CLASIFICAREA REGNULUI VEGETAL

1. definiţia, obiectul şi legătura botanicii sistematice cu alte ştiinţe

Botanica (gr. botane – plantă, iarbă) este ştiinţa care studiază plantele. Aceasta descrie

morfologia şi structura plantelor, înmulţirea şi dezvoltarea ontogenetică, evoluţia, clasificarea,

răspândirea, posibilităţi de utilizare practică de către om.

Studiul botanicii se extinde asupra tuturor grupelor de plante, actuale şi fosile, atât asupra

celor inferioare cât şi asupra celor superioare, indiferent de importanţa practică pe care o au.

Sistematica este definită ca studiul ştiinţific al diversităţii organismelor vii şi al raporturilor de

înrudire între ele.

Botanica sistematică este ştiinţa care se ocupă cu descrierea şi clasificarea plantelor. Toate

plantele cunoscute azi în natură sunt mai mult sau mai puţin înrudite între ele.

Sarcina principală a botanicii sistematice este clasificarea plantelor pe bază de înrudire şi

evoluţie.

Taxonomie (gr. Taxis – ordine, rânduială; nomos – lege)

Cryptogamae ( gr. Kryptos – ascuns; gamos- căsătorie)

Phanaerogamae (phaneros – vizibil)

Obiectivele botanicii sistematice

Principalele obiective ale botanicii sistematice sunt:

- descoperirea mecanismului şi direcţiei evoluţiei plantelor,

- elaborarea unei clasificări care să exprime relaţiile filogenetice între unităţile

taxonomice;

- stabilirea metodelor clare şi exacte de descriere şi determinare a plantelor în vederea

recunoaşterii lor;

Descrierea completă a unei plante se numeşte diagnoză.

Metodele de studiu folosite:

- observaţia;

- comparaţia,

- experimentul.

2. Scurt istoric al dezvoltării botanicii sistematice

Sec IV î.e.n. Theophrastos a descris aprox. 500 specii de plante;

Plinius, sec. I e.n. a descris 1000 de specii de plante pe care le-a grupat după criterii de

utilitate;

Botanica evului mediu a acumulat date despre morfologia plantelor;

În epoca modernă s-au acumulat date despre plante de noile continente descoperite;

1674 – s-a construit microscopul, ceea ce a dus la dezvoltarea studiilor de anatomice folosite

în botanica sistematică;

1735 C. Linee a creat primul sistem artificial de clasificare a plantelor, de asemenea a

generalizat nomenclatura binomială şi a stabilit principalele reguli de denumire ştiinţifică a

plantelor.

Construirea microscopului electronic a dus la acumularea de noi cunoştinşe despre plante, în

sec XX.

3. Sisteme de clasificare a lumii vii

Un sistem de clasificare exprimă scopul, concepţia şi principiile de ordonare a taxonilor,

precum şi originea şi înrudirea lor.

După scopul urmărit, sistemele de clasificare sunt:

- empirice, grupează organismele în funcţie de scopul utilitar (medicinale, alimentare,

economice, tinctoriale)

- artificiale, elaborate pe baza analizei caracterelor morfologice precum cel propus de C.

Lineé.

- filogenetice, - monofiletice – evoluţie divergentă dintr-un singur grup

- polifiletice – evoluţia unui grup nou din mai multe grupe ancestrale, evoluţie

convergentă;

Evoluţia organismelor s-a realizat pe ambele căi, atât convergent cât şi divergent.

De-a lungul timpului s-au elaborat diverse sisteme de clasificare a lumii vii, unele dintre

acestea reprezintă astăzi un caracter istoric.

Pe vremea lui Lineé toate organismele erau considerate ori plante, ori animale. Animalele

erau organismele care se mişcau, mâncau şi respirau, creşteau până deveneau adulţi. Plantele

nu se mişcau, nu mâncau, nu respirau şi aveau creştere nedefinită.

Este evident că divizarea fundamentală a lumii vii este în procariote şi eucariote.

Toate organismele vii au o organizare celulară, fiind constituite din una sau mai multe celule.

În funcţie de numărul de celule există organisme unicelulare şi pluricelulare.

Procariotele (pro – înainte, karyon – nucleu) sunt reprezentate de bacterii, inclusiv

cianobacterii.

Celulele procariote se deosebesc de celulele eucariote prin faptul că le lipseşte nucleul.

Materialul lor genetic constă dintr-o moleculă de ADN dc care nu este asociată cu proteine

histonice. Acest material genetic reprezintă nucleoidul. Procariotele nu au organite celulare

înconjurate de memebrane plasmatice şi flageli cu microtubuli., nu prezintă diploidie şi

reproducere sexuată.

Organismele eucariote sunt unicelulare şi pluricelulare. Celulele eucariote au un nucleu

definit care este înconjurat de membrană dublă (anvelopă) nucleară. În interiorul nucleului e

găsesc filamente de ADN dc. asociate cu proteine hitonice care formează cromozomii.

Citoplasma celulară conţine organite celulare (mitocondrii, plastide, reticul endoplasmatic)

delimitate de membrane plasmatice. Flagelii şi cilii eucariotelor au structură caracteristică.

Astfel, ei conţin 2 microtubuli central, iar periferic 9 microtubuli.

Pe lângă aceste caractere, multe eucariote au 2 caracteristici importante, care nu există la

procariote. Astfel ele pot fi pluricelulare şi se pot reproduce sexuat.

Descoperirile biologice din ultimul secol au relevat faptul că sistemul de clasificare cu 2

regnuri este unul prea simplificat şi astfel sistemul de clasificare a evoluat spre unul cu 5

regnuri.

Organismele sunt clasificate în cele 5 regnuri pe baza a cel puţin 3 cristerii:

- tipul de celulă (procariotă sau eucariotă);

- nivelul de organizare: unicelulare (solitare sau coloniale) ori pluricelulare;

- tipul de nutiţie.

Cele 5 regnuri sunt:

Monera sau Bacteria

Protista

Fungi

Animalia

Plantae

Regnul Monera (Bacteria) cuprinde organisme procariote cunoscute sub denumirea de

bacterii. Bacteriile prezintă nutriţie variată (fotoautotrofă, chemoautotrofă, saprofită şi

parazită). Reproducerea este asexuată, uneori apare recombinarea genetică.

Regnul Protista cuprinde un ansamblu foarte heterogen de eucariote unicelulare şi

pluricelulare. Aceste organisme nu au caracteristicile distinctive ale animalelor, plantelor sau

ciupercilor. Ciclurile reproductive ale protistelor sunt variabile. Acestea implică diviziunea

celulară şi reproducerea sexuată.

Regnul Fungi cuprinde organismele eucariote cunoscute sub denumirea de ciuperci.

Majoritatea sunt pluricelulare şi cu nutriţie heterotrofă.

Regnul Animalia cuprinde organisme cunoscute sub denumirea de animale. Acestea au

celule eucariote, lipsite de perete celular. Nutriţia este variată (ingestie, digestie, fagocitoză).

Reproducerea este sexuată.

Regnul Plantae cuprinde briofitele şi plantele vasculare (pteridofitele şi spermatofitele).

Strămoşii plantelor erau alge verzi specializate. Plantele sunt organisme fotosintetice adaptate

la viaţa terestră, principalul mod de hrănire este fotoautotrof, deşi unele au devenit

heterotrofe.

Reproducerea la plante este în principal sexuată, cu cicluri de dezvoltare în care alternează

generaţiile haploide cu cele dioploide. La cele mai evoluate plante, generaţia haploidă s-a

redus în cursul evoluţiei.

Briofitele şi plantele vasculare mai sunt denumite şi embriofite, deoarece zigotul se

transformă prin diviziune celulară într-un embrion pluricelular închis în arhegon sau sac

embrionar. Toate embriofitele prezintă o alternanţă de generaţii (gametofit şi sporofit)

heteromorfe. La plantele vasculare sporofitul este dominant.

În unele sisteme de clasificare, care astăzi au caracter istoric, plantele erau împărţite în

Talophytae şi Cormophytae. Talophytaele se caracterizează prin corp vegetativ denumit tal,

care poate fi unicelular sau pluricelular. În categoria Talophytaelor erau incluse bacteriile,

algele, ciupercile, lichenii şi muşchii. Cormophitaele au corp vegetativ, cormul, diferenţiat în

organe vegetative (rădăcină, tulpină, frunze, flori) formate din ţesuturi meristematice şi

ţesuturi definitive. O caracteristică a cormofitelor este existenţa cilindrului central în care se

găsesc ţesuturi conducătoare specializate.

Sistemul de clasificare cu 5 regnuri nu este acceptat de către toţi microbiologii. Problema

majoră este că acest sistem nu face distincţia dintre arhebacterii şi eubacterii. De asemenea,

regnul Protista, este mult prea diversificat, pentru a fi util din punct de vedere taxonomic. Pe

lângă acestea, graniţele dintre regnurile Protista, Plantae şi Fungi nu sunt bine definite,

Alţi autori au sugerat diferite alternative, precum sistemul de clasificare cu 6 regnuri

(Eubacteria, Archaebacteria, Protista, Fungi, Plantae, Animalia). Acest sistem divide

regnul Monera (Procaryote sau Bacteria) în 2 regnuri Eubacteria şi Archaebacteria.

Există de asemena propus şi un sistem de clasificare cu 8 regnuri.

Deşi virusurile, algele, bacteriile, ciupercile nu trebuie considerate plante, ele sunt incluse aici

ca o tradiţie. Se consideră că ele se studiază în partea legată de botanică, după cum botanica a

fost considerată o parte a medicinei.

4. Unităţi taxonomice

În sistemele de clasificare se operează cu diverse unităţi/categorii taxonomice. Orice unitate

de clasificare se numeşte taxon. Unitatea fundamentală în sistematică este specia. În raport cu

acesta celelalte unităţi de clasificare sunt taxoni intraspecifici (subspecia, varietatea,

biotipul) sau sau taxoni supraspecifici (genul, familia, clasa).

Denumirea ştiinţifică este stabilită conform Codului Internaţional de Nomenclatură

Botanică.

Pentru denumirea speciei se foloseşte sistemul binominal. Fiecare specie este denumită prin 2

cuvinte latine, primul, scris cu majuscule, reprezintă numele generic, al doilea scris cu litere

mici este numele specific.

5. Apariţia şi evoluţia vieţii

Variaţiile în structura şi funcţiile organismelor actuale sunt rezultatul final al schimbărilor

evolutive care au apărut de cel puţin 3,5 miliarde de ani. Principalele evenimente în lumea vie

sunt formarea procariotelor, evoluţia eucariotelor, fecundaţia şi meioza, alternanţa de generaţii

şi adaptarea la mediul terestru.

Legături filogenetice ale organismelor

Plantea Pământ datează de aprox 4,5 miliarde de ani. În acele vremuri s-a solidificat scoarţa

terestră şi s-a format Oceanul Primar. Principalul component al atmosferei primare era

hidrogenul. Cele mai vechi roci sedimentare cunoscute sunt din Groenlanda şi datează de

aprox. 3,9 miliarde de ani.

Treptat s-a diversificat şi s-a îmbogăţit atmosfera primară. Aceasta cuprindea gaze precum

hidrogenul, metanul, amoniacul, hidrogenul sulfurat şi apa.

În atmosfera primară turbulentă gazele s-au combinat în mod spontan formând molecule mai

mari, precum etilena, acidul cianhidric, etanolul, formalehida şi ureea.

Datorită absenţei stratului de ozon, în atmosfera primară, razele ultraviolete au bombardat

suprafaţa Pământului şi au luat parte la sinteza moleculelor biologice importante, preum:

acizii carboxilici, aminoacizii, lipide, proteine, nucleotide. Primele organisme care au apărut

în ocenul primar au fost procariotele anaerobe şi heterotrofe, care se hrăneau cu molecule

organice. Aceste procariote heterotrofe datează de 3,5 miliarde de ani.

Pentru cel puţin 2 miliarde de ani, bacteriile au fost singurele forme de viaţă pe Pământ.

În contrast cu aceste recorduri ale bacteriilor, cele mai vechi eucariote dateză de 1,5 miliarde

de ani. Eucariotele pluricelulare au început să evolueze cu cel puţin 700 milioane de ani ăn

urmă. Organismele eucariote unicelulare sunt încadrate în Regnul Protista. Alături de acestea,

în Regnul Protista se găsesc şi eucariote pluricelulare precum algele roşii, algele brune şi

algele verzi.

Relaţiile dintre eucariote sunt foarte complexe iar divizările în regnuri nu sunt pe deplin

acceptate. Din aceste organisme protiste au evoluat 3 regnuri: Plantae, Animalia şi Fungi.

Organismele pluricelulare îşi au originea în strămoşi unicelulari. Plantle, animalele şi

ciupercile au evoluat cu siguranţă din diferite grupe de protiste unicelulare. Algele roşii şi

algele brune nu au strămoşi comuni cu algele verzi şi plantele.

Originea celulei eucariote

Se pare că celulele eucariote au apărut din celulele procariote cu aprox. 1,5 miliarde de ani în

urmă. Una din clee mai semnificative caracteristici ale evoluţiei eucariotelor a fost achiziţia

de mitocondrii şi cloroplaste. Aceste organite complexe au origine simbiotică, care se reflectă

în structura şi forma materialului genetic.

Pentru explicarea originii celulei eucariote din strămoşi procarioţi au fost propuse 2 ipoteze.

Conform primei ipoteze, mucleii, mitocondriile şi cloroplastele celulei eucariote au luat

naştere prin invaginarea membranei plasmatice. Astfel s-au fosmat organite cu membrană

dubă care conţin material genetic capabil de dezvoltare şi specializare ulterioară. Se consideră

că asemănările dintre cloropraste, mitocondrii şi bacteriile actuale se datorează conservării

structurii procariotelor primitive. Structura şi forma materialului genetic din mitocondrii şi

cloroplaste coincide cu cea a procariotelor.

A doua ipoteză privind privind originea celulei eucariote are mai mulţi adepţi. Conform

ipotezei endosimbiontice, celulele eucariote au provenit din celule procariote prin

endosimbioze succesive. Astfel ipoteza endosimbiontică susţine că o bacterie fermentativă

liberă a format o legătură simbiontică permanentă cu o bacterie aerobă fotosintetizantă.

Bacteria fotosintetizantă s-a transformat mai târziu în cloroplast. Cianobacteriile au fost

considerate posibili strămoşi ai cloroplastelor.

Mai recent bacteria Prochloron a devenit candidatul favorit. Acesta trăieşte în interiorul

nevertebratelor marine şi se asemănă cu cloroplastele pentru că prezintă colorfilă a şi colorfilă

b, dar nu are ficobiline. Existenţa acestei bacterii sugerează că cloroplastele au un strămoş

comun cu proclorofitele şi cianobacteriile.

Conform ipotezei endosimbiotice, mitocondriile s-au format dintr-o relaţie endosimbiotică

dintre bacterii anaerobe nesulfuroase purpurii şi o bacterie liberă. Bacteriile nesulfuroase

purpurii au membrană plasmatică care se asemănă cu cristle care apar în interiorul

membranelor mitocondriale. Totodată între mitocondrii şi bacteriile nesulfuroase purpurii

există aesmănări biochimice.

De asemenea s-a propus şi ipoteza originii endosimbiotice a nucleilor, dar dovezile existente

nu sunt convingătoare.

Ipoteza endosimbiozei este susţinută de descoperirea unei cianobacterii endosimbiotice care

coabitează cu un protist biflagelat (Cyanophora paradoxa). Această bacterie numită cianel

funcţionează pe post de cloroplast.

În prezent, cele două ipoteze privind originea celulei eucariote au susţinători. Este posibil ca

date ştiinţifice noi să ajute la rezolvarea problemei originii celulei eucariote. Oricum aceste

ipoteze tratează procese care au avut loc în trecutul îndepărtat şi care nu pot fi observate

direct.

Evoluţia diploidiei

Primele organisme eucariote erau probabil haploide (n) şi asexuate; odată cu stabilirea

reproducerii sexuate, s-au pus bazele evoluţiei diploidiei. Acestă problemă a apărut pentru

prima dată când cele 2 celule haploide s-au combinat pentru a forma un zigot (2n). Se

presupune că zoigotul (2n) se diviza imediat prin meioză, astfel se restabilea starea haploidă

(n). Acestă meioză se numeşte zigotică. La organismele cu un astfel de ciclu de dezvoltare, monogentic haplofazic, zigotul este singura celulă diploidă. Aceste organisme sunt

haplobionte.

La numeroase linii evolutive separate, s-au produs accidental diverse evenimente. Astfel, unii

dintre zigoţii (2n) s-au divizat mitotic, în loc de meiotic. În consecinţă s-au format organisme

alcătuite din celule diploide, la care meioza apărea mai târziu. Aceste organisme sunt

diplobionte (2n) iar ciclul de dezvoltare este monogenetic diplofazic. Diploidia permite

stocarea unei cantităţi mai mari de informaţie genetică. Probabil diploidia asigură o

exprimare mai subtilă a bagajului genetic al organismelor, în cursul dezvoltării.

Ciclul de dezvoltare al unir organisme (plante, unele alge, numeroase ciuperci), cuprinde

alternanţă de generaţii (haploidă şi diploidă). Un astfel de ciclu de dezvoltare este digenetic şi

este caracteristic organismelor haplodiplobionte. Generaţia haploidă este numită gametofit

iar generaţia diploidă este numită sporofit. Gametofitul formează gameţi, iar sporofitul, spori.

În funcţie de duraţa celor 2 generaţii, se disting organisme haplodiplobionte cu generaţii

izomorfe şi organisme haplodiplobionte cu generaţii heteromorfe.