Biodiversidad: las plantas

Las plantas constituyen uno de los reinos en los que se clasifican los seres vivos. Las características que las distinguen del resto de los organismos son las siguientes:

• Son organismos pluricelulares formados por células eucariotas con pared celular.
• Sus células, en general, están especializadas realizando funciones diferentes y dan lugar a que la mayor parte de las plantas tengan tejidos distintos.
• Son autótrofas: consiguen la energía de la luz solar por medio de la fotosíntesis, y el carbono que necesitan para elaborar sus compuestos químicos a partir del dióxido de carbono de la atmósfera.
• En general, utilizan órganos especializados (las raíces) para absorber del medio otros nutrientes esenciales, como el agua, el nitrógeno y los minerales que necesitan.

Las plantas están formadas por células vegetales, que se caracterizan por tener pared celular, cloroplastos (que son los orgánulos que realizan la fotosíntesis) y una gran vacuola en cuyo interior se acumulan diferentes sustancias químicas que la célula necesita.

Hay cuatro grandes tipos de plantas terrestres. Los musgos (briofitas) no tienen tejidos especiales que transporten los nutrientes en la planta y por eso son de pequeño tamaño y viven en ambientes muy húmedos. Los helechos (pteridofitas) dependen del agua para su fecundación y no tienen semillas. Las gimnospermas (coníferas, como los pinos) se fecundan con ayuda del viento. Tienen semilla, pero no está rodeada por ningún tejido que le proprocione alimento durante su desarrollo. Por último, las angiospermas son las plantas con flores. Su semilla se alimenta, mientras se desarrolla, gracias a un tejido especial.

Las primeras plantas aparecieron en el interior de los mares. Para esas primeras plantas resultaba muy fácil conseguir agua y reproducirse en ella, así como sostenerse gracias a que el agua tiene más densidad que el aire y es capaz de soportar el peso de sus órganos, de forma que esas plantas primitivas no necesitaban ni órganos capaces de absorber el agua (raíces), ni estructuras de soporte (tallos), ni sistemas para distribuir el agua y los nutrientes por toda la planta (vasos conductores), ni adaptaciones para soportar la falta de agua (polen, semillas). 

Sin embargo, las plantas acuáticas tienen un grave problema que dificulta la vida en el interior del agua, la falta de energía, porque la luz del Sol apenas penetra en el agua. Esto hace que las plantas solo puedan hacer la fotosíntesis cuando se encuentran en la superficie o a muy poca profundidad. Por ese motivo las plantas terrestres se encontraron con una gran ventaja respecto a sus antepasados acuáticos: la gran cantidad de luz disponible. A pesar de ello, tuvieron que resolver los problemas que les planteaban la escasez de agua y la mayor importancia de la gravedad. 

Los musgos son las plantas terrestres que conservan las características más primitivas. No tienen órganos (raíz, tallo y hojas) verdaderos, ni tampoco sistema circulatorio que lleve el agua y los minerales a lo largo de la planta, por lo que dependen casi totalmente del agua. Eso hace que sean plantas de pequeño tamaño y que solo se encuentren en ambientes muy húmedos.

Los musgos y los helechos tienen un ciclo de vida con alternancia de generaciones. Esto significa que para completar su desarrollo la planta atraviesa por un proceso de reproducción sexual que da lugar a una planta llamada esporofito y esa planta sufre después un proceso de reproducción asexual mediante el cual se forma otra planta, que recibe el nobmre de gametofito. En los musgos el gametofito es una plantita verde (puede hacer la fotosíntesis) y bien desarrollada que crece directamente sobre el suelo. Cuando se reproduce el esporofito crece directamente encima de ella, formando un filamento terminado en una cápsula. El esporofito depende totalmente del gametofito, que lo alimenta.

Los helechos son plantas adaptadas de forma incompleta al medio terrestre, aunque mejor que los musgos. Tienen una capa superficial de tejido, la epidermis, que los protege de la pérdida de agua, y vasos conductores que distribuyen la savia por toda la planta, lo que permite que alcancen un tamaño mucho mayor que los musgos. De hecho, durante la Era Primaria existieron plantas relacionadas con los helechos actuales que llegaban a tener el tamaño de grandes árboles y que dieron lugar a la mayor parte del carbón que utilizamos en la actualidad. Las plantas tienen raíz, tallo y grandes hojas llamadas frondes que les permiten hacer la fotosíntesis.

En cualquier caso, siguen dependiendo del agua para reproducirse, por lo que solo pueden vivir en zonas húmedas.

La reproducción de los helechos, como la de los musgos, también presenta alternancia de generaciones, pero en este caso la planta bien desarrollada es el esporofito, que resulta de un proceso de reproducción asexual. Los gametofitos son plantas de pequeño tamaño, formadas por una sola hoja con unas pocas raíces que crece pegada al suelo.

Las plantas realmente adaptadas al medio terrestre, capaces de colonizar incluso zonas muy secas, casi desérticas, son las espermafitas o plantas con semilla, gracias a que esta estructura protege al embrión si hay poca agua, permitiendo que su desarrollo no ocurra hasta que se den las condiciones adecuadas.

Dentro de las espermafitas distinguimos dos grandes grupos. Por un lado están las Gimnospermas, que en su mayor parte son arbustos o árboles siempre verdes como los pinos o los cipreses. Tienen raíces, tallos y hojas verdaderas, y flores, aunque no son completas, que producen una gran cantidad de polen, que será dispersado por el viento para que tenga lugar la fecundación. En muchos casos la semilla está protegida por una estructura llamada cono o piña.

Las Angiospermas son las plantas con flores propiamente dichas. Tienen raíz, tallo y hojas y sus flores son completas, con ovario. Los vasos conductores, xilema y floema, son muy eficaces para transportar los nutrientes a lo largo de la planta y su semilla está rodeada por una capa de células llamada endospermo que proporciona nutrientes al embrión, haciendo que su desarrollo sea más fácil. También desarrollan un fruto, que favorece que los animales ayuden a la planta a distribuir sus semillas.

La flor de las angiospermas ha evolucionado a la vez que lo han hecho los insectos, de modo que una se ha adaptado a los otros. Los insectos aprovechan la flor para alimentarse, pero al mismo tiempo transportan el polen de una planta a otra, ayudando a que la planta se reproduzca. La relación entre insectos y plantas es un ejemplo de simbiosis.

Existen dos grandes tipos de angiospermas, que se distinguen entre sí por las características de sus flores y, sobre todo, de sus semillas. Las semillas de las angiospermas tienen hojas especiales llamadas cotiledones que permiten que la planta se alimente hasta que se ha desarrollado lo suficiente como para hacer la fotosíntesis. Las dicotiledóneas tienen dos cotiledones en su semilla, mientras que las monocotiledóneas tienen solo uno. Dentro de este grupo, un tipo de plantas que se ha extendido mucho adaptándose a los ambientes más secos son las gramíneas, entre las que se encuentran los cereales.

 

Anatomía de las plantas

Las plantas tienen dos sistemas de órganos. Por una parte están las raíces, que crecen generalmente debajo de la tierra y que se ocupan de sujetar la planta al suelo, absorber el agua y los minerales y, en muchos casos, acumular sustancias de reserva que la planta puede llegar a necesitar si las condiciones ambientales son malas.

El conjunto de órganos de las plantas que crece por encima del suelo se llama vástago, e incluye los tallos, las hojas y las yemas, las estructuras especiales que permiten que la planta siga creciendo. Las flores, órganos especializados en la reproducción, se forman a partir de hojas modificadas.

El tallo es el órgano que soporta al resto de las estructuras de la planta. Cuando se observa en detalle se pueden distinguir en él dos tipos de zonas: los nodos o nudos son las zonas del tallo desde donde salen las ramas y las hojas, mientras que los entrenudos son las zonas del tallo sin ramas ni hojas que se encuentran entre dos nudos consecutivos.

En el interior del tallo y del resto de los órganos de la planta se encuentran los vasos conductores, por los que circula la savia. El xilema lleva el agua y los minerales (savia bruta) desde las raices al resto de la planta, mientras que el floema lleva los nutrientes orgánicos (savia elaborada) desde las hojas al resto de la planta.

Las hojas son el principal órgano de nutricion de la planta. Permiten la entrada y la salida de los gases que la planta necesita tanto para la fotosíntesis como para la respiración.

Durante el día la planta realiza la fotosíntesis, absorbiendo dióxido de carbono y expulsando oxígeno, pero también la respiración, absorbiendo oxígeno y expulsando dióxido de carbono. Durante la noche la planta solo respira.

Las hojas también pierden vapor de agua, lo que es un problema para la planta, pero le resulta necesario porque permite el movimiento de la savia.

La entrada y la salida de los gases no se produce a través de toda la hoja, sino solo a través de unos orificios especiales llamados estomas.

La flor es el órgano reproductor de las plantas. Está formada por varios grupos de hojas modificadas y adaptadas a diferentes funciones: 

• los sépalos forman el cáliz, que protege al resto de la flor.
• los pétalos, generalmente coloreados, forman la corola, cuya función es atraer a los insectos polinizadores.
• los estambres forman el androceo, la parte de la flor que produce los gametos masculinos.
• los carpelos forman el gineceo, que produce y contiene los gametos femeninos.

Muchas flores tienen a la vez los dos sexos (estambres y carpelos), pero también existen flores unisexuales.

La polinización es el proceso que permite la fecundación de las plantas. El polen, que contiene los gametos masculinos, es producido en los estambres de una flor y tiene que llegar hasta el gineceo de otra flor de otra planta de la misma especie. Como la planta no puede desplazarse, el polen debe ser transportado de algún modo de una planta a otra. Lo más común es que sea transportado por el viento (plantas anemógamas) o por insectos (plantas entomógamas). Las flores polinizadas por el viento son poco atractivas, no suelen tener pétalos y producen grandes cantidades de polen de pequeño tamaño. Este polen es el responsable de muchas alergias, como ocurre en el caso de las gramíneas. En cambio, las flores polinizadas por insectos los atraen por medio de colores vivos, de olores intensos o incluso de formas que recuerdan a los propios insectos. Su polen es grande y pegajoso, para que se quede atrapado en las patas de los polinizadores.

Cuando el gameto masculino del grano de polen alcanza al óvulo se produce la fecundación. Como resultado se forma la semilla, una estructura que contiene el embrión de la planta.

La semilla incluye los principales órganos de la planta, en tamaño reducido y una o dos grandes hojas, llamadas cotiledones, que sirven de alimento a la planta cuando empieza su desarrollo.

El proceso mediante el cual la semilla empieza a desarrollarse para dar lugar a una nueva planta se llama germinación. Muchas semillas pueden permanecer sin germinar durante un tiempo muy largo, hasta que se den las condiciones adecuadas para que la planta se desarrolle bien.

El fruto protege a la semilla y facilita su dispersión mediante el viento o con la ayuda de los animales, generalmente porque se lo comen sin digerir la semilla, que está protegida, y al eliminarlo en sus heces la alejan de la planta madre. El fruto se desarrolla a partir de diferentes partes de la flor.

La nutrición en las plantas

Las plantas necesitan conseguir para varios tipos de nutrientes inorgánicos: agua y sales minerales que obtiene del suelo y dióxido de carbono, que toman desde el aire.

El agua y los minerales se consiguen mediante la raíz. Van atravesando sus células hasta que llegan al centro del órgano, incorporándose al xilema. El dióxido de carbono y el oxígeno, por su parte, se consiguen en la hoja, en la que entran a través de unas aberturas llamadas estomas.

El agua y los minerales son transportados por medio de un sistema conductor llamado xilema, que está formado por células muertas y huecas. El agua es arrastrada hacia arriba por la evaporación que tiene lugar en las hojas.

Las células de las hojas utilizan el agua y el dióxido de carbono para producir materia orgánica, que es transportada al resto de la planta por medio del floema. Este sistema conductor está formado por células vivas, y transporta los nutrientes tanto hacia arriba como hacia abajo. El floema y el xilema están conectados entre sí, de forma que las sustancias, especialmente el agua, pueden pasar de uno al otro.

Las plantas eliminan pocos residuos una vez que han utilizado los nutrientes. El dióxido de carbono de la respiración, el oxígeno producido durante la fotosíntesis, y el vapor de agua que es transpirado para permitir que la savia siga subiendo son eliminados a través de los estomas.

Las funciones de relación en las plantas

Las plantas no tienen órganos de los sentidos, ni sistemas que permitan llevar la información de unas partes de la planta a otras, a pesar de lo cual se relacionan con su entorno. Los estímulos más importantes que detectan las plantas son la dirección desde la que les llega la luz y la dirección de la fuerza de la gravedad, y la respuesta más habitual a esos estímulos es el crecimiento en una cierta dirección, relacionada con esos estímulos (tropismos):

• Si el crecimiento se produce hacia la dirección desde la que procede el estímulo se dice que el tropismo es positivo.
• Si el crecimiento se produce en dirección contraria a la que procede el estímulo el tropismo es negativo.

En ocasiones, las plantas también pueden responder a los estímulos con un movimiento rápido de alguna de sus partes, lo que se conoce como nastia.

La reproducción asexual en las plantas

Muchas plantas son capaces de reproducirse tanto de manera sexual como de manera asexual. Este último mecanismo tiene ventajas cuando la planta se encuentra bien adaptada a su entorno, ya que permite la formación rápida de plantas iguales a la original. También es muy utilizada cuando la planta tiene que pasar por una estación en la que el crecimiento es difícil, como un invierno muy frío o una estación muy seca. En esas condiciones la planta puede reducirse a una estructura de reserva, como un tubérculo o un bulbo y esperar a que las condiciones vuelvan a ser adecuadas para crecer.

Algunos mecanismos de reproducción asexual que se dan en las plantas son los siguientes:

• Rizomas: son tallos subterráneos que crecen horizontalmente y que pueden dar lugar a raíces y brotes a partir de sus nudos. Es un mecanismo habitual en plantas de climas fríos, que pierden sus partes aéreas durante el invierno, y que al llegar la primavera rebrotan a partir de los tallos subterráneos que aún están vivos. También son muy empleados en agricultura.

• Tubérculos: son también tallos subterráneos modificados y engrosados, que acumulan sustancias de reserva que sirven para que las futuras plantas se desarrollen hasta que puedan realizar la fotosíntesis para automantenerse. El ejemplo típico de tubérculo es la patata, que también es un ejemplo de cómo los tubérculos pueden utilizarse como alimento, gracias a la gran cantidad de sustancias de reserva que acumulan.

• Estolones: son tallos rastreros, pero superficiales, que no tienen apenas hojas. Los nudos pueden desarrollar raíces y tallos verticales normales, a partir de los cuales nacen las nuevas plantas. Un ejemplo de propagación mediante estolones son las fresas.

• Bulbos: son engrosamientos subterráneos del tallo, rodeados de hojas carnosas que acumulan sustancias de reserva. Dentro del bulbo se forma la estructura de la futura planta, incluyendo las yemas a partir de las cuales se desarrollará. Ejemplos típicos de bulbos son las cebollas y los ajos.

• Apomixis: se trata de un mecanismo de reproducción asexual bastante típico entre los cítricos, que se da también en los manzanos, las zarzamoras o los mangos. Consiste en la formación de semillas sin que previamente se haya producido la fecundación. Se aprovecha frecuentemente en agricultura, para mantener las características convenientes de las plantas cultivadas.