Appunti di Morfologia vegetale
1b - Gli organismi viventi

a cura di Giuliano Salvai (pagine web e disegni di Giovanni Dose)


Organismi viventi - caratteristiche essenziali

Un organismo vivente è una struttura altamente specializzata di organi evoluti in un sistema biologico, caratterizzato dalla capacità di:

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adeguarsi ad un programma (genoma) che fa parte del patrimonio di informazioni ereditate.
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autorganizzarsi, disponendo i suoi organi nella miglior posizione per funzionare.
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omeostasi, cioè di adattarsi all'ambiente in cui vive predisponendo i suoi organi in modo che possano interagire tra loro funzionando come un insieme stabile, mantenendo uno stato di equilibrio interno.
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replicarsi, ovvero essere in grado di riprodurre se stessi per via sessuale o assessuale ed originare discendenti in grado di a loro volta riprodursi.
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assumere energia e materia dall’ambiente esterno e trasformarle per mantenere l'omeostasi e svolgere i compiti necessari alla vita.
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rispondere a stimoli esterni (fototropismo, chemiotassi)
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evolvere modificandosi in relazione all'ambiente esterno, essenziale per l'evoluzione.

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Organismi viventi - evoluzione dei sistemi di classificazione

Aristotele, nel IV secolo A.C. aveva suddiviso gli "Organismi viventi" in due regni: Animali e Piante, successivamente illustri filosofi, medici ed illustratori descrissero innumerevoli piante, senza tuttavia elaborare una teoria della specie, solamente nel 1735 Carlo Linneo pubblicava "Systema naturae" proponendo una suddivisione in categorie (Regno, Classe, Ordine, Famiglia, Genere e Specie), dando vita alla sistematica, la disciplina cioè che ha per fine l'interpretazione e classificazione in modo scientifico degli esseri viventi.

Il naturalista svedese prevedeva sempre tre suddivisioni, vegetali, animali e minerali. I primi erano rappresentati da organismi fissi sul terreno, in grado di compiere la fotosintesi ed altri organismi unicellulari come batteri, alghe e funghi (organismi autotrofi). Degli animali (organismi eterotrofi), facevano parte organismi capaci di movimento compresi anche i Protozoi, la terza categoria (minerali) molto meno approfondita e presto abbandonata.

Partendo dal concetto di specie come insieme di organismi del tutto simili e interfecondi Linneo dette importanza al genere come categoria sistematica superiore che raggruppa specie tra loro simili e decise di adottare i due nomi uniti "solidalmente" (prima il genere e poi la specie) espressi in lingua latina, per identificare l'individuo, dando inizio ufficialmente al binomio latino (già previsto un secolo prima da Gaspard Bauhin) che viene tuttora usato, come pure le categorie superiori Famiglia, Ordine, Classe, Regno ordinate in un sistema gerarchico, in botanica e in zoologia.

Linneo per le sue concezioni religiose, rifacendosi alla Bibbia, pensava che le piante fossero state create tutte insieme e dal nulla e che di conseguenza dovessero essere immutabili nel tempo (le variazioni che notava le considerava scherzi di natura). La sua sistematica era basata sulla classificazione delle piante tenendo conto essenzialmente della somiglianza degli organi sessuali (stami e pistilli), precorrendo quello che successivamente viene indicato come sistema fenetico che raggruppa gli organismi sulla base del numero delle similitudini e differenze delle loro caratteristiche osservabili (che deve essere il maggiore possibile, senza considerare la loro importanza).

Contrariamente alla tassonomia classica di Linneo ed ai metodi fenetici, con le teorie evoluzionistiche (Darwin "L'origine della specie") fu stabilito il principio che tutti i viventi hanno un antenato comune, i gruppi parentali tra i taxa devono tener conto del loro processo evolutivo sin dalla loro comparsa sulla terra (filogenesi), e le specie che hanno antenati più recenti devono essere collocate in gruppi tassonomici vicini. In conseguenza di ciò, i raggruppamenti proposti da Linneo sono stati nel tempo aggiornati da diversi botanici tra i quali Engler, Takhtajan e da ultimo Cronquist (Sistema Cronquist 1988), anche questo ulteriormente integrato e che rimane ancora il sistema adottato da importanti Flore, ma che potrebbe essere superato da quelli basati sull'analisi molecolare.

Nasce nel XX secolo, la tassonomia cladistica o sistematica filogenetica che è la disciplina per la quale soltanto i gruppi di organismi che condividono un antenato comune recente (monofiletici) possono costituire una categoria tassonomica (clade), che viene rappresentata con diagrammi formati da ramificazioni dicotomiche (cladogrammi), dove ogni ramificazione rappresenta una divergenza dall'antenato comune (speciazione).

Ogni clade raffigura un gruppo monofiletico, rappresentato dall'antenato comune e da tutti i suoi discendenti vivi o estinti. Se al contrario viene considerato un gruppo che non comprende tutti i discendenti dell'antenato comune esso è parafiletico e non è accettato da questa classificazione.

Mentre in fenetica analogie e omologie (similitudini fenetiche) sono entrambe alla base della classificazione, nella cladistica soltanto le omologie tra strutture ed organi propri di categorie tassonomiche diverse, ma con la stessa origine embrionale, sono il presupposto della discendenza da un comune antenato, ed al contrario le analogie riferite a strutture ed organi che pur svolgendo identiche funzioni hanno origine embrionale differenti, sono considerate fuorvianti.

La sistematica cladistica ha determinato un cambiamento sostanziale nella riorganizzazione di molti taxa e i nomi di molti gruppi tassonomici tradizionali, dal punto di vista cladistico, non hanno più alcun significato tecnico, sebbene continuino a essere ancora impiegati.

Attualmente la moderna "biosistematica" per stabilire le discendenze oltre che i caratteri anatomici considera quelli ecologici, paleontologici e quelli proposti dalla genetica e dalla biologia molecolare, avvalendosi delle diverse discipline, tra le quali prioritaria è l'analisi del DNA.

Evoluzione dei sistemi di classificazione del regno dei viventi


Sistemi di classificazione

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La cellula

Ogni organismo vivente è costituito da una o più cellule che rappresentano le sue più piccole entità fondamentali, in grado di funzionare e riprodursi autonomamente. In relazione al numero delle cellule si distinguono:

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organismi unicellulari: archeobatteri, eubatteri, alghe azzurre e protisti.
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organismi pluricellulari: piante, animali e funghi.

A seconda della funzione che svolgono, le cellule assumono dimensioni estremamente diverse, da pochi micrometri nei batteri ad alcuni metri come le cellule nervose del collo delle giraffe. Anche la loro forma è molto variabile, quelle animali possono essere stellate, sferiche, cubiche, cilindriche ecc., mentre quelle vegetali sono solitamente poliedriche e più regolari grazie alla rigidità delle loro pareti cellulari.

Tuttavia le cellule possiedono alcuni caratteri comuni:

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una membrana cellulare che le delimita e racchiude il citoplasma che è una sostanza gelatinosa ricca di acqua, al cui interno sono presenti alcuni organuli che con la loro attività rendono possibile la vita;
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tutte le informazioni necessarie alle attività metaboliche sono raccolte al loro interno, negli acidi nucleici DNA e RNA che, interagendo con i ribosomi, determinano la produzione di molecole proteiche, con conseguente formazione di enzimi che a loro volta permettono lo svolgimento di tutte le attività cellulari;
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ogni cellula è in grado di riprodursi per divisione (mitosi).

In relazione alla loro organizzazione interna possiamo distinguere due grandi categorie:

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cellule procariotiche tipiche degli archeobatteri, degli eubatteri e delle alghe azzurre, sono piccole (diametro 1 - 5 µm), con struttura semplice, sono prive di un vero nucleo, della membrana nucleare, di organuli ad eccezione dei ribosomi, possiedono un solo cromosoma e il DNA si trova concentrato in una regione del citoplasma, senza essere delimitato da alcuna membrana.
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cellule eucariotiche proprie dei protisti, piante, funghi e animali, sono all'incirca 10 volte più grandi, hanno il DNA racchiuso da una membrana che forma in tal modo un particolare organulo chiamato nucleo che controlla tutte le funzioni vitali più importanti. Nel loro citoplasma cono presenti diversi organuli specializzati a svolgere particolari funzioni.

La composizione delle cellule eucariotiche animali e vegetali, pur essendo assai simile, comporta alcune diversità:

Cellula procariotica
Cellula eucariotica
 
  Cellula animale
  Cellula vegetale
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  icona parete cellulare
  icona membrana plasmatica
  icona membrana plasmatica
  icona membrana plasmatica
  icona citoplasma
  icona citoplasma
  icona citoplasma
  icona nucleoide (DNA)
  icona nucleo
  icona nucleo
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  icona mitocondri
  icona mitocondri
  icona ribosomi
  icona ribosomi
  icona ribosomi
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  icona reticolo endoplasmico
  icona reticolo endoplasmico
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  icona apparato del Golgi
  icona apparato del Golgi
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  icona lisosomi
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  icona perossisomi
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  icona vacuolo
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  icona plastidi
  icona mesosoma
 
 
  icona flagello
 
 


Cellula vegetale

Cellula vegetale
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Le piante sono organismi pluricellulari costituiti da cellule eucariotiche vegetali che si distinguono da quelle animali per essere delimitate da una parete composta da cellulosa che le rende più rigide, e soprattutto per essere in grado, se esposte alla luce, di sintetizzare il glucosio con la funzione clorofilliana.

Elementi della cellula sono:

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la parete cellulare elastica formata per la massima parte da cellulosa, conferisce forma, sostegno e rigidità alla cellula, ed ha funzioni di riconoscimento (stimma e granulo pollinico) e di protezione separandola dall'esterno, questa è composta da:
  • lamella mediana che la separa dalle cellule adiacenti;
  • parete primaria;
  • parete secondaria, presente nelle cellule di alcuni tessuti sulla superficie interna della parete primaria;
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la membrana plasmatica formata da un doppio strato di fosfolipidi, racchiude il contenuto della cellula e costituisce una barriera fra l'ambiente interno e quello esterno. Grazie alla sua permeabilità selettiva, impedisce il passaggio delle sostanze nocive e favorisce quelle necessarie per il nutrimento, ha infine l'importante compito di mantenere costante l'equilibrio interno della cellula;
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Il citoplasma è la sostanza di natura prevalentemente colloidale che occupa tutto il volume della cellula con esclusione del nucleo, è composto dal citosol che è una soluzione gelatinosa e dagli organuli in esso sospesi;
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i plasmodesmi sono filamenti del citoplasma che attraversano la parete cellulare mettendo in comunicazione due cellule adiacenti. Sono sparsi nella parete cellulare, ma generalmente sono riuniti nei campi di punteggiature primarie dove la zona secondaria non si è formata;
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il citoscheletro è un complesso reticolo di filamenti proteici (microtubuli e microfilamenti) interni al citoplasma che conferiscono forma e sostegno alla cellula, contribuendo al trasporto fino alla corretta destinazione delle molecole all'interno della cellula;
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il reticolo endoplasmico costituito da un insieme di membrane che delimitano cavità (cisterne) connesse tra loro, deputate alla sintesi di sostanze organiche, è detto rugoso quando è ricoperto da ribosomi e liscio quando ne è privo;
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i plastidi che si distinguono a seconda del colore e funzione in:
  • cloroplasti di colore verde (clorofilla) addetti a catturare la luce per la fotosintesi clorofilliana, che trasforma acqua e anidride carbonica in glucosio e ossigeno;
  • cromoplasti di colore rosso-arancio (carotene) presenti specialmente nei fiori e frutti con funzione vessillare per impollinazione e disseminazione;
  • leucoplasti di colore bianco che come nei tuberi immagazzinano sostanze di riserva (amido);
  • proplastidi sono plastidi presenti nel tessuto meristematico non ancora differenziati e che si svilupperanno con la differenziazione delle cellule che li contengono;
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il vacuolo che è una cavità che contiene acqua, materiale di scarto e materie prime necessarie, di grosse dimensioni può occupare anche il 90% della cellula e ha il compito di mantenerne il turgore, consentendo ad es. il mantenimento di una certa rigidità nei fiori e nelle foglie;
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i mitocondri che trasformano gli zuccheri in energia (respirazione cellulare) sono centri energetici che producono grandi quantità di ATP (adenosintrifosfato) che trasportano dove sorge la necessità;
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i perossisomi che con gli enzimi contenuti partecipano attivamente alla fotorespirazione nelle piante C3 (con stomi chiusi di notte), alla mobilitazione delle riserve lipidiche nei semi oleosi in germinazione (sono detti in questo caso gliossisomi), al metabolismo delle sostanze azotate nei noduli delle leguminose (uricosomi).
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i ribosomi che sintetizzano e organizzano le proteine;
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l'apparato del Golgi costituito da insiemi di sacchi appiattiti discoidali, ramificati ai margini, che raccoglie, trasforma, immagazzina e distribuisce le sostanze sintetizzate dalla cellula che gli provengono dal reticolo endoplasmico;
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il nucleo che è circondato da una doppia membrana (membrana nucleare) forata (pori nucleari) contiene il corredo genetico (DNA) che gli consente di programmare e controllare l'attività della cellula, al suo interno infatti è posto il nucleolo che è la sede di formazione dei ribosomi e la cromatina formata dagli istoni che sono lunghi filamenti di DNA e proteine.

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Tessuti vegetali

Per svolgere le loro funzioni le cellule vegetali si organizzano e differenziano in tessuti che possono così essere classificati:

Tessuto meristematico o meristema, formato da cellule di piccole dimensioni che conservano la loro capacità embrionale per tutta la vita, sono in grado cioè di riprodursi costantemente moltiplicandosi per divisione e formare nuovi tessuti.

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Meristemi apicali o primari, con cellule che sono in grado di differenziarsi continuamente, sono situati agli apici del fusto e delle radici, originano e sono responsabili dell'accrescimento del corpo vegetale primario, prendono il nome di
  • Meristema fondamentale che origina il tessuto fondamentale
  • Protoderma che origina l'epidermide
  • Procambio che origina i tessuti vascolari primari.
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Meristemi secondari o laterali (cambio), che si trovano nel fusto e nelle radici delle piante mature, delle dicotiledoni arboree e gimnosperme, sono costituiti da cellule già differenziate che dedifferenziandosi riacquistano la capacità di riprodursi. Sono responsabili dell'accrescimento secondario, con il cambio vascolare dal quale si formano i tessuti conduttori e il cambio del sughero o fellogeno che genera i tessuti legnosi che rivestono i fusti e radici.

Tessuti parenchimatici o parenchima, formato da cellule rotondeggianti è il principale tessuto metabolico e il più diffuso tra i tra i tessuti definitivi, in grado di formare la corteccia, il mesofillo delle foglie, il midollo del fusto, l'endosperma del seme. Svolge numerose e vitali funzioni è infatti responsabile della fotosintesi clorofilliana, del controllo dei movimenti dell'acqua all'interno della pianta, immagazzina gli amidi prodotti dalla fotosintesi, contiene cristalli (deterrenti perché indigeribili per gli erbivori), pigmenti e prodotti di scarto.

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Parenchima clorofilliano o clorenchima responsabile della fotosintesi con le sue cellule ricche di cloroplasti. (foglie)
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Parenchima acquifero addetto all'accumulo di acqua (xerofite e succulente)
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Parenchima aerifero o aerenchima responsabile della circolazione dei gas
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Parenchima di riserva responsabile alla conservazione degli amidi e di altre sostanze di riserva
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Parenchima conduttore che ha funzioni di trasporto orizzontale a media distanza delle soluzioni (raggi midollari)

Tessuti meccanici o di sostegno, formati da cellule con pareti ispessite che conferiscono alla pianta doti di resistenza alla flessione ed alla torsione. Sono di due tipi

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Tessuto collenchimatico o collenchima, con cellule affusolate e spesse che si trova nelle parti periferiche delle piante giovani (piccioli e fusti erbacei) col compito di conferire elasticità e sostegno ed a volte di svolgere attività fotosintetiche. Con l'invecchiamento e il passaggio alla struttura secondaria spesso subisce una diffusa lignificazione e si trasforma in sclerenchima.
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Tessuto sclerenchimatico o sclerenchima, con cellule morte a maturità con parete lignificata che conferisce alle piante adulte, resistenza e sostegno. Queste cellule raccolte in fasci costituiscono le fibre extraxilari cioè le cosiddette fibre vegetali (lino, cotone ecc.), quando a volte sono ricche di carbonato di calcio o biossido di silicio vengono chiamate sclereidi o cellule pietrose (noccioli pesche, ciliege)

Tessuti tegumentali, che rivestono e proteggono le parti interne della pianta e consentono gli scambi gassosi, più precisamente si dicono:

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epiderma, la corteccia delle piante arboree,
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epidermide il tegumento delle piante erbacee
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rizoderma o epitelio radicale che riveste le radici primarie e alla cui morte per disgregazione lascia il posto al
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esoderma anch'esso di origine primaria, è un manicotto formato da cellule suberificate prodotte, posto immediatamente sotto l'epidermide nelle radici, od anche nei fusti ipogei, nei fusti sommersi di piante acquatiche, nelle foglie aghiformi, con funzione protettiva. Nell'accrescimento secondario il fellogeno produce nei fusi e nelle radici delle piante legnose il felloderma (tessuto parenchimatico) all'interno e sughero ( tessuto tegumentale) all'esterno che risulta ancor più efficace dell'epidermide come barriera protettiva.
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endoderma, all'interno della radice, dei rizomi e del fusto delle piante acquatiche, costituito da cellule vive con pareti parzialmente suberificate (banda del Caspary), ha funzione di filtro che impedisce l'accesso diretto di sostanze nocive nel sistema conduttore della pianta.
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esoderma riveste le radici e il fusto delle piante legnose nell'accrescimento secondario, è prodotto dal fellogeno ed è composto dal sughero all'esterno e dal felloderma all'interno.

Tessuti conduttori o vascolari, addetti al trasporto dei liquidi. Sono di due tipi:

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xilema o legno che trasporta acqua e sali minerali dalla radice alle foglie e agli altri organi fotosintetici con tubi detti trachee (vasi aperti) e tracheidi (vasi chiusi), formati da cellule morte, allungate e ispessite.
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floema o libro che trasporta la linfa elaborata (soluzione zuccherina) dalle foglie alle altre parti della pianta attraverso i tubi cribrosi costituiti da cellule vive e non lignificate.

Tessuti segregatori, che svolgono la funzione di sintetizzare e trasportare all'interno e fuori della cellula sostanze di varia natura con la escrezione (eliminazione all'esterno dei rifiuti del metabolismo , scorie, cellule morte) e con la recrezione (restituzione all'esterno di sostanze minerali assunte in eccesso). A prescindere dalla natura di quelle sostanze si distinguono:

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Tessuti secretori costituiti da cellule che accumulano nei vacuoli le sostanze elaborate dal citoplasma
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Tessuti o cellule oleifere contenenti oli essenziali (rizomi di Acorus calamus, Iris spp., foglie di Laurus nobilis, Dictamus albus, petali di Rosa spp., pericarpo di Citrus spp., ecc.)
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Tessuti o cellule mucipare (o mucifere) contenenti mucillagini (radici e foglie di Althaea officinalis e Malva spp., rizotuberi di molte Orchis spp., negli organi carnosi di numerose liliacee, amarillidacee ecc.). Sono sostanze di varia natura composte da alcaloidi, antociani, enzimi, glucosidi, istamina ecc. Anche i peli urticanti sono costituiti da una grossa cellula secretrice con una parte infossata ed una prolungata ed assottigliata con un lungo collo verso l'esterno.
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Tubi laticiferi formati da cellule allungate che attraversano la pianta e contengono un latice biancastro o variamente colorato a seconda delle sostanze segregate detto latice (alcaloidi, enzimi, gomma, tannini ecc.) come nelle Euforbie, Fico, Papaveracee e diverse Asteracee.
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Tessuti ghiandolari, formati da cellule che espellono all'esterno le sostanze segregate, sono costituiti da rivestimenti superficiali come peli, squame,emergenze ghiandolari, epidermidi. Possono avere origine primaria o secondaria e le loro cellule possono essere ubicate all'interno o all'esterno a livello epidermico.

Vedi anche: Tricomi e pelosità - Riproduzione cellulare (mitosi e meiosi)






Testi di Salvai Giuliano - Disegni e pagine web di Giovanni Dose - Foto di Salvai Giuliano
e dei numerosi autori indicati in calce ad ogni fotografia tutti  iscritti al gruppo botanico di Acta plantarum oltre ad alcune di pubblico dominio.
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Ultimo aggiornamento: 30-05-2011.



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