Espermatófitos ou fanerógamas: características, classificação, evolução - Ciência - 2023

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As espermatófitas ou fanerógamas, também conhecidos como "plantas com sementes", são uma grande linhagem monofilética de plantas que pertence ao grupo das lignófitas (plantas lenhosas) e nas quais tanto angiospermas (plantas com flores) quanto gimnospermas (coníferas e Semelhante).

Os espermatófitos formam um grupo separado dos ligniófitos graças à característica compartilhada do desenvolvimento da semente, que é descrito nos livros didáticos como uma "novidade evolutiva" para o grupo.

A palavra "espermatófito" significa literalmente "plantas com sementes", pois vem das palavras gregas "esperma ", que significa semente, e "Fiton", o que significa planta.

Os espermatófitos são um dos organismos mais importantes do planeta, pois tanto as angiospermas quanto as gimnospermas são dois grupos extremamente abundantes e essenciais para o funcionamento de praticamente todos os ecossistemas terrestres.

Se você pensar rapidamente, as plantas com sementes são provavelmente o grupo mais familiar para a maioria das pessoas, não apenas do ponto de vista nutricional (uma vez que óleos, amidos e proteínas são obtidos das sementes de muitas plantas), mas também do ponto de vista da paisagem.

Os espermatófitos são as sequoias gigantes da Califórnia, as grandes e frondosas árvores da floresta amazônica, lírios e rosas, arroz, aveia, milho, trigo e cevada, entre milhares de outros.

Características dos espermatófitos

- A principal característica dos espermatófitos ou fanerogâmicos é a produção de sementes após a polinização, ou seja, como produto resultante da fusão de duas células sexuais.

- São organismos fotossintéticos, ou seja, possuem cloroplastos que contêm clorofila, para que possam converter a energia luminosa dos raios solares em energia química utilizável.

- O corpo desses vegetais é dividido em raiz, caule e folhas.

- Algumas espermatófitas, as angiospermas, produzem flores e dessas flores originam-se os frutos, que são aqueles que contêm as sementes.

- As gimnospermas não produzem flores, mas possuem estruturas especializadas para suportar as sementes.

- A maioria dos espermatófitos possui tecido vascular bem desenvolvido, composto por tecido do xilema e traqueídeos.

- Estão amplamente distribuídos pela biosfera, ocupando centenas de habitats diferentes.

- Podem ter tecidos com crescimento secundário ou não.

Habitat

As plantas com flores (angiospermas) crescem em praticamente qualquer região habitável da Terra (exceto florestas de coníferas) e podem até dominar alguns ecossistemas aquáticos. Portanto, eles são capazes de habitar:

- Desertos

- Planícies

- Serranías

- Oceanos, mares e rios

Da mesma forma, as gimnospermas, outras plantas com sementes, também apresentam grande plasticidade em relação ao habitat que podem ocupar, embora sejam mais restritas a ambientes terrestres e não aquáticos.

Classificação e taxonomia

As plantas com sementes pertencem à divisão Spermatophyta. Nesta divisão estão agrupados os fetos com sementes "Pteridospermas", as Gimnospermas e as Angiospermas.

As samambaias-sementes são um grupo composto principalmente de plantas fósseis, então os espermatófitos são frequentemente considerados gimnospermas e angiospermas.

Gimnospermas

A palavra "gimnosperma" significa "plantas com sementes nuas" (gimnos, que significa "nu" e esperma, que significa "semente").

Dependendo do estudo que se analisa, esse grupo de plantas é um grupo “não natural”, pois seus membros são de origem parafilética, o que significa que nem todos têm o mesmo ancestral comum; ou é um grupo monofilético, irmão das angiospermas.

- Os membros do grupo encontram-se nesta divisão porque partilham a característica comum (apomorfia) de não produzir flores.

- Além disso, essas plantas possuem estruturas conhecidas como “cones”, algumas femininas e uma masculina.

- As sementes não ficam encapsuladas na parede da fruta após a fertilização.

- Têm folhas enroladas, em forma de agulha e abundantes em ceras.

As gimnospermas são divididas nas seguintes linhagens:

– Cycadophyta, a linhagem que se pensa ser a mais básica

– Ginkgophyta

– Coniferophyta, coníferas

– Gnetophyta o Gnetales, às vezes classificado dentro do grupo de coníferas

Angiospermas

As plantas com flores são, ao contrário, um grupo monofilético comprovado, considerado um grupo irmão das gimnospermas. Eles são de longe o grupo de plantas mais abundante, diverso e bem-sucedido de todos, compreendendo mais de 95% de todas as espécies de plantas vivas hoje.

São também uma das plantas mais importantes para o sistema econômico mundial, pois não são exploradas apenas para a produção de alimentos, mas também para a extração de diversos tipos de matéria-prima.

- Todas as angiospermas possuem flores, geralmente bissexuais (ambos os sexos na mesma flor).

- Suas sementes são encapsuladas em um ovário, que se desenvolve em uma fruta.

- Geralmente exibem dupla fertilização.

As angiospermas constituem um grupo extremamente abundante e diverso, cuja classificação é objeto de estudo de muitos especialistas da área, pelo que existem algumas discrepâncias entre uma classificação e outra. No entanto, entre os mais aceitos está que este grupo inclui os clados:

– Amborellales

ou Nymphaeales

– Austrobaileyales

– Magnólidos

ou Laurales

ou Magnoliales

ou Canellales

o Piperales

ou Monocotiledôneas

Petrosaviais
Acorales
Alismatales
Asparagales
Dioscoreales
Liliales
Pandanales

ou Commelinidos

Arecales
Commelinales
Zingiberales
Poales

ou Eudicotiledôneas

Buxales
Trocodendrales
Ranunculales
Proteals
Berberidopsidales
Dillenials
Gunnerales
Caryophyllales
Santalales
Saxifragales
Rosides
Vital
Crossosomatales
Geraniales
Myrtales
Zygophyllales
Celastrales
Cucurbitais
Fabales
Fagales
Malpighiales
Oxalidal
Rosales
Pomares
Brassicales
Malvales
Sapindales
Asterids
Cornales
Ericales
Garryales
Gentianales
Lamiales
Solanales
Apiales
Aquifoliales
Asterales
Dipsacales

Ciclo de vida e reprodução

O ciclo de vida dos espermatófitos é conhecido como “espórico”, onde o esporófito predomina e as sementes são produzidas e o gametófito, ao contrário de outros grupos de plantas, é reduzido dentro do óvulo ou grão de pólen.

Alternância de gerações

A partir disso, entende-se que todas as plantas com sementes possuem alternância de gerações, uma gametofítica e outra esporofítica, mas o gametófito só se desenvolve quando as plantas atingem a idade adulta ou reprodutiva.

Os esporófitos são aqueles que carregam as estruturas especializadas onde os gametófitos femininos e masculinos são produzidos. Os microsporângios produzem os grãos de pólen (masculinos) e os megasporângios produzem os megásporos ou óvulos (femininos).

Em alguns casos, tanto o megasporângio quanto o microsporângio são encontrados em diferentes indivíduos ou estruturas (gimnospermas), mas, geralmente, na maioria das plantas, ambos estão na mesma estrutura conhecida como flor (angiospermas).

As flores

Uma flor é uma estrutura especializada para reprodução e surge do caule como uma "extensão" do corpo da planta.

O megasporângio contido nas flores possui um "recipiente" (o ovário) que funciona na recepção dos grãos de pólen, que são produzidos pelo microsporângio (da mesma flor ou de flores diferentes).

Os óvulos dentro do ovário possuem todos os nutrientes necessários para apoiar o desenvolvimento do embrião, da semente e do fruto, um processo que ocorre após a polinização e fertilização do óvulo por um grão de pólen.

As sementes assim produzidas podem se dispersar por diversos meios e, uma vez germinadas, formam um novo esporófito que pode repetir o ciclo de vida.

Exemplos de espécies de espermatófitas

Os espermatófitos são plantas extremamente diversas, com ciclos de vida, formas, tamanhos e modos de vida muito diferentes.

A este grupo pertencem todas as plantas com flores que conhecemos, praticamente todas as plantas que consumimos para alimentação e as grandes e majestosas árvores que compõem as florestas e selvas que sustentam a vida dos animais.

- A maçã, típica do outono em muitos países sazonais, pertence à espécie Malus domestica, faz parte da divisão Magnoliophyta e da ordem Rosales.

– Pinus mugo É uma espécie de pinheiro arbustivo que cresce nos Alpes e da qual se extraem alguns compostos com propriedades expectorantes, antiasmáticas e desinfectantes.

- O pão que o homem consome diariamente é feito com farinhas produzidas a partir das sementes do trigo, espécie de angiosperma pertencente ao gênero Triticum e que recebe o nome de Triticum aestivum.

Evolução dos espermatófitos

A evolução das plantas com sementes está intimamente relacionada à evolução de duas estruturas: sementes e grãos de pólen.

- Evolução de sementes

A evolução das sementes é um processo que ocorreu em várias etapas, mas não se conhece a seqüência exata das mesmas, podendo ter ocorrido duas ou mais etapas ao mesmo tempo. A seguir, são apresentados os “passos” da evolução das sementes conforme propõem alguns autores:

1-Heterosporia

O termo se refere à formação de dois tipos de esporos haplóides (com metade da carga cromossômica da planta que lhes deu origem) dentro de dois esporângios diferentes

- Megásporos: grandes e pequenos em número, produzidos por meiose em uma estrutura conhecida como megásporângio. Cada megásporo se desenvolve dentro do gametófito feminino, no qual se encontram os arquegônios.

- Microsporos: os produtos meióticos do microsporângio. Os micrósporos se originam do gametófito masculino, no qual os anterídios são encontrados.

É considerada uma das "etapas" essenciais durante a evolução dos espermatófitos, pois a condição ancestral consistia em homosporium, ou seja, a produção de um único tipo de esporos (esporos iguais).

2-Endosporia

Além da formação de dois tipos diferentes de esporos, os espermatófitos desenvolveram outra condição conhecida como endosporia, que consiste no desenvolvimento completo do gametófito feminino dentro da parede original do esporo.

A condição ancestral é conhecida como "exosporia" e tem a ver com a germinação do esporo e seu crescimento como gametófito externo.

3-Redução do número de megásporos

As plantas com sementes são caracterizadas por produzir um único megásporo, uma característica que se acredita ter evoluído de duas maneiras.

Inicialmente, eles deveriam ter adquirido a capacidade de reduzir o número de células meiose dentro do megasporângio para apenas uma; É importante observar que cada uma dessas células é conhecida como megasporócito ou célula-tronco de megásporo.

Após a meiose, um único megásporócito diploide dá origem a 4 megásporos haplóides. Três desses megásporos "abortam", deixando um único megásporo funcional, que aumenta de tamanho, o que se correlaciona com o aumento do tamanho e dos recursos nutricionais do megasporângio.

4-Retenção do megásporo

Uma das condições ou características ancestrais dos espermatófitos é que o megásporo é liberado do megasporângio, o que mudou nesse grupo, pois nessas plantas o megásporo, uma vez produzido, fica retido dentro do megásporângio.

Essa nova "aquisição" evolutiva foi acompanhada, por sua vez, por uma redução na espessura da parede celular dos megásporos.

5-Evolução do tegumento

Muitos autores consideram este um dos últimos eventos ocorridos durante a evolução das plantas com sementes. É a "cobertura" do megasporângio por um tecido especial denominado tegumento, que o envolve quase por completo, com a expressão da extremidade distal.

O tegumento cresce a partir da base do megásporângio, que pode ser chamado de nucela em muitos textos.

Registros fósseis mostram que o tegumento primeiro evoluiu como dois lobos separados, no entanto, todas as plantas com sementes que existem hoje têm um tegumento que consiste em uma cobertura contínua em torno da nucela, exceto para a micrópila, que é o extremo distal.

A micrópila é o local de entrada dos grãos de pólen ou do tubo polínico durante a fertilização do megásporo, por isso participa ativamente desse processo.

- Evolução dos grãos de pólen

A evolução das sementes foi acompanhada diretamente pela evolução dos grãos de pólen, mas o que é um grão de pólen?

Um grão de pólen é um gametófito endospórico masculino imaturo. O endosporium nessas estruturas evoluiu de forma semelhante ao que acontecia nas sementes, pois envolvia o desenvolvimento do gametófito masculino no interior das paredes do esporo.

Eles são imaturos porque, quando são liberados, ainda não estão totalmente diferenciados.

Ao contrário de outros tipos de plantas, e conforme discutido acima, os grãos de pólen são muito diferentes dos megásporos. São gametófitos masculinos extremamente pequenos, que consistem em algumas células.

Quando liberados do microsporângio, os grãos de pólen devem ser transportados para a micrópila do óvulo para que a fertilização ocorra. O caráter ancestral da polinização era anemofílico (polinização pelo vento).

Uma vez em contato com o óvulo, o gametófito masculino completa seu desenvolvimento dividindo-se por mitose e diferenciando-se. A partir daí, cresce um tubo polínico exospórico (fora do esporo), que funciona como um órgão de absorção de nutrientes ao redor do tecido esporofítico.

O tubo polínico

Todas as plantas com sementes que existem hoje têm gametófitos masculinos capazes de formar um tubo polínico logo após entrar em contato com o tecido do megásporo (a nucela). A formação do tubo polínico é conhecida como sifonogamia.

Além de funcionar como um órgão de absorção dos alimentos, o tubo polínico atua na entrega dos espermatozoides ao "óvulo".

Referências

Merriam Webster. (n.d.). Espermatófito. No dicionário Merriam-Webster.com. Recuperado em 7 de abril de 2020, em merriam-webster.com
Nabors, M. W. (2004). Introdução à botânica (nº 580 N117i). Pearson.
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Raven, P. H., Evert, R. F., & Eichhorn, S. E. (2005). Biologia das plantas. Macmillan.
Westoby, M., & Rice, B. (1982). Evolução das plantas com sementes e adequação inclusiva dos tecidos vegetais. Evolution, 36 (4), 713-724.