Cosa sono le gimnosperme?

Gimnosperme: coni di cicadee. Maxfocus/iStock/Getty Images Plus

Gimnosperme sono piante senza fiori che producono coni e semi. Il termine gimnosperma significa letteralmente 'seme nudo', poiché i semi di gimnosperma non sono racchiusi all'interno di un'ovaia. Piuttosto, si trovano esposti sulla superficie di strutture simili a foglie chiamate brattee. Le gimnosperme sono piante vascolari del sottoregno Embiofita e includono conifere, cicadee, ginkgo e gnetofite. Alcuni degli esempi più riconoscibili di questi arbusti e alberi legnosi includono pini, abeti rossi, abeti e ginkgo. Le gimnosperme sono abbondanti nelle foreste temperate e Foresta boreale biomi con specie che possono tollerare condizioni umide o secche.

A differenza di angiosperme , le gimnosperme non producono fiori o frutti. Si ritiene che siano le prime piante vascolari ad abitare la terra apparsa nel periodo Triassico intorno a 245-208 milioni di anni fa. Lo sviluppo di un sistema vascolare in grado di trasportare l'acqua in tutta la pianta ha consentito la colonizzazione della terra delle gimnosperme. Oggi esistono oltre mille specie di gimnosperme appartenenti a quattro divisioni principali: Coniferofita , Cicadofita , Ginkgofita , e Gnetofita .

Coniferofita

Gimnosperme: coni di cicadee. Maxfocus/iStock/Getty Images Plus

Il Coniferofita la divisione contiene conifere , che hanno la più grande varietà di specie tra le gimnosperme. Piùconiferesono sempreverdi (mantengono le foglie durante tutto l'anno) e includono alcuni degli alberi più grandi, più alti e più antichi del pianeta. Esempi di conifere includono pini, sequoie, abeti, cicuta e abeti rossi. Le conifere sono un'importante fonte economica di legname e prodotti, come la carta, che sono sviluppati dal legno. Il legno di gimnosperme è considerato legno tenero, a differenza del legno duro di alcune angiosperme.

La parola conifera significa 'portatore di coni', una caratteristica distinta comune alle conifere. I coni ospitano le strutture riproduttive maschili e femminili delle conifere. La maggior parte delle conifere lo sono monoico , il che significa che sia i coni maschili che quelli femminili possono essere trovati sullo stesso albero.

Un altro tratto facilmente identificabile delle conifere è il loro aspetto aghiforme foglie . Diverse famiglie di conifere, come Pinacee (pini) e Cupressacee (cipressi), si distinguono per il tipo di foglie presenti. I pini hanno foglie aghiformi singole o gruppi di foglie aghiformi lungo lo stelo. I cipressi hanno foglie piatte simili a squame lungo gli steli. Altre conifere del genere Agathis hanno foglie spesse, ellittiche e conifere del genere Nageia hanno foglie larghe e piatte.

Le conifere sono membri cospicui del bioma della foresta della taiga e hanno adattamenti per la vita nell'ambiente freddo delle foreste boreali. La forma alta e triangolare degli alberi consente alla neve di cadere più facilmente dai rami e impedisce loro di rompersi sotto il peso del ghiaccio. Le conifere a foglia ago hanno anche un rivestimento ceroso sulla superficie fogliare per aiutare a prevenire la perdita d'acqua nel clima secco.

Cicadofita

Sago Palms (Cycads), Kyushu, Giappone. Schafer & Hill /Moment Mobile/Getty Images

Il Cicadofita la divisione delle gimnosperme include le cicadee. Cicadee si trovano nelle foreste tropicali e nelle regioni subtropicali. Queste piante sempreverdi hanno una struttura fogliare simile a una piuma e lunghi steli che diffondono le grandi foglie sul tronco spesso e legnoso. A prima vista, le cicadee possono assomigliare alle palme, ma non sono imparentate. Queste piante possono vivere per molti anni e avere un lento processo di crescita. La palma del re Sago, ad esempio, può richiedere fino a 50 anni per raggiungere i 10 piedi.

A differenza di molte conifere, le cicadee producono solo coni maschili (producono polline) o coni femminili (producono ovuli). Le cicadee femmine produttrici di coni produrranno semi solo se un maschio si trova nelle vicinanze. Le cicadee si affidano principalmente agli insetti per l'impollinazione e gli animali aiutano a disperdere i loro semi grandi e colorati.

Le radici delle cicadee sono colonizzate dal batteri fotosintetici cianobatteri. Questi microbi producono determinati veleni e neurotossine che si accumulano nei semi delle piante. Si pensa che le tossine forniscano protezione controbatterie fungino parassiti. I semi di Cycad possono essere pericolosi per animali domestici e umani se ingeriti.

Ginkgofita

Questa è una vista dall'alto dei rami e delle foglie di un albero di ginkgo in autunno. Benjamin Torode/Moment/Getty Images

Ginkgo biloba sono le uniche piante sopravvissute del Ginkgofita divisione delle gimnosperme. Oggi, le piante di ginkgo a crescita naturale sono esclusive della Cina. I ginkgo possono vivere per migliaia di anni e sono caratterizzati da foglie caduche a forma di ventaglio che in autunno ingialliscono. Ginkgo biloba sono abbastanza grandi, con gli alberi più alti che raggiungono i 160 piedi. Gli alberi più vecchi hanno tronchi spessi e radici profonde.

I ginkgo prosperano in aree ben illuminate dal sole che ricevono molta acqua e hanno un sacco di drenaggio del suolo. Come le cicadee, le piante di ginkgo producono coni maschili o femminili e hanno spermatozoi che usano flagelli nuotare verso l'uovo nell'ovulo femminile. Questi alberi durevoli sono resistenti al fuoco, ai parassiti e alle malattie e producono sostanze chimiche che si ritiene abbiano un valore medicinale, tra cui diverse flavinoidi e terpeni con proprietà antiossidanti, antinfiammatorie e antimicrobiche.

Gnetofita

Questa immagine mostra la gimnosperma Welwitschia mirabilis che si trova solo nel deserto africano della Namibia. Artush/iStock/Getty Images Plus

La divisione delle gimnosperme Gnetofita ha un piccolo numero di specie (65) che si trovano all'interno di tre generi: Efedra , gneto , e Welwitscha . Molte delle specie del genere Efedra sono arbusti che possono essere trovati nelle regioni desertiche delle Americhe o nelle regioni alte e fresche delle montagne himalayane in India. Certo Efedra specie hanno proprietà medicinali e sono la fonte del farmaco decongestionante efedrina. Efedra le specie hanno steli sottili e foglie simili a squame.

gneto le specie contengono alcuni arbusti e alberi, ma la maggior parte sono viti legnose che si arrampicano attorno ad altre piante. Abitano foreste tropicali e hanno foglie larghe e piatte che ricordano le foglie delle piante da fiore. I coni riproduttivi maschili e femminili sono contenuti su alberi separati e spesso assomigliano a fiori, sebbene non lo siano. Anche la struttura del tessuto vascolare di queste piante è simile a quella di piante da fiore .

Welwitscha ha una sola specie, W. mirabilis . Queste piante vivono solo nel deserto africano della Namibia. Sono molto insoliti in quanto hanno un grande stelo che rimane vicino al suolo, due grandi foglie arcuate che si dividono in altre foglie mentre crescono e un fittone grande e profondo. Questa pianta può sopportare il caldo estremo del deserto con massime di 50°C (122°F), così come la mancanza di acqua (1-10 cm all'anno). Maschio W. mirabilis i coni sono colorati e sia i coni maschili che quelli femminili contengono nettare per attirare gli insetti.

Ciclo di vita delle gimnosperme

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Ciclo di vita delle conifere. Jhodlof, Harrison, Beentree, MPF e RoRo/ Wikimedia Commons /CC DI 3.0

Nel ciclo di vita delle gimnosperme, le piante alternano una fase sessuale e una fase asessuata. Questo tipo di ciclo di vita è noto come alternanza di generazioni . La produzione di gameti avviene nella fase sessuale o generazione di gametofiti del ciclo. Spore sono prodotti nella fase asessuale o generazione di sporofiti . A differenza di dentro piante non vascolari , la fase dominante del ciclo di vita delle piante per le piante vascolari è la generazione di sporofiti.

Nelle gimnosperme, lo sporofito vegetale è riconosciuto come la maggior parte della pianta stessa, comprese radici, foglie, steli e coni. Il cellule della pianta sporofita sono diploide e contengono due set completi di cromosomi . Lo sporofito è responsabile della produzione di aploide spore attraverso il processo di meiosi . Contenenti un set completo di cromosomi, le spore si sviluppano in aploidi gametofiti . I gametofiti vegetali producono maschi e femmine gameti che si uniscono all'impollinazione per formare un nuovo zigote diploide. Lo zigote matura in un nuovo sporofito diploide, completando così il ciclo. Le gimnosperme trascorrono la maggior parte del loro ciclo di vita nella fase sporofita e la generazione di gametofiti dipende totalmente dalla generazione di sporofiti per la sopravvivenza.

Riproduzione delle Gimnosperme

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Riproduzione delle Gimnosperme. CNX OpenStax/ Wikimedia Commons /CC DI 4.0

I gameti femminili (megaspore) sono prodotti in strutture chiamate gametofiti archegonia situato nei coni dell'ovulazione. I gameti maschili (microspore) sono prodotti in polline coni e si trasformano in granuli di polline. Alcune specie di gimnosperme hanno coni maschili e femminili sullo stesso albero, mentre altre hanno alberi separati per la produzione di coni maschili o femminili. Affinché l'impollinazione avvenga, i gameti devono entrare in contatto tra loro. Ciò si verifica in genere tramite il trasferimento di vento, animali o insetti.

Fecondazionenelle gimnosperme si verifica quando i granelli di polline entrano in contatto con l'ovulo femminile e germinano. Gli spermatozoi si dirigono verso l'uovo all'interno dell'ovulo e fertilizzano l'uovo. Nelle conifere e nelle gnetofite, gli spermatozoi non hanno flagelli e devono raggiungere l'uovo attraverso la formazione di a tubo pollinico . Nelle cicadee e nei ginkgo, lo sperma flagellato nuota verso l'uovo per la fecondazione. Dopo la fecondazione, lo zigote risultante si sviluppa all'interno del seme della gimnosperma e forma un nuovo sporofito.

Punti chiave

• Le gimnosperme sono piante prive di fiori che producono semi. Appartengono al sottoregno Embofita .
• Il termine 'gimnosperma' significa letteralmente 'seme nudo'. Questo perché i semi prodotti dalle gimnosperme non sono racchiusi in un'ovaia. Invece, i semi di gimnosperme si trovano esposti sulla superficie di strutture simili a foglie chiamate brattee.
• Le quattro divisioni principali delle gimnosperme sono Coniferophyta, Cycadophyta, Ginkgophyta e Gnetophyta.
• Le gimnosperme si trovano spesso nelle foreste temperate e nei biomi delle foreste boreali. I tipi comuni di gimnosperme sono conifere, cicadee, ginkgo e gnetofite.

Fonti

Asaravala, Manish, et al. Periodo Triassico: Tettonica e Paleoclima. Tettonica del Triassico , Museo di Paleontologia dell'Università di Califonia, www.ucmp.berkeley.edu/mesozoic/triassic/triassictect.html.

Frazer, Jennifer. Le cicadee sono piante sociali? Rete di blog scientifici americani , 16 ottobre 2013, blogs.scientificamerican.com/artful-amoeba/are-cycads-social-plants/.

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Wagner, Armin, et al. Lignificazione e manipolazioni della lignina nelle conifere. Progressi nella ricerca botanica , vol. 61, 8 giugno 2012, pp. 37–76., doi:10.1016/b978-0-12-416023-1.00002-1.​