ESPERMATÒFITS O FANERÒGAMES: CARACTERÍSTIQUES, CLASSIFICACIÓ, EVOLUCIÓ - BIOLOGIA - 2025

Les espermatofitas o fanerògames, també conegudes com "plantes amb llavor", són un gran llinatge monofilètic de plantes que pertany a el grup de les lignofitas (plantes llenyoses) i en el qual es classifiquen tant les angiospermes (plantes amb flor) com les gimnospermes (coníferes i similars).

Les espermatòfits formen un grup separat de les lignofitas gràcies a la característica compartida de el desenvolupament de la llavor, que es descriu en els llibres de text com una "novetat evolutiva" per al grup.

Fotografia d'un arbre de pomes, una planta espermatofita (Font: W.carter / CC0, via Wikimedia Commons)

La paraula "espermatofita" significa, literalment, "plantes amb llavors", ja que prové dels vocables grecs "sperma", que significa llavor, i "fiton", que vol dir planta.

Les espermatòfits són dels organismes més importants sobre la terra, ja que tant angiospermes com gimnospermes són dos grups summament abundants i essencials per al funcionament de pràcticament tots els ecosistemes terrestres.

Si es pensa ràpidament, les plantes amb llavors són probablement el grup més familiar per a la majoria de les persones, no només des de la perspectiva alimentària (doncs a partir de les llavors de moltes plantes s'obtenen olis, midons i proteïnes), sinó també des del punt de vista paisatgístic.

Són espermatòfits les sequoies gegants de Califòrnia, els grans i frondosos arbres de la selva amazònica, els lliris i les roses, l'arròs, la civada, el blat de moro, el blat i l'ordi, entre milers d'altres.

Característiques dels espermatòfits

- La principal característica dels espermatòfits o fanerògames és la producció de llavors després de la pol·linització, és a dir, com a producte resultant de la fusió de dues cèl·lules sexuals.

- Són organismes fotosintètics, és a dir, han cloroplasts que contenen clorofil·la, pel que poden convertir l'energia lumínica provinent dels raigs de sol en energia química aprofitable.

- El cos d'aquests vegetals està dividit en arrel, tija i fulles.

- Algunes espermatòfits, les angiospermes, produeixen flors ia partir d'aquestes flors s'originen els fruits, que són els que contenen les llavors.

- Les gimnospermes no produeixen flors, però tenen estructures especialitzades en el suport de les llavors.

- La major part dels espermatòfits posseeix un teixit vascular ben desenvolupat, compost per teixit xilemático i traqueidas.

- Estan àmpliament distribuïdes sobre la biosfera, de manera que ocupen centenars d'hàbitats diferents.

- Poden tenir teixits amb creixement secundari o no.

hàbitat

Les plantes amb flor (angiospermes) creixen virtualment en qualsevol regió habitable de la terra (excepte els boscos de coníferes), i fins i tot poden dominar alguns ecosistemes aquàtics. Per tant, són capaços d'habitar:

- Deserts

- Planes

- muntanyenques

- Oceans, mars i rius

Similarment, les gimnospermes, altres de les plantes amb llavors, també tenen gran plasticitat que fa a l'hàbitat que poden ocupar, encara que estan més restringides a ambients terrestres i no aquàtics.

Classificació i taxonomia

Les plantes amb llavors pertanyen a la divisió Spermatophyta. En aquesta divisió s'agrupen les falgueres amb llavors "pteridospermas", les Gimnospermes i les Angiospermes.

Les falgueres amb llavors són un grup compost principalment per plantes fòssils, per la qual cosa moltes vegades es considera que els espermatòfits són les Gimnospermes i les Angiospermes.

gimnospermes

Cons d'un pi, una gimnosperma (Font: Sridhar Rao / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

La paraula "gimnosperma" vol dir "plantes amb llavors nues" (gymnos, que vol dir "nu" i sperm, que significa "llavor").

Depenent de l'estudi que s'analitzi, aquest grup de plantes és un grup "no natural", ja que els seus integrants són d'origen parafilètic, el que vol dir que no tots tenen el mateix ancestre comú; o bé és un grup monofilètic, germà de les angiospermes.

- Els membres de el grup es reuneixen en aquesta divisió perquè comparteixen la característica comuna (apomorfía) de no produir flors.

- A més, aquestes plantes posseeixen estructures conegudes com "cons", uns femení i un altre masculí.

- Les llavors no són encapsulades dins de la paret d'un fruit després de la fertilització.

- Tenen fulles enrotllades, amb forma d'agulla i abundants en ceres.

Les gimnospermes es divideixen en els següents llinatges:

- Cycadophyta, el llinatge que es pensa és el més basal

- Ginkgophyta

- Coniferophyta, coníferes

- Gnetophyta o Gnetales, algunes vegades classificat dins el grup de les coníferes

angiospermes

Flors de Tetradenia ripària, una angiosperma. Conrado / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Les plantes amb flor són, per contra, un grup monofilètic comprovat, considerat grup germà de les gimnospermes. Són, de llarg, el grup de plantes més abundant, més divers i reeixit de tots, ja que comprèn més de l'95% de totes les espècies vegetals vives en l'actualitat.

Són, a més, de les plantes més importants per al sistema econòmic mundial, ja que no només són explotades per a la producció d'aliments, sinó per a l'extracció de variats tipus de matèria primera.

- Totes les angiospermes tenen flors, usualment bisexuals (ambdós sexes en la mateixa flor).

- Les seves llavors estan encapsulades en un ovari, el qual es desenvolupa en un fruit.

- Exhibeixen, generalment, doble fertilització.

Les angiospermes comprenen un grup summament abundant i divers, la classificació és l'objecte d'estudi de molts especialistes en la matèria, pel que existeixen algunes discrepàncies entre una classificació i una altra. No obstant això, entre les més acceptades està que aquest grup comprèn els clados:

- Amborellales

o Nymphaeales

- Austrobaileyales

- magnólidas

o Laurales

o Magnoliales

o Canellales

o Piperales

o Monocotiledóneas

• Petrosaviales
• Acorales
• Alismatales
• Asparagales
• Dioscoreales
• Liliales
• Pandanales

o commelínidos

• Arecales
• Commelinales
• Zingiberales
• Poales

o Eudicotiledóneas

• Buxales
• Trochodendrales
• Ranunculales
• Proteales
• Berberidopsidales
• Dilleniales
• Gunnerales
• Caryophyllales
• Santalales
• Saxifragales
• Rósidos
• vitals
• Crossosomatales
• Geraniales
• Myrtales
• Zygophyllales
• Celastrales
• Cucurbitales
• Fabales
• Fagales
• Malpighiales
• Oxalidales
• Rosales
• tapisciàcia
• Brassicales
• Malvales
• Sapindales
• Astéridos
• Cornales
• Ericales
• Garryales
• Gentianales
• Lamiales
• Solanales
• Apiales
• Aquifoliales
• Asterales
• Dipsacales

Cicle de vida i reproducció

El cicle de vida dels espermatòfits es coneix com "espórico", on predomina l'esporòfit i es produeixen llavors i el gametòfit, a diferència d'altres grups de plantes, està reduït a l'interior de l'òvul o de l'gra de pol·len.

Alternança de generacions

D'això s'entén que totes les plantes amb llavors tenen alternança de generacions, un gametofítica i una altra esporofítica, però el gametòfit només es desenvolupa quan les plantes arriben l'edat adulta o etapa reproductiva.

Els esporòfits són els que porten les estructures especialitzades on es produeixen els gametòfits femení i masculí. Els microsporangios produeixen els grans de pol·len (masculí) i els megasporangios produeixen les megasporas o els òvuls (femení).

En alguns casos, tant el megasporangio com el microsporangio es troben en individus o estructures diferents (Gimnospermes) però, en general, en la majoria de les plantes, tots dos es troben en una mateixa estructura coneguda com flor (angiospermes).

les flors

Una flor és una estructura especialitzada per a la reproducció i sorgeix de la tija com una "extensió" de el cos de la planta.

El megasporangio contingut en les flors té un "recipient" (l'ovari) que funciona a la recepció dels grans de pol·len, els quals són produïts pel microsporangio (de la mateixa flor o de flors diferents).

Els òvuls dins de l'ovari tenen tots els nutrients necessaris per suportar el desenvolupament de l'embrió, la llavor i el fruit, procés que ocorre després de la pol·linització i la fertilització de l'òvul per un gra de pol·len.

Les llavors així produïdes, poden ser dispersades per diferents mitjans i, una vegada que germinen, formen un nou esporòfit que podrà repetir el cicle vital.

Exemples d'espècies de espermatòfits

Les espermatòfits són plantes molt diverses, amb cicles de vida, formes, mides i formes de vida molt diferents.

A aquest grup pertanyen totes les plantes amb flor que coneixem, pràcticament totes les plantes que consumim com a aliment i els grans i majestuosos arbres que formen els boscos i les selves que sustenten la vida dels animals.

- La poma, típica de l'època de tardor de molts països estacionals, pertany a l'espècie Malus domestica, és part de la divisió Magnoliophyta i de l'ordre Rosales.

- Pinus mugo és una espècie de pi arbustiu que creix als Alps i de el qual s'extreuen alguns compostos amb propietats expectorants, antiasmàtiques i desinfectants.

- El pa que consumeix l'home diàriament està fet amb farines produïdes a partir de les llavors de l'blat, una mena de angiosperma pertanyent a l'gènere Triticum i que rep el nom de Triticum aestivum.

Evolució dels espermatòfits

L'evolució de les plantes amb llavors està estretament relacionada amb l'evolució de dues estructures: les llavors i els grans de pol·len.

- Evolució de les llavors

L'evolució de les llavors és un procés que va ocórrer en diversos passos, però no es coneix la seqüència exacta dels mateixos, podent haver succeït que dos o més ocorreguessin a el mateix temps. A continuació, es presenten els "passos" de l'evolució de les llavors com alguns autors ho plantegen:

1-heterosporía

El terme fa referència a la formació de dos tipus d'espores haploides (amb la meitat de la càrrega cromosòmica que la planta que els va donar origen) a l'interior de dos esporangis diferents

- Les megasporas: de grans dimensions i en poc nombre, produïdes per meiosi en una estructura coneguda com a megasporangio. Cada megaspora es desenvolupa a l'interior de l'gametòfit femení, en el qual es troben els arquegonios.

- Les microsporas: els productes meiòtics de l'microsporangio. Les microsporas s'originen en el gametòfit masculí, en el qual es troben els anteridis.

Es planteja com un dels "passos" imprescindibles durant l'evolució dels espermatòfits, a causa de que la condició ancestral consistia en la homosporia, és a dir, la producció d'un sol tipus d'espores (espores iguals).

2-Endosporia

A més de la formació de dos tipus diferents d'espores, les espermatòfits van desenvolupar una altra condició coneguda com endosporia, que consisteix en el desenvolupament complet de l'gametòfit femení a l'interior de la paret original de l'espora.

La condició ancestral es coneix com "exosporia" i té a veure amb la germinació de l'espora i el seu creixement com un gametòfit extern.

3-Reducció de nombre de megasporas

Les plantes amb llavors es caracteritzen per produir una sola megaspora, característica que es pensa poder haver evolucionat per dues vies.

Inicialment van haver de haver adquirit la capacitat de reduir el nombre de cèl·lules que patien meiosi a l'interior de l'megasporangio a una sola; és important comentar que cada cèl·lula d'aquestes es coneix com megasporocito o cèl·lula mare de la megaspora.

Després de la meiosi, un sol megasporocito diploide dóna lloc a 4 megasporas haploides. Tres d'aquestes megasporas "avorten", deixant una sola megaspora funcional, que s'incrementa de mida, el que es correlaciona amb l'increment de la mida i dels recursos nutricionals en el megasporangio.

4-Retenció de la megaspora

Una de les condicions o característiques ancestrals dels espermatòfits és que la megaspora és alliberada de l'megasporangio, cosa que va canviar en aquest grup, ja que en aquestes plantes la megaspora, un cop produïda, és retinguda dins de l'megasporangio.

Aquesta nova "adquisició" evolutiva es va acompanyar, al seu torn, d'una reducció en el gruix de la paret cel·lular de la megaspora.

5-Evolució de l'integumento

Molts autors consideren que aquest va ser un dels últims esdeveniments que van tenir lloc durant l'evolució de les plantes amb llavors. Es tracta de la "coberta" de l'megasporangio per un teixit especial anomenat integumento, el qual l'envolta gairebé completament, amb l'expressió de l'extrem distal.

El integumento creix a partir de la base de l'megasporangio, el qual pot ser denominat en molts textos com nucela.

Els registres fòssils demostren que el integumento va evolucionar primer com dos lòbuls separats, però, totes les plantes amb llavor que existeixen en l'actualitat tenen un integumento que consisteix en una coberta contínua que envolta la nucela excepte en el micrópilo, que és l'extrem distal.

El micrópilo és el lloc d'entrada dels grans de pol·len o de el tub pol·línic durant la fertilització de la megaspora, per la qual cosa participa activament en aquest procés.

- Evolució dels grans de pol·len

L'evolució de les llavors va estar acompanyada directament de l'evolució dels grans de pol·len, però ¿què és un gra de pol·len?

Un gra de pol·len és un gametòfit endospórico masculí immadur. La endosporia en aquestes estructures va evolucionar de manera similar a com va passar en les llavors, ja que va implicar el desenvolupament de l'gametòfit masculí en l'interior de les parets de l'espora.

Són immadurs perquè quan s'alliberen encara no estan completament diferenciats.

A diferència d'altres tipus de plantes i com es va comentar anteriorment, els grans de pol·len són molt diferents a les megasporas. Aquests són gametòfits masculins extremadament reduïts, els quals consisteixen en unes poques cèl·lules.

Quan són alliberats de l'microsporangio, els grans de pol·len han de ser transportats cap al micrópilo de l'òvul, per tal que tingui lloc la fertilització. El caràcter ancestral de la pol·linització va ser anemófilo (pol·linització per vent).

Un cop en contacte amb l'òvul, el gametòfit masculí completa el seu desenvolupament a l'dividir-se per mitosi i diferenciar-se. A partir d'aquest creix un tub pol·línic exospórico (fora de l'espora), que funciona com un òrgan per a l'absorció de nutrients al voltant de el teixit esporofítico.

El tub pol·línic

Totes les plantes amb llavors que existeixen en l'actualitat tenen gametòfits masculins capaços de formar un tub pol·línic poc després d'entrar en contacte amb el teixit de la megaspora (la nucela). LA formació de el tub pol·línic es coneix com sifonogàmia.

A més de funcionar com a òrgan per a l'absorció d'aliments, el tub pol·línic funciona en el lliurament de les cèl·lules espermàtiques cap al "ou" de l'òvul.

referències

1. Merriam-Webster. (Nd). Spermatophyte. In Merriam-Webster.com dictionary. Retrieved April 7, 2020, from merriam-webster.com
2. Nabors, MW (2004). Introduction to botany (No. 580 N117i). Pearson.
3. Simpson, MG (2019). Plant systematics. Academic press.
4. Raven, PH, Evert, RF, & Eichhorn, ES (2005). Biology of plants. Macmillan.
5. Westoby, M., & Rice, B. (1982). Evolution of the seed plants and inclusivament fitness of plant tissues. Evolution, 36 (4), 713-724.