggi tutti raccolti nel Codice Internazionale di Nomenclatura Botanica Alcune regole della nomenclatura:

• il genere è sempre Maiuscolo e l’epiteto minuscolo

•Sono in corsivo nella stampa o sottolineati nella scrittura

•Sono seguiti dal nome dell’autore o dalla sua abbreviazione

Per ogni specie esiste un esemplare tipo. Secco. Custodito in un museo o un erbario.

È utilizzato per le comparazioni con altri campioni

Alcune specie sono state suddivise in due o più sottospecie o varietà.Si è dovuto quindi aggiungere al binomio una terza parte, la varietà appunto.

A destra Prunus persica var. persica L. caratterizzate da polpa bianca. A sinistra Prunus persica var. nectarine L. con polpa gialla e buccia senza peluria

All’inizio della sistematica le cose terrestri vennero catalogate in tre grandi regni:

1.Piante

2.Animali

3.Minerali

Il “Regno” era la più ampia unità utilizzata nelle classificazioni biologiche

Vennero poi aggiunte altre categorie tra il regno e il genere dando vita alla

TASSONOMIA

Vediamo insieme queste nuove categorie:

•I generi sono stati raggruppati in famiglie

•Le famiglie in ordini

•Gli ordini in classi

•Le classi in divisioni

•Le divisioni divennero quindi le categorie gerarchicamente più ampie del regno vegetale

Nel 1993 durante il XV Congresso Internazionale di Botanica, il Codice Internazionale di Nomenclatura Botanica inserì il termine Phylum( pl. Phyla) equivalente alla divisione.

Esistono delle regole per riconoscere più facilmente i vari taxa:

•Le famiglie terminano in –aceae

•Gli ordini terminano in _ales

La specie : salvia officinalis

Il genere : salvia

La famiglia : labiate

L’ordine : tubiflore

La classe : dicotiledone

Il phylum : spermatofite

Il regno : vegetale

La tassonomia è soltanto uno degli La tassonomia è soltanto uno degli aspetti della sistematica.aspetti della sistematica.

Dopo la pubblicazione dell’opera di Dopo la pubblicazione dell’opera di Darwin nel 1859 (“l’Origine della Darwin nel 1859 (“l’Origine della Specie”), le differenze e le Specie”), le differenze e le somiglianze tra organismi somiglianze tra organismi cominciarono ad essere viste non cominciarono ad essere viste non soltanto come informative e utili soltanto come informative e utili ma come prodotti della storia ma come prodotti della storia evolutiva di ciascun organismo evolutiva di ciascun organismo detta FILOGENESIdetta FILOGENESI

Questi rapporti evolutivi vennero Questi rapporti evolutivi vennero rappresentati in ALBERI rappresentati in ALBERI FILOGENETICI che rappresentavano FILOGENETICI che rappresentavano le varie relazioni tra i taxale varie relazioni tra i taxa

In generale in uno schema di questo tipo ogni taxon è monofiletico cioè i suoi membri discendono tutti da una specie ancestrale comune a tutti.

Un problema della sistematica riguarda l’origine di una somiglianza o di una differenza. Infatti possono ambedue derivare da discendenza (da un antenato in comune) sia dall’adattamento all’ambiente di specie diverse.

Per esempio:

Foglie, cotiledoni, squame dei germogli e parti fiorali, pur avendo funzioni diverse derivano tutte dallo stesso organo; la foglia

Allora definiremo le strutture che hanno origine comune ma non necessariamente funzione comune OMOLOGHE; quelle invece che possono avere la stessa funzione, aspetto simile ma origine diversa ANALOGHE

Il metodo classico è fondato sulla comparazione tra somiglianze visibili.

Analizziamo le somiglianze complessive visibili rispetto ai membri di quel taxon.

Alla fine si avrà un albero filogenetico che risente tantissimo delle opinioni del singolo studioso riguardo all’importanza dei vari fattori presi in esame.

Il metodo cladistico, oggi il più comunemente usato, cerca di comprendere esplicitamente le relazioni filogenetiche.

Il risultato di un’analisi cladistica è il cladogramma ovvero la rappresentazione grafica di un’ipotesi della sequenza di ramificazioni.

Esempio: 4 caratteri, ad essi attribuiremo solo due diversi stati, presenza (più) o assenza (meno)

Il risultato di un’analisi cladistica è il cladogramma

E’ possibile verificare la nostra ipotesi aggiungendo informazioni su di esso

L’avvento di tecniche molecolari ha rivoluzionato la botanica sistematica

Le tecniche più usate consistono nella determinazione delle sequenza di amminoacidi nelle proteine o dei nucleotidi negli acidi nucleici

Tra le prime proteine analizzate in uno studio tassonomico vi è il citocromo c

Si è potuto così determinare un nuovo modello di albero filogenetico

In esso sui rami principali vengono riportati, attraverso numeri, quanti amminoacidi sono differenti rispetto al citocromo c del nodo più vicino.

In seguiti si è scelto di usare

come discriminante tra i

gruppi la comparazione di

sequenze dei nucleotidi, cioè le unità costituenti

degli acidi nucleici (DNA, RNA)

Costituiti da un fosfato,

uno zucchero a 5 atomi di

carbonio (ribosio o

desossiribosio) e una purina

o una pirimidina.

L’analisi delle sub-unità di RNA ribosomiale ha fornito l’evidenza che tutto il mondo dei viventi è divisibile in 3 grandi gruppi detti domini: Bacteria; Archaea; ed Eukarya.

Ai primi due appartengono

organismi con cellule procariote, al terzo

cellule di tipo eucariota

Ecco l’immagine di tre rappresentanti dei tre regni, nel

primo dominio troviamo i procarioti intesi come i batteri

veri e propri, nel secondo i procarioti in grado di vivere negli ambienti estremi e nel terzo tutti

gli eucarioti. Tutta la vita è riconducibile a 3

grandi domini secondo uno schema di albero filogenetico

universale.

Tuttavia i legami tra i vari regni sottostanti non risultano così ben delineati, il loro numero e i loro nomi cambiano con una certa frequenza a tutto discapito della chiarezza.

Ci si riferisce ganeralmente ad una divisione in cinque soli regni, uno di procarioti e quattro di eucarioti

Un tempo, agli albori della sistematica naturalistica, i viventi erano divisi in due soli regni: regno vegetale e regno animale.

Per il grande naturalista Linneo (XVIII secolo), gli animali si distinguevano dalle piante perché, a differenza di queste, sono esseri viventi dotati di sensibilità.

In seguito, con l’aumento delle conoscenze sulle caratteristiche e la biologia delle diverse forme di vita, questa distinzione si è rivelata del tutto insufficiente

Dalla vecchia divisione in due soli regni deriva l’abitudine a considerare vegetale semplicemente tutto ciò che non è animale; comprendendovi molti gruppi che non sono affatto piante .

Definiamo vegetali esclusivamente organismi appartenenti al regno Plantae Essi comprendono:

• muschi e organismi affini(BRIOFITE);

• Felci ed organismi simili ( PTERIDOFITE)

• Piante a seme (SPERMATOFITE) comprendenti gimnosperme (piante a seme nudo) ed angiosperme (piante con frutto)