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Sistemática Vegetal Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Profa. Dra. Cristine Gobbo Menezes Revisão Textual: Profa. Dra. Selma Aparecida Cesarin De Procariotos a Plantas Avasculares: Classificação e Características Gerais • De Procariotos a Plantas Avasculares: Classificação e Características Gerais • Ciclos de Vida Complexos: Alternância de Gerações · Apresentar ao aluno a nomenclatura específica dos grupos estudados, características gerais de sua biologia, classificação e história evolutiva. OBJETIVO DE APRENDIZADO Nesta Unidade, abordaremos a origem e a evolução dos organismos fotossintentizantes e, finalmente, das plantas como as conhecemos hoje. A fotossíntese permitiu que uma mudança radical ocorresse na atmosfera de nosso Planeta, sem a qual dificilmente estaríamos aqui. Então, procure ler, com atenção, o conteúdo disponibilizado e o material complementar. Não esqueça! A leitura é o momento oportuno para registrar suas dúvidas; por isso, não deixe de registrá-las e transmiti-las ao professor-tutor. Além disso, para que a sua aprendizagem ocorra no ambiente mais interativo possível, na pasta de atividades, você também encontrará as atividades de Avaliação, uma Atividade Reflexiva e a videoaula. Cada material disponibilizado é mais um elemento para seu aprendizado; por favor, estude todos com atenção! ORIENTAÇÕES De Procariotos a Plantas Avasculares: Classifi cação e Características Gerais UNIDADE De Procariotos a Plantas Avasculares: Classificação e Características Gerais Contextualização A Conquista do Ambiente Terrestre Pelas Plantas Não se sabe exatamente quando se deu a “invasão” da terra pelas plantas. Entretanto, os dados paleontológicos hoje disponíveis indicam que isso deve ter ocorrido há aproximadamente 400 milhões de anos, entre os períodos Siluriano e Devoniano. Em paleontologia, é sempre possível que fósseis mais antigos venham a ser descobertos. No entanto, se considerarmos os atributos mínimos que deveriam apresentar as primeiras plantas terrestres, veremos que dificilmente se recuará muito no tempo, tendo em vista a simplicidade dos fóssseis que já são conhecidos do período Siluriano. Aqui cabe a pergunta: como seriam essas primeiras plantas terrestres? Pelos argumentos que já apresentamos, fica claro que mesmo as plantas terrestres mais simples deveriam possuir corpo multicelular, com organização parenquimatosa, isto é, formado por um maciço de células, que aumentaria de tamanho por divisão celular em vários planos. Embora existam no mundo atual algas que vivam fora da água, bem como plantas com flores que vivam dentro da água, inclusive nos mares, não se acredita que esses grupos tenham ligação filogenética mais próxima com as plantas terrestres mais primitivas. No caso das algas que vivem fora da água, elas têm sempre um talo muito simples e pouco diferenciado, apresentando adaptações fisiológicas para tolerar a falta de água, entrando numa espécie de hibernação quando isso ocorre. No caso das angiospermas marinhas, plantas que produzem flores e frutos dentro da água, há boas indicações de que não se trata de grupos primitivos que evoluíram a partir das algas e deram origem aos vegetais terrestres. Ao contrário, acreditamos que essas angiospermas, embora estruturalmente mais simples que seus parentes terrestres, derivam de grupos primariamente terrestres que por redução se simplificaram e se adaptaram ao meio aquático muito mais tarde. Assim, quando falamos de plantas que conquistaram o meio terrestre, estamos nos referindo a plantas que possuem todas as adaptações necessárias para uma vida efetivamente emersa. Com esse conceito em mente, estamos nos referindo às plantas tradicionalmente chamadas de pteridófitas, gimnospermas e angiospermas (Fonte: OLIVEIRA, Eurico Cabral de. Introdução à Biologia Vegetal. 2.ed.São Paulo: Edusp, 2003. 272p.). 6 7 De Procariotos a Plantas Avasculares: Classifi cação e Características Gerais A Botânica tradicionalmente tem tratado de organismos que fogem do conceito atual do que é uma planta, como as algas (procariontes e eucariontes) e fungos. Atualmente, sabemos que o termo “alga” é impróprio, pois agrupa organismos pertencentes a dois domínios distintos (Eubacteria e Eucaria). Além disso, os fungos estão filogeneticamente mais próximos aos animais do que às plantas. Contudo, a Botânica continua incluindo tais organismos em seu escopo. Nesta unidade, estudaremos o grupo polifilético das algas e também o grupo de plantas mais simples, que iniciaram a colonização do ambiente terrestre: as briófitas. Características Gerais e Classifi cação das Algas Algas é um termo filogeneticamente impróprio, mas que ficou historicamente consolidado como um coletivo genérico que abrange organismos fotossintetizantes, procariontes (células sem núcleo ou organelas) e eucariontes, com enorme variabilidade morfológica, estrutural e metabólica e ampla distribuição em diferentes habitats. Importante! O coletivo algas abrange uma gama enorme de variabilidade morfológica, estrutural e metabólica, incluindo até grupos procarióticos. Sua maior parte vive na água, de forma livre, fazendo parte do plâncton (fi toplâncton) ou bentos (fi tobentos). Devido à sua efi ciência fotossintética, formam a base dos ecossistemas aquáticos e são responsáveis por cerca de 40%-50% da fi xação de carbono e produção de oxigênio do planeta (OLIVEIRA, 2003, p.131). Trocando ideias... Os organismos genericamente chamados de algas estão distribuídos em dois domínios: Eubacteria – Cianobacteria – e Eucaria, que se distribuem entre os reinos Plantae e Protista. Contudo, as classificações atuais baseadas em dados moleculares reconhecem distintas linhagens dentro do que é coletivamente chamado de alga, sem contudo chegar a um consenso (MENEZES et al., 2014). O domínio Eubacteria abrange 17 linhagens ou reinos de organismos procariontes diversos, mas, sem dúvida, as algas azuis, contidas na divisão Cyanobacteria, merecem destaque devido ao seu papel ecológico e evolutivo (RAVEN et al. 2007). A quantidade de espécies descritas para Cyanobacteria diverge entre os sistemas de classificação, entre 4.037 espécies (GUIRY & GUIRY, 2014) e aproximadamente 7.500 (RAVEN et al. 2007). Dessas, somente 372 ocorrem no Brasil e são classificadas como naturalizadas (não nativas) (WERNER et al., 2014). 7 UNIDADE De Procariotos a Plantas Avasculares: Classificação e Características Gerais As Cyanobacteria são organismos unicelulares que vivem em ambientes aquáticos (marinhos e continentais) ou solos encharcados; podem organizar-se em colônias ou se manter em vida livre. Também são encontradas em condições extremas como fontes termais ou lagos gelados ou, ainda, como simbiontes de esponjas, amebas, protozoários, flagelados, diatomáceas, algas verdes que não possuem clorofila, musgos, plantas vasculares, oomicetos e formando líquens em associação com alguns fungos. Uma característica distintiva é a presença de bainha mucilaginosa em torno do talo (corpo uni ou multicelular), que podem ser impregnadas por diversas subs- tâncias que conferem aparência estriada ou colorida (OLIVEIRA, 2003; RAVEN et al. 2007). A fotossíntese é possível principalmente pela clorofila a, mas outros pigmentos fotossintetizantes como ficobilinas, carotenos e xantofilas são importantes e podem conferir cores azul, vermelho, amarelo, laranja ou marrom. Além disso, muitos gêneros têm a capacidade de fixar nitrogênio (OLIVEIRA, 2003). Por essas características, sugere-se que as cianobactérias tiveram importante papel na mudança da composição da atmosfera terrestre, tornando-a rica em oxigênio. Ademais, a fixação de nitrogênio fez delas a base da cadeia trófica de ambientes aquáticos, como parte do fitoplâncton. E, por último, há muitas evidências de que o surgimento dos cloroplastos (organelas celulares responsáveis pela fotossíntese em células eucariotas) deveu-se à incorporação de uma cianobactériaprimitiva por uma célula eucariótica por meio da fagocitose. Ecologicamente, além de serem base da cadeia trófica e terem importante papel no equilíbrio da atmosfera, essas bactérias estão relacionadas a eventos conhecidos como marés vermelhas. Trata-se da excessiva proliferação de cianobactérias, que liberam toxinas no ambiente aquático e podem levar à contaminação de peixes e até mesmo à morte dos organismos aquáticos. Assista ao vídeo que trata sobre a eutrofização de um importante estuário america- no e reflita sobre o impacto das atividades humanas sobre os ambientes aquáticos. Veja, também, os textos selecionados sobre esse tema indicado na seção de Materiais Complementares. https://goo.gl/3Hq0iG Ex pl or O domínio Eucaria contém aproximadamente 10 divisões de algas (dependendo do sistema de classificação empregado) que inclui: Dinophyta, Euglenophyta, Cryptophyta, Haptophyta, Oomycota, Bacillariophyta, Crysophyta, Phaeophyta, Rhodophyta e Chlorophyta. A seguir, destacaremos as características gerais de alguns deles: 8 9 • Euglenophyta constitui aproximadamente 900 espécies (RAVEN et al. 2007) de flagelados, que ocorrem em corpos de água doce, e cerca de um terço — incluindo o gênero-tipo Euglena — possui cloroplastos. No Brasil, aproximadamente 355 espécies são nativas, sendo 14 delas endêmicas (ALVES-DA-SILVA & MENEZES, 2014). Suas células não possuem parede celular ou outra estrutura rígida; contudo, um conjunto de proteínas estriadas arranjadas helicoidalmente logo abaixo da membrana celular formam uma estrutura que pode ser rígida ou flexível e auxiliam na natação em ambientes lodosos (RAVEN et al. 2007); • Bacillariophyta agrupa as diatomáceas que, graças à sua resistente carapaça silicosa, é um dos grupos mais bem representados no registro fóssil. Esse grupo, juntamente com as algas pardas (Phaeophyta), crisofíceas e oomicetos são filogeneticamente próximos e coletivamente denominados heterocontas. Possuem dois flagelos bastante distintos dos demais protistas em tamanho e ornamentação. As diatomáceas são organismos unicelulares ou coloniais, importantíssimos no fitoplâncton porque respondem por aproximadamente 25% da produção primária da Terra (fixação de carbono a partir da fotossíntese). Estima-se que existam aproximadamente 100.000 espécies (RAVEN et al. 2007), sendo conhecidas 1.172 espécies no Brasil e 23 delas são endêmicas (ESKINAZI-LEÇA et al., 2014); • Phaeophyta são também chamadas de algas pardas, um grupo monofilético de organismos multicelulares que ocorrem quase exclusivamente em ambiente marinho e se caracterizam pela presença do pigmento fucoxantina (RAVEN et al., 2007). Juntamente com Baciollariophyta, Chrysophyta e Dinophyta foram anteriormente agrupadas em uma única divisão chamada Chromophyta, por compartilharem clorofila c (OLIVEIRA, 2003). Phaeophyta possui aproximadamente 1.500 espécies que se distribuem principalmente nas praias rochosas, nas regiões mais frias do globo (RAVEN et al. 2007); contudo, estão presentes na costa do Brasil (desde o Ceará até o Rio Grande do Sul), com cerca de 95 espécies, duas delas endêmicas (SZECHY & DE PAULA, 2014). As algas pardas têm importância econômica devido ao consumo para alimentação humana em larga escala pelos países orientais. Os gêneros mais populares são Laminaria e Undaria, conhecidas pelos nomes em japonês wakame e kombu. O Brasil possui uma única espécie desse grupo: Laminaria abyssalis, que ainda não é explorada economicamente (OLIVEIRA, 2003; SZECHY & DE PAULA, 2014). Saiba mais sobre cultivo de algas para uso comercial assistindo a reportagem do pro- grama Globo Rural. https://goo.gl/04oMjG Ex pl or 9 UNIDADE De Procariotos a Plantas Avasculares: Classificação e Características Gerais • Rhodophyta agrupa as algas vermelhas, linhagem distinta entre as algas, caracterizada pela presença de ficobilinas (pigmento fotossintético) e pela completa ausência de flagelos em qualquer fase da vida (OLIVEIRA, 2003). Estima-se que existam entre 4.000 e 6.000 espécies, das quais pouquíssimas são unicelulares (RAVEN et al., 2007). As algas vermelhas distribuem-se principalmente em ambiente marinho, em regiões quentes e tropicais. Os cloroplastos dessas algas assemelham-se muito às células de cianobactérias, sendo uma evidência de sua origem por endossimbiose. Por serem organismos bentônicos, que aderem a rochas ou ao fundo dos mares, a presença de ficobilinas nos cloroplastos aumenta a eficiência da captação de luz verde e azul-esverdeada que penetra em águas profundas (RAVEN et al., 2007). As paredes celulares podem ser impregnadas de galactanas sulfatadas, agaranas ou carragenana — substâncias gelatinosas que são exploradas comercialmente como ficocoloides (ágar-ágar). Algumas famílias, como a Corallinaceae, podem depositar intensamente carbonato de cálcio e de magnésio nas paredes celulares. Algumas espécies também são exploradas para o consumo humano, destacando-se o gênero Porphyra, que possui talo achatado e é mais conhecido como nori, a alga utilizada amplamente na culinária japonesa (OLIVEIRA, 2003); • Chlorophyta reúne as chamadas algas verdes, ainda que algumas espécies tenham tonalidades laranja, vermelha ou ferrugem devido à presença de carotenoides. As Ulvophyceae são quase exclusivamente marinhas e algumas espécies têm ciclo de vida com alternância de gerações; as Chlorophyceae são primariamente de água doce; contudo, as Charophyceae são as algas verdes de água doce mais próximas ao ancestral das briófitas. A divisão Chlorophyta agrupa aproximadamente 17.000 espécies, trata-se do maior e mais diversificado grupo de algas das quais a maior parte são aquáticas, principalmente de água doce, mas podem colonizar diferentes habitats como superfícies com neve, troncos de árvores, superfícies rochosas ou concreto e, ainda, estabelecer relações simbióticas com fungos (formando líquens), protozoários de água doce, esponjas e celenterados (OLIVEIRA, 2003; RAVEN et al., 2007). Essas algas diferem das anteriores pois apresentam muitas semelhanças com as briófitas e plantas vasculares, como a presença de clorofila a e b em seus cloroplastos, armazenamento de amido verdadeiro no interior dos plastos, e paredes celulares rígidas pela presença de celulose, hemicelulose e pectinas. Essas características sugerem o parentesco comum entre esse grupo de algas com as briófitas e as plantas vasculares (Figura 1), motivo que levou alguns autores a sugerirem a denominação “viridófitas” (plantas verdes) para designar os três grupos (RAVEN et al., 2007). 10 11 Raiz tecidos vasculares Viridó�tas Cloro�las “a” e “b” Esporos protegidos por Esporolenina Controle da perda de água >> Cutícula >> Estômatos Corpos multicelulares He pa to ph yt a An th oc er op hy ta Br io ph yt a Pl an ta s Va sc ul ar es Ch ar op hy ce ae (C hl or or ph yt a) Rh od op hy ta e Ph ae op hy ta Figura 1 – Cladograma representando algumas das sinapomorfi as dos grupos mais recentes de algas e das demais plantas terrestres Fonte: Acervo do conteudista Consulte o site www.algaebase.org (em inglês) ou o Atlas Digital de Sistemática de Criptógamas para mais detalhes sobre outros grupos de algas. Essas bases públicas permitem a consulta da circunscrição de classes e gêneros online, sendo que a última disponibiliza textos didáticos e uma apostila para download com chaves de identifi cação de algas. https://goo.gl/miqyyH Ex pl or Ciclos de Vida Complexos: Alternância de Gerações O ciclo de vida mais simples de uma alga vermelha pode incluir reprodução assexuada com a produção de esporos chamados monósporos. Tais monósporos são geneticamente idênticos à planta mãe e se dividirão por múltiplas mitoses ao se depositar em um substrato adequado. No entanto, a reprodução sexuada das algas 11 UNIDADE De Procariotos a Plantas Avasculares: Classificação e Características Gerais vermelhas, pardas e verdes, assim como as briófitase plantas vasculares, possui um ciclo de vida complexo em que se alternam gerações de organismos multicelulares haploides e diploides (Figura 2). Os casos mais simples de alternância incluem uma forma produtora de gametas, o gametófito, e outra produtora de esporos, chamada esporófito. Gametó�to Game (N) Mitose Meiose Carpósporo (2N) Esporó�to Esporo (N) Figura 2– Representação de um ciclo de vida de algas vermelhas multicelulares com alternância de gerações Fonte: Acervo do conteudista Ciclos de vida semelhantes são encontrados em algas pardas e verdes, além de briófitas e plantas vasculares. O gametófito é haploide (possui uma única cópia do genoma, também indicado como “n”) e desenvolve duas estruturas responsáveis pela produção de gametas femininos e masculinos: o carpogônio e o espermatângio, respectivamente. Ambos os gametas são produzidos por intermédio de mitose; no entanto, os gametas masculinos são imóveis – chamados espermácios. O carpogônio recebe gametas masculinos, liberados na água, por meio do tricógino, que se funde ao espermácio produzindo carpósporos. Estes, diploides (2n), se desenvolverão em esporófitos, que produzem esporos haploides por intermédio de meiose, e se desenvolverão em gametófitos, reiniciando o ciclo. Importante! Os especialistas acreditam que as algas vermelhas adquiriram uma alternância de duas gerações multicelulares no início da sua história evolutiva como uma resposta adaptativa à ausência de gametas masculinos flagelados. Os gametas masculinos não flagelados não podem nadar em direção aos gametas femininos, como ocorre com os gametas masculinos flagelados de outros protistas, animais e algumas plantas. Por essa razão, a fecundação pode ser mais uma questão de acaso e, consequentemente, a formação do zigoto pode ser relativamente rara. A alternância de gerações é considerada uma adaptação que aumenta o número e a diversidade genética da progênie resultante de cada evento individual de fecundação ou zigoto (RAVEN et al., 2007, p. 346−7). Trocando ideias... 12 13 Briófi tas: Transição Para o Ambiente Terrestre Os grupos de plantas que discutiremos a partir de agora (briófitas, pteridófitas, gimnospermas e angiospermas) podem ser adequadamente chamadas de Embriófitas. O termo se refere ao surgimento de um embrião multicelular dependente nutricionalmente da planta mãe. As briófitas são plantas talófitas simples, terrestres ou rupícolas, pequenas e associadas a ambientes úmidos formando tapetes verdes. O termo musgo pode ser aplicado às briófitas; contudo, organismos não relacionados podem ser inadequadamente chamados de musgos, como algas, líquens ou plantas vasculares (Por exemplo, Tillandsia usneoides L., uma bromélia conhecida como barba-de-velho). Figura 3 – Tillandsia usneoides podem ser confundidas por leigos com briófi tas Fonte: iStock/Getty Images Apesar de estarem relacionadas a ambientes úmidos, as briófitas não estão restritas a eles, po- dendo ocorrer também em regiões secas e ser to- lerantes a altas temperaturas. Poucas espécies são aquáticas ou ocorrem em rochas próximas ao mar. Chamam-se de talófitas as plantas que não possuem o corpo dividido entre raiz, caule e folhas verdadeiras. Contudo, foram as briófitas as primeiras plantas a fazer a transição da vida do ambiente aquático para o terrestre. Embora não tenham propriamente conquistado o ambiente terrestre, especialmente pela ausência do tecido vascular, elas recobrem, atualmente, cerca de 1% da superfície da Terra e têm importante papel na captura de CO2 da atmosfera, armazenando grandes quantidades de carbono (RAVEN et al., 2007). Além disso, são sensíveis à poluição atmosférica, o que explica sua ausência ou baixa representatividade em ambientes degradados. As briófitas dividem-se em três grupos (Figura 4), que podem ser considerados classes ou filos de acordo com o sistema de classificação empregado: Hepaticopsida 13 UNIDADE De Procariotos a Plantas Avasculares: Classificação e Características Gerais (ou Hepatophyta), com aproximadamente 6.000 espécies (134 no Brasil, das quais 3 são endêmicas; COSTAb, 2014), Anthoceropsida (Anthocerophyta) com apenas 100 espécies descritas (11 no Brasil, das quais 3 são endêmicas; COSTAa, 2014) e Bryopsida (Bryophyta), também chamadas de musgos verdadeiros, que contemplam aproximadamente 14.600 espécies (878 no Brasil, das quais 192 são endêmicas (COSTA & PERALTA, 2014). Esses grupos separam-se morfologicamente, mas ainda não existe consenso quanto ao seu monofiletismo. De modo geral, o ciclo de vida das briófitas possui duas fases heteromórficas chamadas gametofítica (produtora de gametas) e esporofítica (produtora de esporos), semelhante ao que observamos nas linhagens de algas vermelhas, pardas e verdes. Mas, entre as briófitas, o gametófito, frequentemente, é maior que o esporófito. O corpo do gametófito divide-se em rizoide (semelhante à raiz, mas anatomicamente diferente), talo fotossintetizante, que pode ser achatado, ramificado ou dividido em caulídio e filídios, e as estruturas produtoras de gametas (gametângios): os anterídios produzem os gametas masculinos (anterozoides) e arquegônios produzem o gameta feminino (oosfera). Ao alcançar o arquegônio, a oosfera é germinada pelo anterozoide e o esporófito resultante se desenvolve sobre o gametófito. (A) Fonte: iStock/Getty Images (B) Fonte: Wikimedia Commons (C) Fonte: iStock/Getty Images (D) Fonte: Wikimedia Commons Figura 4 – Representantes de briófitas das três divisões. A: gametófito e esporófito (note a cápsula preta típica do gênero) de Sphagnum sp. (Bryophyta); B: gametófito e esporófito de Anthoceros sp. (Anthocerophyta); C: gametófito e esporófito de Bryophyta; D: gametófito e arquegônio de Marchantia sp. (Hepatophyta) 14 15 Importante! Os gametas das briófi tas são encerrados em estruturas protetoras multicelulares — um anterídio envolve os anterozoides (gametas masculinos) e um arquegônio envolve a oosfera (gameta feminino), mas um vestígio de seus ancestrais aquáticos (algas) persiste, no sentido de que o anterozoide ainda precisa nadar num meio aquoso até alcançar a oosfera (RAVEN et al., 2007, p.384). Trocando ideias... O esporófito é menor e nutricionalmente dependente do gametófito, vez que não possui tecido fotossintetizante ou rizoides. Difere do gametófito quanto à ploidia (2n) e à divisão corporal: possui pé (região que se adere ao gametófito para obter alimento), seta (haste fina que suporta a cápsula) e cápsula, na qual os esporos haploides (n) são produzidos por meiose e liberados no ambiente, dando origem, após a germinação, a uma nova geração de gametófitos. Figura 5 – Representação do ciclo de vida de uma Bryophyta Fonte: Wikimedia Commons 15 UNIDADE De Procariotos a Plantas Avasculares: Classificação e Características Gerais Na foto, pode-se ver os anterozoides liberados pelos anterídios, que necessitam de gotas de água para alcançar o arquegônio de outra planta e fecundar a oosfera. Após a germinação da oosfera o esporófito se desenvolve sobre o gametófito, dependente nutricionalmente, que irá receber alimento através do pé e produzir a seta, que suportará a cápsula onde os esporos são produzidos. Quando maduros, os esporos são liberados no ambiente, o que dará origem à novos gametófitos. A dependência da água para transportar o gameta masculino durante a reprodução sexuada (descrita na Figura 5) ajuda a entender a ampla distribuição destas plantas em ambientes úmidos. Contudo, as briófitas também são capazes de se reproduzir assexuadamente por meio de fragmentação ou produção de gemas (e.g. Marchantia). A absorção de CO2 é feita através da epiderme do talo, que ao mesmo tempo possui mecanismos para reduzir a perda de água por evaporação. Clado das Embriófitas A partir das briófitas, o embrião multicelular formado do encontro dos gametas é nutricionalmente dependente do tecido materno, algo que chamamos de matro- trofia (do grego matros= materno e trophos = alimento). Além disso, a placenta vegetal é geneticamente idêntica à oosfera; portanto, após a meiose, pode aumen- tar a produção de esporos haploides. Essa característica garantiu a sobrevivência da geração esporofítica e aumentou significativamente a quantidade de esporos produzida. A presença desse embrião permite, assim, agrupar briófitas, pteridó- fitas, licófitas, gimnospermas e angiospermas no clado das embriófitas (Figura 6). Importante! Acredita-se que a geração esporofítica de plantas evoluiu a partir de um zigoto, semelhante àqueles produzidos pelas carófitas, nas quais a meiose tinha sido retardada até pelo menos depois de que umas poucas divisões mitóticas tivessem ocorrido. Quanto mais divisões mitóticas ocorrerem entre a fecundação e a meiose, maior será o esporófito que pode ser formado e maior o número de esporos que podem ser produzidos (RAVEN et al., 2007, p.389). Trocando ideias... Além do embrião matrotrófico e placenta, outras características com grande valor para a sobrevivência no ambiente terrrestre surgiram no ancestral de Briophyta, como os estômatos, a cutícula e a esporopolenina. A epiderme dos esporófitos de antóceros (Anthocerophyta) e musgos (Briophyta) possui estômatos, que são aberturas na epiderme com duas células-guarda em volta, semelhantes aos estômatos presentes em plantas vasculares. Sua função é contribuir para a absorção de CO2 para a fotossíntese e produzir um fluxo de água e nutrientes, desde o gametófito até o esporófito, por meio da perda de água pela transpiração. Os esporófitos de hepáticas (Hepatophyta) não apresentam estômatos na epiderme, apenas o revestimento por uma cutícula protetora que limita a perda de água. 16 17 Os esporos das carófitas, que são dispersos na água, não possuem esporopolenina na parede; contudo, os zigotos são envolvidos nesse polímero e podem tolerar exposição ao ambiente e ao ataque microbiano. Nas embriófitas, desde a transição para o ambiente terrestre, seus esporos são revestidos por uma espessa camada de esporopolenina. Esse polímero é resistente à decomposição e aos agentes químicos, e garantiu a sobrevivência à dispersão dos esporos no ar. Seu alto valor de sobrevivência garantiu, também, sua manutenção ao longo da evolução das plantas em todo o clado das embriófitas (Figura 6). Raiz tecidos vasculares Embrió�tas Cloro�las “a” e “b” Esporos protegidos por Esporolenina Controle da perda de água >> Cutícula >> Estômatos Corpos multicelulares He pa to ph yt a An th oc er op hy ta Br io ph yt a Pl an ta s Va sc ul ar es Ch ar op hy ce ae (C hl or or ph yt a) Rh od op hy ta e Ph ae op hy ta Figura 6 – Clado das embriófi tas Fonte: Acervo do conteudista Hepatophyta, Anthocerophyta E Briophyta A diversidade de musgos atuais concentram-se nessas divisões, cada uma delas com características exclusivas que valem ser ressaltadas. As hepáticas dividem-se em dois clados, que podem ser divididos entre espécies talosas ou folhosas. Riccia, Ricciocarpus e o gênero mais representativo, Marchantia produzem um talo espesso (cerca de 30 camadas de células de espessura) e bem diferenciado. Algumas espécies de Riccia são aquáticas. Os gametófitos são unissexuados ou bissexuados. No entanto, Marchantia produz gametângios especializados: anteridióforos e arquegonióforos que “portam” os anterídios e arquegônios. 17 UNIDADE De Procariotos a Plantas Avasculares: Classificação e Características Gerais Nesse gênero ainda, os esporângios possuem elatérios, que são espessamentos dispostos em hélice na parede do esporângio. Esses espessamentos sofrem torções ao absorver umidade do ambiente, o que ajuda na dispersão dos esporos. As hepáticas folhosas são, no entanto, o grupo mais diverso, com cerca de 4.000 espécies, e suas “folhas” constituem-se de uma única camada de células não diferenciadas. Nesse grupo, os anterídios ocorrem em um ramo lateral chamado androceu. Tanto o desenvolvimento do arquegônio quanto do esporófito ocorre envolto em uma bainha tubular, conhecida como perianto. Os antóceros constituem-se de um pequeno grupo de espécies, cerca de 100, aparentemente semelhante às hepáticas talosas, dado ao talo rastejante do gametófito. No entanto, seu esporófito cresce em forma de chifre, característica que dá nome ao grupo (em inglês, hornworts). O esporângio de Anthoceros é dividido entre pé e uma cápsula alongada e cilíndrica. Ele é verde e possui várias camadas fotossintetizantes; além disso, sua epiderme possui estômatos e é recoberta por cutícula. O musgos “verdadeiros” pertencem à divisão Briophyta, que se divide em três classes: Sphagnidae (musgo das turfeiras), Andreaeidae (musgo do granito) e Bryidae (o musgo típico). Há cerca de 9.500 espécies de musgos, sendo a maior parte concentrada em Bryidae. Os esporófitos de Sphagnidae são bastante distintos dos demais; suas cápsulas podem ir de vermelhas à marrom escuro, esféricas, presas a uma haste, pseudopódio, que faz parte do gametófito. No topo da cápsula, há uma abertura chamada opérculo, por onde os esporos são dispersos, de forma explosiva, graças ao aumento da pressão do ar interno da cápsula, à medida que ela amadurece e seca. A pressão interna é semelhante à pressão do pneu dos nossos veículos. Importante! A ecologia de Sphagnum tem importância mundial. As áreas de turfeiras dominadas Sphagnum ocupam mais de 1% da superfície da Terra, uma enorme área igual a cerca de metade dos Estados Unidos. Sphagnum é assim um dos grupos de plantas mais abundantes do mundo. As turfeiras são de grande importância no ciclo mundial do carbono, porque armazenam quantidades muito elevadas (cerca de 400 gigatoneladas, ou 400 bilhões de toneladas, em escala global) de carbono orgânico, que não é rapidamente decomposto a CO2 por microorganismos. A turfa é formada pelo acúmulo e compressão dos próprios musgos, juntamente com ciperáceas, juncos, gramíneas e outras plantas que crescem com eles. (...) Os ecólogos estão preocupados de que o aquecimento global causado pelas crescentes quantidades de CO2 e os outros gases na atmosfera — em grande parte causados pelas atividades humanas — possa resultar na oxidação do carbono das turfeiras. Isso poderia levar a níveis ainda mais altos de CO2 e da temperatura global (RAVEN et al., 2007, p.399). Trocando ideias... 18 19 Os musgos de granito são um grupo restrito, de cerca de 100 espécies, que crescem sobre rochas graníticas ou calcáreas em regiões árticas ou montanhosas do Hemisfério Norte. Os musgos verdadeiros da classe Bryidae são folhosos e possuem uma única camada de células; no entanto, seus gametófitos podem variar bastante de tamanho (0,5–50mm). Apesar dos vasos condutores terem evoluído posteriormente às briófitas, muitos musgos possuem um cordão central de tecido condutor chamado hadroma. As células que compõem esses “vasos condutores”, as hidroides, assemelham-se aos elementos traqueais de plantas superiores, tendo maior permeabilidade à água e à ausência de protoplasmo vivo. Esse sistema de condução de água e nutrientes, no entanto, é flexível dada à ausência da lignina. Portanto, a manutenção do porte ereto e tamanho da planta é limitado à capacidade do esqueleto hidráulico criado pelo hadroma e também pela velocidade de transporte dos fluidos. Porém, essa característica pode ser um elo de plantas extintas conhecidas como prótraqueófitas, para reconstruir a história evolutiva do sistema de vasos nas plantas superiores. 19 UNIDADE De Procariotos a Plantas Avasculares: Classificação e Características Gerais Material Complementar Sobre a importância ecológica e ambiental das cianobactérias, é aqui exemplificado por um processo conhecido como maré vermelha, decorrente da eutrofização (aumento da carga orgânica) de corpos d’água. Nessas situações, a proliferação de cianobactérias e a liberação de toxinas devido à morte desses microorganismos causa grave contaminação da água,levando peixes e outros organismos aquáticos à morte. Outra opção é a bioacumulação dessas toxinas nos tecidos desses organismos, tornando-os impróprios para o consumo humano. Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Vídeos Poluição - Eutrofização Vídeo mostrando a eutrofização de um estuário americano. https://goo.gl/4vmh19 Leitura Ecologia, Ecofisiologia e Toxicologia de Cianobactérias Ecologia, Ecofisiologia e Toxicologia de Cianobactérias. Aloysio da Silva Ferrão-Filho, Renato Molica; Sandra M. F. O. Azevedo. O ecol. Bras., 13, (2): p.225-228, 2009. https://goo.gl/oCMJag Florações de cianobactérias tóxicas em uma lagoa costeira hipereutrófica do Rio de Janeiro/RJ (Brasil) e suas consequências para saúde humana Andreia Maria da Anunciação Gomes, Pedro Lima Sampaio, Aloysio da Silva Ferrão- Filho, Valeria Freitas de Magalhães, Marcelo Manzi Marinho, Ana Cláudia Pimentel de Oliveira, Vitor Barbosa dos Santos, Patrícia Domingos; Sandra Maria Feliciano de Oliveira e Azevedo. Oecol. Bras., 13, (2): p.329-345, 2009. https://goo.gl/Alcnua Um levantamento preliminar da ficoflora do Rio Grande do Sul https://goo.gl/qFL4LO Ficoflora do Pantanal da Nhecolândia, MS, Brasil: um levantamento preliminar em três lagoas salinas e uma salitrada Kleber Renan de Souza Santos; Arnaldo Yoso Sakamoto; Maria José Neto; Laurent Barbiero; José Pereira de Queiroz Neto. https://goo.gl/fiKAfe Cultivo de Algas pode ser opção para Pequeno Produtor Uma fazenda marinha de um hectare pode render 20 mil quilos do produto seco por ano. João Mathias. https://goo.gl/QQsemM 20 21 Referências ALVES-DA-SILVA, S. M.; MENEZES, M. Euglenophyceae. Lista de Espécies da Flora do Brasil. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em: <http:// floradobrasil.jbrj.gov.br/jabot/floradobrasil/FB102599>. Acesso em: 14 jul. 2014. COSTA, D. P. Antóceros. Lista de Espécies da Flora do Brasil. Jardim Botânico do Rio de Janeiro. Disponível em: <http://floradobrasil.jbrj.gov.br/jabot/ floradobrasil/FB128470>. 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