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Ciencias Naturales, Estructura y función de los seres vivos

1° Básico

Las plantas

Las plantas superiores presentan diversos órganos externos: la raíz, el tallo, las hojas, las flores y los frutos. Producen su propio alimento y, además, producen oxígeno que es liberado al planeta. Las plantas tienen un sistema único de fecundación y alimentación.

Con seguridad puede hablarse de anatomía sólo para aquellas plantas de organización superior, es decir, las que disponen de tejidos especializados. Las plantas superiores presentan diversos órganos externos que se identifican con gran facilidad: la raíz, el tallo, las hojas, las flores y los frutos.

La raíz

La raíz es una parte del eje de la planta, generalmente subterránea, cuya función consiste en fijarla al suelo y absorber el agua y las sales minerales necesarias para la nutrición.

Desde el extremo inferior hasta el cuello, donde comienza el tallo, la raíz se compone de cofia o pilorriza, especie de cubierta protectora, que protege el extremo de las raicillas, constituida por células cutinizadas que evita el rozamiento de los meristemos (tejidos embrionarios para formar las raicillas) terminales; la zona de crecimiento, de longitud constante y sometida a un intenso desarrollo; la zona pilífera, cubierta de pelos, de mayor longitud en la parte superior, que absorben las sales minerales disueltas en el agua; la zona de ramificación, en la que se forman las raíces secundarias; y el cuello o región de transición con el tallo.

En la estructura de la raíz hay que distinguir entre las plantas monocotiledóneas (que tienen semillas con un solo cotiledón) y dicotiledóneas (que tienen semillas con dos cotiledones) menores de un año o primarias anuales, y aquellas otras que sobrepasan esta edad o secundarias, que viven muchos años. Las primeras tienen numerosas raíces que crecen en “champas”, en tanto que las segundas tienen una sola raíz principal con raíces de segundo, tercer o cuarto orden. En una planta primaria anual se puede ver la existencia, en las raíces, de dos zonas concéntricas bien diferenciadas que son el cilindro cortical y el cilindro medular. El cilindro cortical consta de la epidermis, donde se insertan los pelos absorbentes, del parénquima cortical, y del endodermo, capa más profunda de la corteza. El cilindro medular se ubica en el interior de la raíz, y en él se distinguen el periciclo, de donde salen las raicillas; los haces liberoleñosos, por donde circula la savia, y la médula.

Las raíces de las plantas secundarias, o que viven varios años, aumentan de espesor gracias a unos meristemos (tejidos embrionarios) llamados cambium y felógeno.

La raíz terminal comprende una raíz principal y ramificaciones secundarias, terciarias, cuaternarias y raicillas o radicelas. Según su desarrollo relativo se distinguen tres clases de raíces: las pivotantes o axonomorfas (la raíz principal posee un desarrollo muy superior a las secundarias), fasciculadas (cuando apenas se diferencia la principal de las secundarias) y las tuberosas (raíz principal engrosada excesivamente).

El tallo

Es un órgano generalmente aéreo, que constituye el eje de la planta, sostiene las hojas, conduce la savia y acumula, si es necesario, reservas alimenticias. Suele ser de forma cilíndrica y crece en sentido opuesto a la raíz. Se distinguen el tallo principal, que en el caso de las plantas leñosas se denomina tronco, y que constituye la prolongación de la raíz central, de la que está separado por una región de transición o cuello, y los tallos adventicios, que nacen en cualquier punto de la raíz. Los tallos secundarios, en el caso de árboles y arbustos constituyen las ramas.

Al examinar un tallo se aprecia la distribución de las hojas cada cierto trecho. El punto en el cual se sujeta una hoja es casi siempre abultado y se llama nudo.

Las hojas se disponen, por lo general, de manera oblicua con respecto al tallo. En el ángulo superior de la base de la hoja se encuentra un brote axilar destinado a producir una rama. En la extremidad del tallo, los entrenudos son cada vez más cortos, y las hojas dispuestas en forma muy apretadas forman el brote terminal. En el centro de este brote es donde se produce el crecimiento del tallo y el nacimiento de las nuevas hojas.

Para estudiar la estructura del tallo, al igual que con la raíz, se debe distinguir entre las dicotiledóneas y las monocotiledóneas. En las primeras se encuentran los siguientes tejidos:

– Epidermis
, un tipo de tejido externo formado por una sola capa de células, cuya superficie está cubierta de una sustancia impermeable y protectora que es la cutina.

– Corteza, formada por el parénquima cortical y el endodermo.

– Cilindro central o cilindro conductor, por donde circula la savia, formado por el floema al exterior, y el xilema al interior, separados ambos por una capa meristemática denominada cambium, que genera ambos tipos de tejidos, y la médula, constituida por xilema en desuso.

En las monocotiledóneas, el tallo difiere de las dicotiledóneas en la ausencia del endodermo y del periciclo. Además, no posee un solo cilindro conductor, sino que tiene pequeños haces liberoleñosos conductores muy numerosos y dispuestos en varios círculos.

Las hojas

La hoja es una expansión lateral del tallo, generalmente aérea y provista de clorofila. Se caracteriza por su forma aplanada, simetría bilateral, dimensiones definidas y crecimiento limitado. Su función es fundamental, porque en ella se realizan diversos procesos como la respiración, la asimilación clorofílica (o fotosíntesis) y la transpiración.

Esquema básico de la fotosíntesis

6CO2 + 6H20 + ENERGIA SOLAR = C6H1002 + 6O2

6 moléculas de anhídrido carbónico + 6 moléculas de agua + energía solar dan origen a una molécula de glucosa + 6 moléculas de oxígeno

La parte esencial de la hoja es el limbo, superficie plana y ancha que se une al tallo por el pecíolo. A veces, la base de la hoja se dilata en forma de vaina y llega a envolver el tallo en mayor o menor proporción. Cuando la hoja carece de pecíolo se llama sésil o sentada. En el limbo se distinguen el extremo o ápice, los bordes y la base. La cara superior o haz es de color verde vivo y suave al tacto, mientras que la inferior o envés es más pálida y a veces de aspecto rugoso.

En cuanto a su estructura, se puede decir que las hojas no tienen, como las raíces, estructuras primarias y secundarias, pues su vida es relativamente corta; incluso en los árboles de hojas perennes estas se van renovando a medida que se marchitan y mueren. Dentro del limbo se encuentran las siguientes zonas:

– Epidermis superior con células cutinizadas, pelos, glándulas y especialmente estomas, aberturas por las que se realiza el intercambio de gases.

– Parénquima en empalizada, con células unidas y ricas en cloroplastos.

– Parénquima lagunar, con muchos huecos o meatos.

– Epidermis inferior poco cutinizada.

– Nervaduras, constituidas por haces conductores por los que circula la savia.

Las hojas presentan formas muy variadas, que se clasifican de acuerdo a si tienen un solo limbo por pecíolo, denominándose entonces hojas simples. Si tienen varios limbos se denominan hojas compuestas. Estas categorías, a su vez, se subdividen según la forma del limbo, la estructura del borde y el tipo de nervadura.

En tierra firme

Los primeros organismos en colonizar tierra firme fueron plantas que evolucionaron a partir de ciertas algas verdes. Estudios señalan que las primeras plantas terrestres se asemejaban bastante a las actuales briofitas (tales como musgos, líquenes y hepáticas), cuya estructura es bastante simple y que carecen de conductos para el transporte interno de agua y nutrientes, lo que explica su reducido tamaño.

Los registros fósiles más antiguos de plantas terrestres datan del periodo Silúrico, unos 440 millones de años atrás. Corresponden a las rhynospidas, un grupo de plantas bastante primitivas que no sobrepasaban los 10 centímetros de altura y cuyas raíces no se diferenciaban claramente de sus hojas.

Habitantes acuáticas

Las algas son organismos unicelulares o pluricelulares eucariontes pertenecientes al reino vegetal. Son consideradas como las plantas no vasculares más sencillas y poseen la capacidad de adaptarse a especiales condiciones, como las que les otorgan los ecosistemas acuáticos donde habitan, sobreviviendo en agua dulce, salada, en terrenos húmedos, en la corteza de los árboles o en la madera.

Al igual que las demás integrantes del reino, las algas poseen clorofila, y realizan el proceso de fotosíntesis captando la luz del sol, el dióxido de carbono y nutrientes desde el agua.

Estas no deben confundirse con otros organismos microscópicos denominados algas verde-azules o cianobacterias, que de igual manera son capaces de realizar el proceso de fotosíntesis, pero que por su organización celular (seres unicelulares procariontes) y metabolismo son consideradas bacterias, integrantes del reino Monera.

Diferencias reproductivas

El término gimnosperma significa “semilla desnuda“. Se denominan así porque producen semillas que no están protegidas por un fruto, como ocurre con las angiospermas.

Existen varios grupos de gimnospermas, aunque el más abundante y conocido es el de las coníferas, que incluye, entre otras especies, los cipreses, los pinos y los abetos.

Las angiospermas tienen sus óvulos al interior de una cavidad (el gineceo). Cuando se produce la fecundación, el óvulo se transforma en la semilla y el gineceo en el fruto, órgano que facilita la diseminación de la semilla.

Estrecha colaboración

Existen especies vegetales cuya supervivencia depende directamente de los animales. Son las llamadas plantas zoofilas, las que, generalmente, poseen atractivos colores, son de gran tamaño y segregan un néctar azucarado atractivo para aves e insectos. Estos animales pueden transportar el polen en sus cuerpos hacia flores lejanas, posibilitando la fecundación de la especie vegetal.

Fotosíntesis

Todos los seres humanos, animales y plantas necesitan energía para sus procesos vitales. Así como el ser humano necesita de una buena alimentación, además de vitaminas para obtener energía, las plantas verdes utilizan la energía del SOL para subsistir. A partir del sol, fabrican su propio alimento, por eso se les llaman organismos productores, porque producen su propio alimento.

Mediante la luz, las plantas realizan la fotosíntesis que les permite generar el alimento necesario para sobrevivir.

La maravillosa fotosíntesis

Como te contábamos, todas las plantas verdes realizan un proceso llamado fotosíntesis que consiste en transformar la energía solar en energía química. Este proceso se realiza de la siguiente manera: las hojas de las plantas tienen unos poros por donde penetran los gases de la atmósfera. Uno de estos gases es el dióxido de carbono (CO2), que dentro de las células de la planta se combina con el agua (H2O), forma almidones y libera el oxígeno (O2) que todos los seres vivos necesitamos.

Estas reacciones químicas necesitan de la energía lumínica (proveniente del Sol), la que es captada por una compleja molécula orgánica de color verde llamada clorofila y utilizada en el fenómeno de fotosíntesis. El almidón producido circula o se almacena, y es utilizado por la planta para su desarrollo, crecimiento y reproducción.

El proceso de fotosíntesis es de gran importancia, ya que gracias a él no sólo pueden existir las plantas, primeros protagonistas de la cadena alimenticia, sino que toda la vida en el planeta.

Fototropismo y fotoperiodicidad

En el desarrollo y crecimiento de las plantas intervienen también varios factores externos, que con frecuencia actúan junto con las hormonas. Un tipo importante de respuesta a estímulos externos son los llamados tropismos, que determinan el cambio de la dirección de crecimiento de la planta. Son ejemplos el fototropismo, o inclinación del tallo hacia la luz; y el geotropismo, o respuesta del tallo y la raíz a la gravedad. Los tallos presentan geotropismo negativo, pues crecen hacia arriba, mientras que las raíces lo presentan positivo, y crecen hacia abajo.

La fotoperiodicidad, o respuesta a los ciclos de luz y oscuridad, tiene especial importancia en la determinación del inicio de la floración; así, ciertas plantas son propias de días cortos, y sólo florecen cuando el periodo de luz es inferior a cierto valor. En el complejo inicio de la floración intervienen también otras variables, tanto internas (la edad de la planta, por ejemplo), como externas (la temperatura).

Adaptaciones vegetales

A excepción de la vegetación emergente (los árboles más altos y que sobresalen), la mayoría de los árboles, plantas, hierbas y arbustos de los bosques tropicales deben competir por la luz que necesitan para sobrevivir.

Este factor condiciona todo desarrollo vegetal, influyendo directamente en la aparición de conductas y estructuras que facilitan la captación de la radiación solar.

Muchas de las plantas que habitan por debajo de la bóveda forestal no reciben una cantidad suficiente de luz, por lo que están adaptadas a vivir en la sombra. Por ejemplo, la Oreja de elefante (Alocasia korthalsii) tiene enormes hojas que facilitan la captación de los tenues rayos solares que traspasan la bóveda forestal. Incluso, debajo de cada hoja posee una capa de color púrpura que refleja la luz. Así, también hay otros vegetales que crecen entre los árboles y parasitan de ellos, absorbiendo sus nutrientes y agua.

Otro interesante comportamiento es el que tienen aquellos organismos que no se aprovechan de su huésped pero sí los utilizan para escalar hacia la luz. Estos dependen de los árboles de mayor altura para su soporte, ya que la mayoría es incapaz de sostenerse de forma vertical después de que han alcanzado cierta altura. En esta situación están las plantas trepadoras, como las lianas, que poseen tallos semejantes a cordones o cable que se retuercen alrededor de sus apoyos, alcanzando y extendiéndose por la copa de los árboles.

Las plantas epífitas, por ejemplo, se caracterizan por desarrollarse y crecer sobre otras plantas para así captar mayor cantidad de luz.

En cambio, existen otras especies vegetales adaptadas a los ambientes sombríos, como las umbrófilas. A estas plantas les perjudica el exceso de luz solar y viven o se adaptan a medios que durante un tiempo prolongado, debido a su orientación, permanecen a la sombra.

Evolución de las plantas: conquista vegetal

Se cree que las plantas derivaron de algunas algas ancestrales que se alojaban en las orillas de las lagunas. Desde ahí, comenzaron a desarrollar estructuras específicas que las fijaron al suelo.

Unas simples extensiones subterráneas originaron las raíces, posibilitando la absorción de agua y nutrientes disueltos en el suelo.
Tras este logro evolutivo, las plantas adquirieron tallos y hojas que les permitieron captar de manera eficiente la energía solar y el dióxido de carbono, necesarios para la fotosíntesis. Posteriormente, aparecería un nuevo componente en el tallo de las plantas ancestrales, conocido como lignina, que otorgaba rigidez y posibilidades de crecimiento y bifurcación a los tallos. Así, poco a poco, las plantas aumentaron de tamaño y los tallos comenzaron a desarrollar ramificaciones (ramas), favoreciendo la captación de luz por parte de las hojas. Otro hito fue el surgimiento de sistemas de conducción de agua y solutos, llamados sistemas vasculares.

La evolución de las plantas se prolongó durante un período de más de 600 millones de años. Las primeras fueron algas unicelulares que originaron las primeras plantas. El origen de los grupos superiores aún no está bien definido, ya que son muy pocos los fósiles encontrados que den cuenta de la situación evolutiva vivida por estos organismos durante millones de años atrás.

De lo que sí se tiene certeza es que la aparición y colonización de las plantas en la superficie terrestre influyó directamente en la reducción del dióxido de carbono presente en la atmósfera y, consecuentemente, facilitó el descenso de la temperatura media terrestre, posibilitando, además, el desarrollo de nuevos organismos vivos.

Principales grupos

En el Reino Plantae se reconocen tres grandes grupos: las plantas no vasculares, las vasculares sin semilla y las vasculares con semillas.

Las no vasculares son conocidas también como Briofitas. Este grupo está integrado por musgos, hepáticas y anthoceros. Ellas son consideradas como el registro más cercano existente hasta hoy de las primeras plantas que poblaron nuestro planeta. Por lo general, están perfectamente adaptadas para sobrevivir en hábitats permanente o estacionalmente húmedos, pudiendo absorber agua a través de toda la superficie de su cuerpo. Su tamaño es bastante reducido, los tejidos de conducción con frecuencia faltan completamente o no están bien diferenciados cuando están presentes; no existen raíces, hojas o tallos verdaderos.

Las plantas vasculares son aquellas que si cuentan con un sistema de transporte de sustancias. Se distinguen dos grandes grupos, diferenciados por su modo de reproducción: las que carecen de semillas y las que cuentan con semillas. Las primeras se originaron durante el Devónico (hace 416 millones de años) y, en la actualidad, están representadas comúnmente por los helechos. Se caracterizan por contar con tejidos bastante simples (en comparación a las plantas con semillas) y tallos verdes de gran superficie, que le otorgan una gran capacidad de realizar fotosíntesis.

Las plantas vasculares sin semillas se reproducen mediante esporas. Estas últimas se forman en órganos especiales conocidos como esporangios, los cuales se encuentran en hojas modificadas llamadas esporofilos.

Las plantas vasculares con semillas constituyen el grupo evolutivo más complejo del reino. Su forma de reproducción es considerada la más exitosa, ya que, al poseer una estructura especializada y segura para perpetuar la especie, la semilla cuenta con más ventajas en comparación a las demás agrupaciones del reino, siendo las plantas dominantes en la mayoría de los hábitats de nuestro planeta. A su vez, dentro de este grupo es posible identificar dos subgrupos: las gimnospermas y las angiospermas o plantas con flores, ambos diferenciados por la presencia o ausencia de una envoltura protectora para la semilla.

Importancia para la vida

En términos de conservación, para muchos es más relevante la protección de las especies animales antes que las vegetales. Sin embargo, esta es una concepción bastante errada, ya que las plantas constituyen la base de la vida en nuestro planeta y la supervivencia de todo organismo, incluyendo la nuestra, depende de su existencia.

Las plantas no sólo intervienen en algunos de los más importantes procesos ecosistémicos, como las transferencias de carbono, oxígeno y nitrógeno, sino que también están presentes en la primera línea de nutrición de los organismos vivos.

Todas las plantas verdes realizan un importante proceso llamado fotosíntesis, que consiste en transformar la energía solar en energía química. Este proceso se realiza en las células vegetales dentro de los cloroplastos y, en términos generales, ocurre de la siguiente manera: las hojas de las plantas tienen unos poros, llamados estomas, por donde penetran los gases de la atmósfera. Uno de estos gases es el dióxido de carbono (CO2), que dentro de las células de la planta se combina con el agua (H2O), forma carbohidratos y libera oxígeno (O2) que todos los seres vivos necesitamos. Una cadena de reacciones que posibilita la existencia de la gran mayoría de los seres vivos en el planeta.

Los seres humanos, además, otorgamos miles de usos a las plantas. Ellas constituyen una importante fuente de alimento, ya que, tanto hojas, como tallos, frutos, vainas, raíces y ramas son parte de nuestra dieta. Se estima que, aproximadamente, 7 mil especies han sido ocupadas por el hombre como fuente de nutrición.

Otro de sus usos tradicionales es la medicina. Casi un cuarto de los fármacos producidos actualmente, a nivel mundial, contienen principios activos provenientes de las plantas, y otro buen porcentaje posee compuestos que imitan a algunos encontrados de manera natural en estos organismos. Hasta el momento, importantes drogas para enfermedades como el cáncer o la leucemia derivan de las plantas y eso que solo se han investigado cerca del 15% de las especies conocidas, lo que entrega potenciales oportunidades para la medicina actual.

Las plantas, además, constituyen una importante fuente de fibras y combustible. El papel, las cuerdas y muchas de las telas que usamos a diario provienen de ellas, mientras que como combustible, la madera o el carbón de leña representa un importante material usado en algunos países.

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