BOTANICA GENERALE - ELEMENTI DI BOTANICA
INTRODUZIONE
La botanica è un ramo della biologia che ha per oggetto lo studio dei vegetali. La sua nascita come scienza è piuttosto controversa: molti la fanno risalire a circa 500 anni fa, quando venne creato il primo Orto Botanico presso l'Università di Padova, ma allo studio degli organismi vegetali si erano già dedicati nell'Antica Grecia filosofi quali Aristotele e medici come Teofrasto. Durante l'epoca romana scrittori famosi quali Columella, Virgilio e Plinio il Vecchio dedicarono molti loro studi alla botanica. Oggi, proprio grazie a questa scienza, sappiamo che gli organismi vegetali, in senso stretto, sono quelli provvisti di radici, fusto, foglie (le cosiddette piante superiori) cioè spermatofite e felci. Le piante sono organismi viventi caratterizzati dal modo di nutrirsi, basato sulla fotosintesi, dall'essere privi di locomozione, dalla mancanza di un sistema nervoso e di organi di senso ed infine, dal possesso di cellule avvolte da una parete cellulare. Non vi è dubbio, comunque, che la caratteristica fondamentale delle piante sia quella di possedere un sistema di nutrizione basato sulla fotosintesi. Questo fatto è di così grande importanza, che da esso dipende sia il modo con il quale le piante sono strutturate, sia quello con il quale esse funzionano. Le piante presentano una grande varietà di forme e dimensioni che vanno dalla semplice alga unicellulare, di pochi micron di diametro (millesima parte del millimetro), alle gigantesche e complesse sequoie che raggiungono anche i 100 metri di altezza. Inoltre gli organismi che appartengono al mondo vegetale sono molto diversi fra loro: infatti oltre alle classiche piante caratterizzate dalla presenza di radice, fusto, foglie, fiori, frutti e semi, che vengono denominate spermatofite, troviamo piante particolari come ad esempio i muschi e le felci che non portano né fiori né semi; le alghe, che non hanno né radici, né fusto, né foglie; i funghi, che oltre a non avere radici, fusto e foglie non effettuano neanche la fotosintesi clorofilliana; i batteri, che sono organismi unicellulari molto semplici la cui scoperta avvenne ad opera di Leeuwenhoek, costruttore del primo microscopio. Un apprezzamento ed una comprensione delle diverse forme vegetali che popolano la terra possono essere facilmente raggiunti se ripercorriamo la strada che le piante hanno seguito attraverso le ere geologiche nel corso della loro evoluzione. Si ritiene infatti, che i più antichi organismi che popolarono la terra siano stati i batteri: la loro comparsa risale ad oltre 3 miliardi di anni fa. Questi organismi, tuttora esistenti, sono considerati vegetali anche se dei vegetali hanno solo il fatto di essere rivestiti da una parete cellulare e vengono definiti degli organismi procarioti. Molto antiche ed anche esse procariote, sono le alghe azzurre che invece si possono considerare veri e propri vegetali perché, oltre ad essere fornite di parete cellulare, sono anche fotosintetiche e prive di locomozione. La comparsa delle alghe azzurre sulla terra (che risale a circa 3 miliardi di anni fa) ha rappresentato un avvenimento di grande portata in quanto esse si possono considerare i primi organismi forniti di clorofilla e capaci di operare la fotosintesi. Batteri ed alghe azzurre popolarono da soli le acque per circa due miliardi di anni: infatti solo circa 1 miliardo di anni fa comparvero i primi organismi vegetali eucarioti. Essi, al contrario dei procarioti, presentano all'interno della loro cellula numerosi compartimenti con diverse funzioni. Hanno un nucleo vero e proprio avvolto da una membrana nucleare ed inoltre hanno nel citoplasma numerosi organuli che svolgono funzioni diverse, ciascuno avvolto da una membrana. I primi organismi eucarioti furono sempre alghe unicellulari; queste successivamente si differenziarono in vari tipi di alghe: verdi, rosse, brune, diatomee, euglene, ecc. Inoltre da alcune di queste alghe unicellulari si originarono, in seguito alla perdita delle funzioni fotosintetiche, anche i primi animali (protozoi) ed i primi funghi. Questi due gruppi di organismi seguirono poi strade diverse. Dall'evoluzione dei protozoi ebbero origine tutti gli animali, caratterizzati soprattutto dal fatto di nutrirsi ingerendo cibo. Dai primi funghi si svilupparono tutte le altre forme di vita fungine, aventi ognuna caratteristiche particolari. L'evoluzione dei vari tipi di alghe dalle primitive eucariote si basò da una parte sul fatto che si differenziarono vari gruppi, forniti di caratteristici pigmenti fotosintetici (come le alghe verdi, alghe rosse, alghe brune, alghe dorate) e dall'altro sulla tendenza delle alghe a costituire organismi sempre più complessi e grandi, rimanendo unite dopo le divisioni riproduttive. Questo, con il tempo, portò alla scoperta della divisione del lavoro: così, quando numerose cellule vennero a costituire un solo organismo, alcune di esse si differenziarono per compiere funzioni diverse, per esempio provvedere alla riproduzione dell'intera alga. In seguito ci furono ulteriori suddivisioni del lavoro e si formarono alghe assai complesse, come ad esempio alcune alghe brune. Circa 350-400 milioni di anni fa, le alghe verdi iniziarono la colonizzazione della terra ferma emergendo dalle acque. Esse dovettero trasformarsi radicalmente, perché l'ambiente subaereo era assai diverso da quello acquatico. Questo determinò prima di tutto la necessità di trovare mezzi adeguati per difendersi dall'essiccamento e contemporaneamente la necessità di rifornirsi di acqua. Inoltre, mentre un'alga che viveva nell'acqua era sostenuta dal liquido circostante, le piante terrestri non potevano essere sostenute dall'aria e quindi dovettero organizzarsi e sviluppare nuovi organi atti a farle sopravvivere: ecco, quindi, la comparsa delle radici.
LA CELLULA VEGETALE
La cellula è una particella microscopica, che costituisce l'elemento fondamentale per la vita di tutti gli organismi. L'insieme delle sostanze che la compongono viene definito protoplasma. La maggior parte delle forme di vita è costituita dall'unione di più cellule, ma esistono anche organismi unicellulari, rappresentati cioè da una sola cellula. L'assegnazione degli individui al mondo vegetale o animale si basa, come abbiamo già accennato, su importanti differenze della struttura cellulare. La cellula, infatti, è la più piccola parte della materia vivente capace di una certa autonomia. Le sue dimensioni sono variabilissime ed oscillano da pochissimi micron ad alcune centinaia. É generalmente invisibile ad occhio nudo, salvo alcune eccezioni come ad esempio le uova degli uccelli, che sono costituite da una sola cellula. La cellula vegetale, pur avendo una organizzazione simile alla cellula animale, si distingue da questa per essere racchiusa da una parete cellulare e presentare organuli particolari: i plastidi, dove avviene la fotosintesi clorofilliana, ed i vaculi, ovvero vescicole ripiene di succo cellulare di varia natura. La parete cellulare è composta da un fittissimo intreccio di fibre di cellulosa ed ha lo scopo di conferire una forma ed un sostegno alla cellula. Le pareti, che apparentemente sembrano separare le cellule fra loro, in realtà sono attraversate da numerosi canalicoli, detti plasmodesmi, che permettono alla sostanza che circonda il nucleo cellulare di essere in contatto con il medesimo composto di cellule contigue. Tale sostanza è conosciuta con il nome di citoplasma. In alcuni tipi cellulari, come quelli che formano il tessuto legnoso, le pareti di cellulosa sono impregnate da una macromolecola, detta lignina, che ha la proprietà di irrigidire. In queste cellule il protoplasma spesso muore lasciando solo la parete cellulare. Tutte le piante verdi sono fornite di plastidi: si chiamano cloroplasti quando contengono i pigmenti verdi detti clorofilla e nei quali ha luogo la fotosintesi; cromoplasti quando contengono le sostanze che determinano la colorazione rosso-arancio dei fiori e dei frutti (carotenoidi). Per esempio si trovano in grande abbondanza nel frutto del pomodoro, nelle radici delle carote e nei petali dei fiori. La funzione principale di questi plastidi sembra essere quella di impartire speciali colorazioni a fiori e frutti, in modo da richiamare l'attenzione degli insetti sui fiori per l'impollinazione e di altri animali sui frutti per la disseminazione. I leucoplasti, invece, sono biancastri per la presenza, nel loro interno, di amido e sono presenti soprattutto negli organi di riserva della radice, del fusto e dei semi. Nel vacuolo troviamo invece il succo cellulare, che contiene sostanze colorate, atte a determinare la colorazione di fiori e frutti. Si hanno inoltre sostanze aromatiche, costituite da granuli di proteine, accanto a sostanze di rifiuto. Il tutto rappresenta, molto schematicamente, una sorta di «ripostiglio» della cellula. La funzione principale del vacuolo e però connessa con la crescita della cellula e la sua turgidità. Esso, infatti, tende a richiamare l'acqua dall'esterno della cellula per rigonfiarsi e funzionare come la camera d'aria della ruota di una bicicletta: obbliga cioè la cellula a ingrossarsi e a premere lungo le pareti, tanto da divenire turgida. Ciò determina, nelle cellule vegetali, la capacità di rendere tesi e rigidi gli organi che esse compongono. In comune con la cellula animale la cellula vegetale è fornita ancora di membrana cellulare; di nucleo, dove sono racchiuse le informazioni genetiche necessarie alla riproduzione della cellula per divisione; di citoplasma, sostanza nella quale troviamo nucleo e organuli; di lisosomi, che sono l'apparato digerente della cellula; di mitocondri, che svolgono la stessa funzione dei polmoni negli animali e nell'uomo, ed i corpi del Golgi che liberano le proteine all'esterno della cellula.
IMPORTANZA DELLE PIANTE
La Terra è stata definita il pianeta verde. Questa definizione è più che mai appropriata perché le piante verdi non solo rappresentano gli organismi più numerosi e diffusi in tutti gli ambienti, ma anche gli organismi da cui tutti gli altri viventi, uomo incluso, dipendono. Infatti le piante verdi, per sopravvivere, sono gli unici organismi capaci di fabbricarsi, per mezzo della fotosintesi, le sostanze organiche da semplici sostanze inorganiche. Tutti gli organismi hanno bisogno di sostanze organiche: le piante verdi se le producono autonomamente, tutti gli altri individui, invece, direttamente od indirettamente, le prendono dalle piante. Le piante verdi quindi, non solo costituiscono il cibo di tutti gli altri esseri viventi, ma, sempre per mezzo della fotosintesi, sono anche capaci di rinnovare continuamente l'aria sottraendovi l'anidride carbonica prodotta durante la respirazione, ed immettendovi nuovo ossigeno. Se questo è l'aspetto fondamentale dell'importanza delle piante in natura, vi sono anche altri compiti che esse assolvono, come offrire riparo a numerosi animali e, per mezzo del loro apparato radicale, proteggere il suolo dal dilavamento operato dalle acque, impedendo così che le terre emerse si trasformino in un arido e desertico paesaggio lunare. Per l'uomo le piante sono ancora più importanti perché non solo ne consentono la sopravvivenza, fornendogli il cibo, ma anche perché ne hanno determinato la civiltà ed il suo sviluppo. Circa 7.000 anni fa l'uomo, avendo imparato a praticare l'agricoltura, passava da «nomade» a «sedentario» perché era in grado di ottenere dalla stessa terra cibo per tutto l'anno grazie alla capacità di coltivare cereali i cui semi si potevano conservare a lungo. Intorno al 1800, la rivoluzione agricola, frutto degli studi sulle piante coltivate, ha cambiato ancora i suoi modi di vita ed ha favorito l'inizio dell'esplosione demografica. L'uomo coltiva da tempo immemorabile un gran numero di piante veramente utili. Dalle diverse parti di queste piante (fusti, radici, bulbi, foglie, frutti, fiori, semi) l'uomo ricava gli alimenti e le bevande più svariate oltre a fibre tessili, legname, foraggi per il bestiame, principi medicinali, ecc. Molte piante, poi, sono coltivate a scopo ornamentale: infatti anche la floricoltura è un'attività economica che riveste grande importanza per molte regioni o addirittura per interi Paesi. Per migliorare qualità e quantità dei prodotti delle piante agricole, l'uomo dedica loro molte cure e cerca di creare l'ambiente più favorevole al loro sviluppo. Bonifiche, sistemazioni e lavorazioni dei terreni, concimazioni, irrigazioni, uso di antiparassitari e diserbanti, rotazione delle colture, scelta delle sementi, selezione delle piante migliori, costituzione di nuove varietà mediante l'incrocio e l'ibridazione, coltivazioni in serra, innesto e potatura sono pratiche (alcune antichissime altre più recenti) che l'uomo attua per ottenere i migliori risultati dalle attività agricole.
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