Plantae

Lepiante(PlantaeHaeckel,dette anchevegetali) sono organismiuniopluricellulari,eucariotifoto-aerobici, concloroplastidi origineendosimbiotica primaria. Vi sono 386 654speciedi piante catalogate.Sono piante glialberi, gliarbustio cespugli, leerbe, irampicanti, lesucculente, lefelci, imuschi,alghe verdie molti altri ancora.
La maggior parte delle piante è rappresentata dal gruppo delleangiosperme(appartenenti allespermatòfite), con circa 250 000 specie che si distinguono dagli altrigruppiper la produzione deifiori, seguita, dopo l'impollinazione, dalla formazione disemiracchiusi e protetti all'interno di unfrutto.
Le branche dellabiologiapiù importanti che si occupano dello studio delle piante sono labotanicaper la sistematica e l'anatomia, lafisiologia vegetaleper il loro funzionamento e l'ecologia vegetale, che studia la distribuzione delle piante e l'effetto dei fattori ambientali che influenzano tale distribuzione, nonché le interazioni tra le piante e gli altri organismi.
Per labiologiale piante hanno alcune caratteristiche fondamentali:
I limiti precisi del regno delle piante, per quanto riguarda gli organismi inferiori e in particolare unicellulari, sono stati oggetto di valutazioni in parte discordanti. Inizialmente, il regno delle piante (più esattamente il regno Vegetale, vedi sotto) comprendeva anche organismi eterotrofi (come gli animali) come ifunghi, e tutti i batteri e archeobatteri. Successivamente, le piante vennero ristrette ai soli organismi autotrofi pluricellulari, rimandando tutti gli organismi unicellulari anche autotrofi al regno deiprotisti.
Oggi prevale la tendenza a riportare nel regno delle piante gli organismi unicellulari autotrofi, purché eucarioti.Ciò si applica in particolare allealgheverdi, tradizionalmente incluse nei Protisti; esse farebbero parte del regno delle piante, perché hanno cellule con le pareti di cellulosa, contengono lo stesso tipo di clorofilla delle piante terrestri e producono amido con la fotosintesi.
Vi sono anche altre posizioni, come quella degli studiosi che considerano ancora oggi le piante un gruppo tassonomico ben circoscritto, dal quale ribadiscono l'esclusione delle alghe.Ancora più controversa è la collocazione dellealghe rosse o rodofite, che hanno una parentela meno stretta delle alghe verdi con le piante superiori. Rimangono unanimemente esclusi iprocarioticapaci di fotosintesi, in particolare il gruppo delle alghe azzurre (più correttamente chiamatecianobatteri).
Per la loro semplicità strutturale e la stretta vicinanzafilogenetica, le alghe verdi vengono considerate antenate delle piante terrestri. Secondo questa ipotesi, circa 400 milioni di anni fa alcune alghe verdi d'acqua dolce (leCaroficeeo leCarofitesecondo i diversi inquadramenti tassonomici), facevano capolino sulle rive deilaghiesposte per breve tempo all'aria. Queste sottili fasce verdi intorno alle zone d'acqua erano l'unicavegetazionesulla terraferma, allora completamente deserta.
Gli antenati delle piante terrestri si sono evoluti nell'acqua. Una schiuma algale si formò sulla terra già 1,2 miliardi di anni fa, ma solo nell'Ordoviciano, intorno a 450 milioni di anni fa, apparvero le prime piante terrestri, con un livello di organizzazione simile a quello dellebriofite.Tuttavia, i fossili di organismi con untalloappiattito nelle rocceprecambrianesuggeriscono che eucarioti multicellulari d'acqua dolce esistevano oltre un miliardo di anni fa.
Le piante terrestri primitive iniziarono a diversificarsi nel tardoSiluriano, intorno al 420 milioni di anni fa.Muschi,licofiteefelcicompaiono poi nei reperti fossili.L'anatomia delle piante primitive è conservata nei minimi dettagli cellulari in un insieme di fossili delDevonianoantico. Queste prime piante vennero conservate pietrificandosi nellaselceformata nelle sorgenti calde vulcaniche ricche di silice.
Entro la fine del Devoniano, la maggior parte delle caratteristiche di base delle piante odierne erano presenti, tra cui radici, foglie exilemain alberi comeArchaeopteris.Il periodoCarboniferovide lo sviluppo di foreste in ambienti paludosi dominati da licopodi eequiseti, alcuni dei quali grandi quanto alberi, e la comparsa delle primegimnosperme, le primepiante da seme.L'evento di estinzione del Permiano-Triassicocambiò radicalmente le strutture delle comunità.Ciò potrebbe aver creato le premesse per l'evoluzione dellepiante da fiorenelTriassico(~200 milioni di anni fa), con unaradiazione adattativanelCretaceocosì rapida che Darwin la definì un "mistero abominevole".Leconiferesi diversificarono dal tardo Triassico in poi e divennero una parte dominante della flora nelGiurassico.
A partire dalXVII secolo, le piante venivano incluse nel più vasto – ed allora poco conosciuto – Regno Vegetale, che comprendeva anche tutti i tipi dialghe, ifunghi, ibatterie ilicheni. DalXX secolo, con l'avanzare delle conoscenze scientifiche, i funghi, biochimicamente e filogeneticamente molto più affini aglianimali, vennero ascritti a un separatoregno tassonomico, i batteri si ripartirono nei due regni (o, più correttamente, divisioni)eubatteriearcheobatteri, i licheni vennero riconosciuti come organismi modulari formati dallasimbiosidi un'alga e di un fungo, mentre le alghe della prima classificazione vennero disperse: la maggior parte di quelle microscopiche comprese nelle piante, mentre molte altre, a seconda dei gruppi, divise in ambiti tassonomici differenziati e tuttora in parte controversi.
Nel corso della complessastoria della tassonomiadelle piante, i continui cambiamenti apportati dai botanicisistematicihanno così generato diversi raggruppamenti, spesso basati su distinzioni morfologiche e riproduttive. Anche se molti di essi sono ufficialmente in disuso, questi gruppi rimangono tuttora utilizzati in botanica perché offrono una rapida comprensione delle differenze mostrate dagli organismi vegetali, a seguito di una diversa complessità tracciata dalcammino evolutivo.
Con l'avvento della filogenesi molecolare, molti gruppi inizialmente considerati monofiletici come le Bryophyta, le Gimnosperme o le Charophyta, sono stati suddivisi in linee separate risultando così parafiletici. Uncladogrammasemplificato realizzato alla luce degli studi filogenetici è il seguente:
Le cellule vegetali presentano caratteristiche distintive che mancano in altre cellule eucariote (come quelle degli animali). Tra questi vi sono il grandevacuolocentrale pieno d'acqua, icloroplastie la forte e flessibileparete cellulare, che si trova all'esterno dellamembrana cellulare. I cloroplasti derivano da quella che un tempo era una simbiosi tra una cellula non fotosintetica e uncianobatteriofotosintetico. La parete cellulare, composta principalmente dacellulosa, consente alle cellule vegetali digonfiarsi d'acquasenza scoppiare. Il vacuolo consente alla cellula di cambiare dimensione mentre la quantità dicitoplasmarimane la stessa.
La maggior parte delle piante sonopluricellulari. Le cellule vegetali si differenziano in molteplici tipi di cellule, formando tessuti come il tessuto vascolare conxilemaefloemaspecializzati delle nervature fogliari e dei fusti, e organi con diverse funzioni fisiologiche come leradiciper assorbire acqua e minerali, gli steli per il supporto e per trasportare acqua e molecole sintetizzate, lefoglieper la fotosintesi e ifioriper la riproduzione.
Le pianteeffettuano la fotosintesi, producendo molecole alimentari (carboidrati) utilizzando l'energia ottenuta dallaluce. Le cellule vegetali contengonoclorofillenei loro cloroplasti, che sono pigmenti verdi utilizzati per catturare l'energia luminosa. L'equazione chimica per la fotosintesi è:
6CO2+6H2O→luceC6H12O6+6O2{\displaystyle {\ce {6CO2{}+6H2O{}->[{\text{luce}}]C6H12O6{}+6O2{}}}}
Ciò fa sì che le piante rilascinoossigenonell'atmosfera. Le piante verdi forniscono una parte sostanziale dell'ossigeno molecolare del mondo, insieme al contributo delle alghe fotosintetiche e dei cianobatteri.
Le piante che hanno adottato secondariamente uno stile di vita parassitario possono perdere i geni coinvolti nella fotosintesi e nella produzione di clorofilla.
La crescita è determinata dall'interazione delgenomadi una pianta con il suo ambiente fisico e biotico.I fattori dell'ambiente fisico o abiotico includono latemperatura, l'acqua, la luce, l'anidride carbonicae inutrientinel suolo.I fattori biotici che influenzano la crescita delle piante includono l'affollamento, il brucamento, i batteri e i funghi simbiotici benefici e gli attacchi di insetti omalattie delle piante.
Il gelo e la disidratazione possono danneggiare o uccidere le piante. Alcune piante hannoproteine antigelo,proteine da shock termicoe zuccheri nel loro citoplasma che consentono loro di tollerare questi stress.Le piante sono continuamente esposte a una serie di stress fisici e biotici che causano danni al DNA, ma possono tollerare e riparare gran parte di questi danni.
Le piante si riproducono sia sessualmente, tramitegameti, siaasessualmente, tramite la normale crescita. Molte piante utilizzano entrambi i meccanismi.
Quando si riproducono sessualmente, le piante hanno cicli di vita complessi che prevedono l'alternanza di generazioni. Una generazione, losporofito, che èdiploide(con 2 serie dicromosomi), dà origine alla generazione successiva, ilgametofito, che èaploide(con una serie di cromosomi). Alcune piante si riproducono anche asessualmente tramitespore. In alcune piante non fiorite come i muschi, il gametofito sessuale forma la maggior parte della pianta visibile.Nelle piante da seme (gimnosperme e angiosperme), lo sporofito costituisce la maggior parte della pianta visibile, mentre il gametofito è molto piccolo. Le angiosperme si riproducono sessualmente tramite i fiori, che contengono parti maschili e femminili: queste possono trovarsi all'interno dello stesso fiore (ermafroditismo), su fiori diversi della stessa pianta (monoicismo) o su piante diverse (dioicismo). Glistamiproduconopolline, che contiene i gameti maschili che entrano nell'ovuloper fecondare la cellula uovo del gametofito femminile. La fecondazione avviene all'interno deicarpellioovari, che si sviluppano infrutticontenenti isemi. I frutti possono essere dispersi interi oppure possono aprirsi e lasciar disperdere i semi individualmente.
Le piante si riproducono in modo asessuato sviluppando una qualsiasi delle numerose strutture in grado di dare origine a nuove piante. Nella forma più semplice, piante come i muschi o le epatiche possono essere spezzate in varie parti, ognuna delle quali può rigenerarsi dando origine a piante intere. La propagazione delle piante da fiore tramitetaleaè un processo simile. Strutture come glistolonipermettono alle piante di crescere fino a coprire un'area, formando unclone. Molte piante sviluppano strutture di riserva alimentare cometuberiobulbiche possono svilupparsi in una nuova pianta.
Alcune piante non fiorite, come molte epatiche, muschi e alcuni licopodi, insieme ad alcune piante fiorite, sviluppano piccoli gruppi di cellule che possono staccarsi e crescere in una nuova pianta.
Lafotosintesicondotta dalle piante e dalle alghe è la principale fonte dienergiae dimateria organica(lafitomassa) in quasi tutti gliecosistemi. Questo processo portò ad un radicale cambiamento della composizione dell'atmosferaoriginaria, causato da un incremento della quantità diossigeno, che ora ne occupa il 21% del volume. Ciò permise lo sviluppo degli organismiaerobied in seguito l'approdo dellavitanell'ambiente sub-aereo. Grazie all'autotrofia, le piante sono i produttori primari negli ecosistemi terrestri, formando la base dellacatena alimentare, da cui dipende l'esistenza deglianimalie degli altri organismieterotrofi.
Le specie vegetali svolgono un'importante funzione all'interno delciclo dell'acqua(evapotraspirazione) e di altricicli biogeochimici. Alcune piante si sonocoevolutecon batteriazotofissatori, essenziali per ilciclo dell'azoto. Inoltre, lo svilupporadicaleha un ben determinato ruolo nell'evoluzione delsuolo(pedogenesi) e, assieme alle chiome che formano il manto vegetale, nel prevenire la suaerosione.
Le piante sono anche gli organismi dominanti i varibiomiterrestri, i cui nomi derivano proprio dal tipo divegetazionecaratteristica. Numerosi animali si sono coevoluti con le piante, assumendo entrambi forme e comportamenti specializzati a favorire un'associazione mutualisticache, a volte, diviene così stretta da legare le due specie letteralmente per la "vita", perché la scomparsa di una particolare pianta provoca l'immediataestinzionedella specie animale simbiotica e viceversa. Mentre le piante offrono tane, siti per la riproduzione e cibo in quantità, alcuni animali, dettipronubi, favoriscono l'impollinazionedei fiori; altri ladispersionedei semi. Lemirmecofitesono piante coevolutesi con leformiche, che le difendono daglierbivorio da piantecompetitricie lefertilizzanocon i loro rifiuti organici, in cambio di una casa e, non sempre, di cibo.
Oltre che con i batteri e gli animali, le piante instaurano frequentemente simbiosi con delle specie fungine tramite le radici, formando un'associazione definitamicorriza: i funghi aiutano la pianta per l'assorbimento dell'acqua e dei nutrienti presenti nel suolo; la pianta offre in cambio icarboidratiprodotti con la fotosintesi. Altre specie ospitano al loro interno dei funghi endofitici che proteggono la pianta dagli erbivori mediante la produzione ditossine. NelleOrchidacee, i semi sono privi o carenti diendospermae lagerminazionenon può avvenire senza l'ausilio di un fungo specifico.
Come tutti gli esseri viventi le piante possono essere sensibili a molecole perché le loro cellule sono dotate di recettori di tali sostanze; usano questi recettori, per esempio, per ricevere informazioni dall'ambiente. Se le cellule delle radici captano la presenza di nutrienti comeazotoefosforo, la crescita delle radici si rivolge verso la direzione degli elementi. Le piante sono anche in grado di reagire in tempo reale a uno stimolo meccanico. Lepiante carnivorehanno questa caratteristica.
Ad esempio ladioneaha sulle foglie-trappola dei peli sensibili che rilevano la presenza degli insetti e che consentono alle trappole di chiudersi immediatamente, impiegando meno di un secondo, e laMimosa pudicaritrae le foglie se toccata. Le piante individuano la luce grazie a molecole presenti sulle foglie (come ifitocromi) che agiscono da recettori. Diverse specie di piante sono in grado di percepire l'umidità del terreno, lagravità, la CO2(anidride carbonica) o altri composti chimici. Come difesa passiva usano centinaia di molecole, quali l'acido salicilico, lamorfina, lanicotinae lacaffeina. Queste molecole rendono la pianta poco appetibile o velenosa.
L'emissione di alcune molecole si verificano in caso di predazione; ad esempio l'artemisia, se ferita, emette dei composti chimici che fanno reagire le piante vicine. Iltabacco,cotoneofagiolodelPerù, quando sono attaccati da insetti, producono molecole che attirano altri insetti predatori che le liberano dai loro aggressori. Le piante usano i filamenti (miceli) deifunghiche vivono insimbiosicon le radici, scambiandosi segnali chimici, formando una rete molto più vasta di quella delle sole radici.
GiàCharles Darwinaveva supposto, nel suoThe power of movement in plants(1880), che le radici potevano essere considerate sede di fenomeni di elaborazione dell'informazione delle piante. Ogni segmento delle radichette ha una funzione particolare quando si addentra nel terreno. È in grado di percepire le condizioni ambientali e produce e propaga segnali elettrici.M. pudicaè anche in grado di memorizzare localmente eventi passati. Dopo alcuni di questi colpi innocui smette di chiudere le foglie, mostrando il fenomeno dell'abituazione.
Da evidenze emerse sullo studio di piante di pomodoro, tabacco ed altre, è emerso che ogni pianta emette suoni acuti quando viene sottoposta a stress, nell'ordine di -65dbspl tra i20 kHzed i100 kHze che quindi il suono emesso è piuttosto forte e può essere udito da diversi metri di distanza in parte da umani, altri animali, insetti ed altre piante.Questi suoni sono stati registrati da un team diretto da Itzhak Khait al Tel Aviv University in Israele, e sottoposti ad un programma di intelligenza artificiale che è riuscito a predire dal solo ascolto del suono emesso anche in mezzo a rumori ambientali, lo stato della pianta come secca, recisa o intatta. Quando la pianta è intatta ed in salute emette pochissimi suoni praticamente trascurabili e spesso neanche rilevabili, praticamente resta in silenzio, mentre quando è sottoposta a stress l'ultrasuono è netto, rilevabile ed acuto. L'emissione dei suoni viene prodotta percavitazione, la produzione di piccole bolle all'interno delle piante stressate. Alcune piante sono più "loquaci" di altre, ad esempio il "lamento" del pomodoro è il triplo più frequente del tabacco, ed anche le "motivazioni" sono differenti, ad esempio alcune piante fanno più rumore se hanno poca acqua piuttosto che vengano danneggiate.
La coltivazione umana delle piante è il fulcro dell'agricoltura, che a sua volta hasvolto un ruolo chiave nella storia delle civiltà mondiali. Gli esseri umani dipendono dalle piante per ilcibo, sia direttamente sia come mangime nell'allevamentoanimale. Circa 7 000 specie di piante sono state utilizzate a scopo alimentare, anche se la maggior parte del cibo odierno deriva da sole 30 specie. Glialimenti di baseprincipali sonocerealicomerisoegrano, radici e tuberi amidacei comemaniocaepatatee legumi comepiselliefagioli. Glioli vegetalicome l'olio d'olivae l'olio di palmafornisconolipidi, mentrefruttaeverduraapportanovitaminee minerali alla dieta.Caffè,tèecioccolatosono le principali colture i cui prodotti contenenticaffeinafungono da blandi stimolanti.Lo studio dell'uso delle piante da parte dell'uomo è chiamato botanica economica oetnobotanica.
Lepiante medicinalisono una fonte primaria dicomposti organici, sia per i loro effetti medicinali e fisiologici, sia per lasintesiindustriale di una vasta gamma di sostanze chimiche organiche.Centinaia di medicinali enarcoticiderivano dalle piante, sia medicinali tradizionali utilizzati inerboristeriasia sostanze chimiche purificate dalle piante o identificate per la prima volta in esse e poi sintetizzate per l'uso nella medicina moderna. I farmaci moderni derivati dalle piante includono l'aspirina, iltaxolo, lamorfina, ilchinino, lareserpina, lacolchicinae lavincristina. Le piante utilizzate in erboristeria includono ilginkgo, l'echinacea, ilpartenioe l'iperico. LafarmacopeadiDioscoride,De materia medica, che descrive circa 600 piante medicinali, fu scritta tra il 50 e il 70 d.C. e rimase in uso in Europa e nel Medio Oriente fino al 1600 d.C. circa; fu il precursore di tutte le farmacopee moderne.
Le piante coltivate come colture industriali sono la fonte di un'ampia gamma di prodotti. I prodotti non alimentari includonooli essenziali,colorantinaturali, pigmenti,cere,resine,tannini,alcaloidi,ambraesughero. I prodotti derivati dalle piante includono saponi, shampoo, profumi, cosmetici, vernici, lacche, trementina, gomma,lattice, lubrificanti, linoleum, plastica, inchiostri egomme da masticare. I combustibili rinnovabili provenienti dalle piante includono lalegna da ardere, latorbae altribiocarburanti.Icombustibili fossilicarbone,petrolioegas naturalederivano dai resti di organismi acquatici tra cui ilfitoplanctonintempi geologici.Molti dei giacimenti di carbone risalgono al periodoCarbonifero. Le piante terrestri formano anche ilcherogene di tipo III, una fonte di gas naturale.
Per costruire abitazioni e confezionare indumenti vengono utilizzate risorse strutturali e fibre vegetali. Illegnoviene utilizzato per costruire edifici, imbarcazioni, mobili e anche per oggetti più piccoli comestrumenti musicalie attrezzature sportive. Il legno viene ridotto inpolpaper produrrecartaecartone.I tessuti sono spesso realizzati concotone,lino,ramièo fibre sintetiche come ilrayon, derivate dalla cellulosa vegetale.
Migliaia di specie vegetali vengono coltivate per la loro bellezza e per fornire ombra, modificare le temperature, ridurre il vento, attenuare il rumore, garantire la privacy e ridurre l'erosione del suolo. Le piante sono la base di un'industria turistica multimiliardaria, che comprende viaggi in giardini storici,parchi nazionali,foreste pluviali,forestecon foglie autunnali colorate e festival come quello dei ciliegi in fiore in Giappone.
Le piante possono essere coltivate all'interno comepiante da appartamentooppure in edifici specializzati come leserre. Piante comeDionaea muscipula,Mimosa pudicaeSelaginella lepidophyllavengono vendute come curiosità. Le forme d'arte specializzate nella disposizione di piante recise o vive includono ilbonsai, l'ikebanae la composizione di fiori recisi o secchi. Lepiante ornamentalihanno talvolta cambiato il corso della storia, come nel caso dellabolla dei tulipani.
Lo studio tradizionale delle piante è la scienza dellabotanica.La ricerca biologica di base ha spesso utilizzato le piante comeorganismi modello. Ingenetica, la coltivazione di piante di pisello ha permesso aGregor Mendeldi derivare leleggi fondamentali che governano l'ereditarietà,e l'esame dei cromosomi nel mais ha permesso aBarbara McClintockdi dimostrare la loro connessione con i tratti ereditari.La piantaArabidopsis thalianaviene utilizzata nei laboratori come organismo modello per comprendere come igenicontrollano la crescita e lo sviluppo delle strutture vegetali.Glianelli degli alberiforniscono un metodo di datazione inarcheologiae una registrazione deiclimi passati.Lo studio dei fossili vegetali, opaleobotanica, fornisce informazioni sull'evoluzione delle piante, sulle ricostruzionipaleogeografichee sui cambiamenti climatici del passato. Anche i fossili vegetali possono aiutare a determinare l'età delle rocce.
Le piante, compresi gli alberi, compaiono nella mitologia, nella religione e nella letteratura.In numerose religioniindoeuropee, siberiane e dei nativi americani, l'albero del mondoè raffigurato come un albero colossale che cresce sulla terra, sostiene i cieli e le cui radici si estendono fino agliinferi. Le forme dell'albero del mondo includono l'albero archetipico della vita, che a sua volta è collegato al concetto eurasiatico dell'albero sacro.
I fiori sono spesso utilizzati come segno di commemorazione, come regalo e per celebrare occasioni speciali come nascite, decessi, matrimoni e festività. Le composizioni floreali possono essere utilizzate per inviaremessaggi nascosti.Le piante e in particolar modo i fiori costituiscono i soggetti di molti dipinti.
Lepiante infestantisono piante indesiderabili dal punto di vista commerciale o estetico che crescono in ambienti gestiti come i campi coltivati e i giardini.L'uomo ha diffuso molte piante oltre i loro habitat nativi; alcune di queste piante sono diventateinvasive, danneggiando gli ecosistemi esistenti soppiantando le specie autoctone e talvolta diventando gravi infestanti della coltivazione.
Alcune piante che produconopollinetrasportato dal vento, tra cui legraminacee, provocanoreazioni allergichenelle persone che soffrono diraffreddore da fieno. Molte piante producono tossine perproteggersi dagli erbivori. Le principali classi di tossine vegetali includonoalcaloidi,terpenoidiefenoli.Questi possono essere dannosi per gli esseri umani e il bestiame se ingeritio, come nel caso dell'edera velenosa, per contatto.Alcune piante hanno effetti negativi su altre piante, impedendo la crescita delle piante vicine attraverso il rilascio di sostanze chimicheallelopatiche.