- Niveles de organización. Transición a la vida terrestre.
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1 NIVELES DE ORGANIZACIÓN (por Javier Florentín y Mariela Nuñez Florentín) La Tierra joven, hace unos 4.600 millones de años, carecía de atmósfera. Luego el descenso de la temperatura, con los elementos y minerales en capas, facilitó su formación en una corteza sólida. Este enfriamiento también permitió la retención de los gases que emanaban de su interior y así se constituyó una atmósfera primitiva, con gran cantidad de vapor de agua, que cuando la Tierra se enfrió por debajo de los 100°C, cayó en forma de lluvia. Dicha atmósfera estaba formada por gases como nitrógeno gaseoso, dióxido de carbono y vapor de agua, pero carecía de oxígeno libre. Por lo tanto, los primeros pasos en la evolución de la vida tuvieron lugar en una atmósfera anaeróbica (sin oxígeno). Los compuestos formados en la atmósfera primitiva fueron arrastrados por las lluvias y formaron la masa de agua del planeta. Descargas eléctricas y otros fenómenos contribuyeron a que se originen moléculas orgánicas cada vez más complejas como aminoácidos, nucleótidos, azúcares, alcoholes, etc.; de allí el término que se les da a dichos océanos es “caldo primitivo”. Esta etapa, de evolución de compuestos químicos orgánicos en los océanos duró unos 1.000 millones de años y así el medio se fue enriqueciendo en sustancias orgánicas. Estas sustancias se agregaron en grupos y serían los precursores de las células primitivas, las primeras formas de vida. La vida se origina probablemente hace unos 3.000 millones de años. Las células primitivas eran capaces de utilizar compuestos como CO2 u otros compuestos orgánicos para satisfacer sus requerimientos de energía. Estos organismos primitivos sólo soportaban concentraciones bajas de O2, por ello se vieron amenazados cuando las concentraciones de oxígeno comenzaron a incrementarse. La acumulación de O2 se dio porque algunas células fueron capaces de “construir” sus propias moléculas ricas en energía a partir de compuestos inorgánicos y de la energía solar. A dichos organismos se los denomina autótrofos y el fenómeno que realizan es la Fotosíntesis. En el proceso de fotosíntesis, es necesario romper una molécula de agua H2O, lo cual libera oxígeno, es así como en el medio fue aumentando paulatinamente el nivel de oxígeno y éste comenzó a ser DIVERSIDAD VEGETAL para GUARDAPARQUES UNIVERSITARIOS- FACENA (UNNE) Niveles de organización. Transición a la vida terrestre 2 abundante hace aproximadamente 2.000 millones de años. Algunas moléculas de oxígeno se convirtieron en moléculas de ozono, las cuales agrupadas constituyeron la “capa de Ozono”, ésta sirvió como escudo protector permitiendo filtrar los rayos ultravioletas, así la atmosfera comenzó a ser similar a la actual. Se asume que las células más antiguas eran poco diferenciadas. Algunas algas azules como Chroococcus sp. podrían representar ese estadio primitivo. Estos organismos carecen de un núcleo organizado, es decir son procariotas. Luego, hace unos 2.000 millones de años, estos organismos anucleados unicelulares pronto formaron filamentos celulares sin división de trabajo, es decir, empiezan a aparecer las formas filamentosas. Un ejemplo actual es el género Oscillatoria. Son formas de vida sencillas, que se dividen asexualmente por fisión binaria, dando por lo tanto una descendencia idéntica a la célula madre. Por ende, el escaso nivel de organización de los organismos procarióticos es una consecuencia de la falta de sexualidad. Más tarde, hace unos 1.500 millones de años, aparece la célula eucariótica, es decir aquella célula que posee un núcleo verdadero y organizado. Y otro hecho de suma importancia es la aparición de la reproducción sexual, es decir la alternancia de fases nucleares, lo cual a su vez está ligado a la adquisición del núcleo celular. La fusión de los núcleos celulares, durante la reproducción sexual, duplica el número de cromosomas, ya que el núcleo celular paterno y el materno aportan cada uno una dotación cromosómica simple. El estado nuclear con una dotación cromosómica simple (es decir, la que poseen los gametos antes de la fusión sexual) recibe el nombre de “fase haploide”, y el estado nuclear posterior a la fusión se denomina “fase diploide” (a partir del zigoto); la alternancia de estas fases haploide-diploide se denomina “alternancia de fases nucleares”. Por lo tanto, la fusión sexual de los gametos y la división reduccional (división meiótica) son los puntos centrales de la alternancia de fases nucleares. La importancia de la reproducción sexual es que genera una mayor variabilidad genética entre los descendientes. De esta manera, los descendientes cuentan con genes que les permiten adaptarse y sobrevivir en un medio que cambia constantemente. También DIVERSIDAD VEGETAL para GUARDAPARQUES UNIVERSITARIOS- FACENA (UNNE) Niveles de organización. Transición a la vida terrestre 3 permite niveles de organización más complejos en estos organismos eucarióticos y sexuados. Estos primeros organismos con un verdadero núcleo, y con organelas diferenciadas son unicelulares, con o sin flagelos, o las células desarrollan asociaciones sencillas filamentosas. Luego las agrupaciones entre las células se especializan cada vez más; la adquisición de ejes celulares en los organismos unicelulares condujo a las formas filamentosas simples o ramificadas, laminares y esferoidales. En Volvox, por ejemplo, existe una división del trabajo: hay células vegetativas (que han perdido su capacidad de reproducirse) y por otro lado se encuentran las células germinales o gametos. De esta manera se va organizando un verdadero organismo pluricelular. Gracias a la existencia de la cohesión entre células, que ya poseen paredes celulares de celulosa o quitina, y de que todas se dividen con la misma orientación se van formando talos filamentosos, como por ejemplo el talo plecténquimatico, que se puede apreciar en las algas Rhodophyta. LA CONQUISTA DE LA TIERRA FIRME: CAMBIOS NECESARIOS PARA SOBREVIVIR EN UN NUEVO AMBIENTE (por Marina Judkevich) Actualmente, se sugiere que las plantas evolucionaron a partir de un grupo de algas verdes relativamente complejas hace unos 450 millones de años. Este grupo evolucionó, dando lugar a unas plantas muy primitivas que conquistaron el medio terrestre. Esta hipótesis es sustentada por registros fósiles y por caracteres que comparten las algas verdes y las plantas, entre éstos se destacan: la presencia de clorofilas a y b, pigmentos carotenoides, almidón en los cloroplastos (como principal fuente de carbohidratos) y celulosa (formando la pared celular). Además, este antepasado tendría una alternancia de generaciones bien desarrollada y gametangios pluricelulares como se observa en las plantas actuales. DIVERSIDAD VEGETAL para GUARDAPARQUES UNIVERSITARIOS- FACENA (UNNE) Niveles de organización. Transición a la vida terrestre 4 A diferencia del medio acuático donde las algas, entre otras ventajas, obtenían con facilidad los nutrientes que necesitaban del agua que las rodeaba, la tierra firme representaba un medio hostil para los organismos debido a que estaban más expuestos a la radiación ultravioleta, a la sequedad y a las variaciones de temperatura. Se piensa que en un principio los antepasados de las plantas podrían haber habitado ambientes de aguas someras, y sobrevivido soportando las variaciones del nivel de las aguas. Para la transición del agua a la tierra firme fue necesario que los organismos adquirieran nuevas características morfológicas y fisiológicas para sobrevivir y reproducirse en el ambiente terrestre. Estas adquisiciones fueron: 1- El desarrollo de una capa estéril que recubría las células productoras de gametas masculinas y gametas femeninas (ovocélulas) tanto en los gametangios masculinos (anteridios) como en los femeninos (arquegonios). 2- Retención del zigoto dentro del gametangio femenino y su desarrollo allí para formar un embrión. Éste quedaría así protegido por el gametofito femenino durante las fases iniciales de su desarrollo. 3- La aparición de una capa cérea protectora, la cutícula, para evitar la evaporación excesiva y por ende la desecación. 4- El desarrollo de estomas para regular el intercambio gaseoso. 5- La conducción externa del agua y los nutrientes, mediante capilaridad a lo largo de la superficie de la planta. 6- El desarrollo de estructuras de anclaje al sustrato. Estos cambios fueron suficientes para la aparición de los Briófitos, que junto con las plantas vasculares conforman las plantas terrestres o Embriófitas. Los Briófitos con frecuencia abundan en lugares relativamente húmedos. Tienen un nivel de organización taloso, es decir, sin verdaderos tejidos y órganos. Su cuerpo presenta rizoides como estructuras de anclaje, caulidios como estructuras axiales y filidios para realizar la función fotosintética. DIVERSIDAD VEGETAL para GUARDAPARQUES UNIVERSITARIOS- FACENA (UNNE) Niveles de organización. Transición a la vida terrestre 5 Más cambios se requirieron para el desarrollo de organismos superiores como las Plantas vasculares. Estos cambios fueron: 1- La evolución de un sistema de conducción especializado formado por xilema y floema, para el transporte de agua y nutrientes. Esto se dio a medida que las plantas aumentaron de tamaño. 2- La capacidad de sintetizar lignina por parte de las células constituyentes de los sistemas de sostén y conducción. Lo que permitió que las plantas alcanzaran tamaños mayores. 3- La evolución de las partes subterráneas del cuerpo a raíces para la absorción y anclaje, y de las partes aéreas a hojas. Esto permitió una fotosíntesis eficaz. 4- Reducción progresiva en el tamaño del gametofito y aumento de su dependencia al esporofito, obteniendo de éste protección y nutrición. 5- Desarrollo de semillas en algunas plantas. Estas estructuras brindarían al esporofito joven (embrión) alimento y protección contra las condiciones desfavorables en el medio terrestre. Las plantas vasculares poseen el mayor nivel de organización morfológica vegetal, son cormófitos, es decir, presentan diferenciación de tejidos (sistemas de conducción, entre otros) y de órganos: tallo, hojas y raíces. Las plantas con semillas: semilla = supervivencia Las semillas hicieron su aparición hace unos 360 millones de años y han sido una de las innovaciones más drásticas en la evolución de las plantas vasculares. La mayoría de las plantas con semillas de la actualidad tienen semillas que desarrollan un embrión antes de su dispersión. La presencia de una cubierta seminal y de reserva alimenticia en la semilla acompañando al embrión, le otorgarían a éste mayores probabilidades de supervivencia en ambientes rigurosos, de allí que su aparición sea tan importante. La Tierra ha sufrido numerosos y drásticos cambios desde sus orígenes, sin embargo, estos cambios han dado lugar a la evolución de organismos cada vez más complejos en el DIVERSIDAD VEGETAL para GUARDAPARQUES UNIVERSITARIOS- FACENA (UNNE) Niveles de organización. Transición a la vida terrestre 6 tiempo. En la actualidad, coexiste una enorme diversidad de formas de vida vegetales de distintas complejidades adaptadas a los diferentes ambientes que ofrece nuestro planeta. Fig. 1. Niveles de organización. DIVERSIDAD VEGETAL para GUARDAPARQUES UNIVERSITARIOS- FACENA (UNNE) Niveles de organización. Transición a la vida terrestre 7 Fig. 2. Transición de la vida acuática a la vida terrestre. Imagen adaptada de Becker & Marin, 2009 BIBLIOGRAFÍA - - Becker, B. & B. Marin. 2009. Streptophyte algae and the origin of embryophytes. Annals of Botany 103: 999-1004. Lindorf, H., L. de Parisca & P. Rodríguez. 1991. Botánica: clasificación, estructura, reproducción. Ed. de la Biblioteca Universidad Central de Venezuela, Caracas D. F., Venezuela. Zimmermann, W. 1976. Evolución Vegetal. Ed. Omega, Barcelona, España. Raven, P. H.; Evert, R. F. & S. E. Eichhorn. 1992. Biología de las Plantas. Barcelona, España. Izco, J. et al. 1998. Botánica. Ed. Mc Graw-Hill. Buenos Aires, Argentina. http://www.aulados.net/Botanica/Curso_Botanica/Plantas_terrestres/10_Plantas_ terrestres_texto.pdf DIVERSIDAD VEGETAL para GUARDAPARQUES UNIVERSITARIOS- FACENA (UNNE) Niveles de organización. Transición a la vida terrestre
