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74 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 Unidade III Unidade III 7 ORIGEM DAS TRAQUEÓFITAS Plantas traqueófitas, também conhecidas como vasculares, tiveram ancestrais aquáticos, e a história de sua evolução está ligada à história da ocupação progressiva do ambiente terrestre. Entre as diversas mudanças envolvidas em tal progressão evolutiva, destaca‑se o desenvolvimento de raízes e sistemas condutores eficientes. Para entender essas profundas mudanças, faz‑se necessária uma retomada histórica desse processo evolutivo. Estudos sugerem que, com a saturação dos ambientes úmidos, passou a haver uma seleção para características que permitissem a falta temporária de água. Surgiram, então, sistemas radiculares especializados na captação de água, capazes de fixar plantas maiores. O aumento na cutinização da epiderme e das paredes celulares de células subepidérmicas amenizou ainda mais a perda de líquidos por transpiração. O desenvolvimento de sistemas complexos de ramificação maximizando a superfície fotossintética foi acompanhado por sistemas mais eficientes de condução de água e sustentação obtidas com a produção de lignina nos tecidos vasculares. Estudos mostram que as primeiras plantas vasculares, como a já extinta Rhynia (entre 420 e 380 milhões de anos atrás), não possuíam raízes nem folhas; eram homospóricas, ou seja, produziam apenas um tipo de esporo e seu caule apresentava ramificação dicotômica (figura 53). Figura 53 – Desenho esquemático evidenciando extinta Rhynia, com ausência de folhas, ramificação dicotômica do caule com esporângios terminais e rizoides derivadas de um rizoma As raízes de Rhynia eram apenas rizoides que derivaram da ramificação de um caule do tipo rizoma. Elas auxiliaram não apenas na captação de líquidos, mas também na fixação das plantas aos substratos terrestres. 75 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 BOTÂNICA – CRIPTÓGAMAS As folhas parecem ter surgido mais de uma vez nas traqueófitas. As folhas de um grupo de plantas conhecidas como licófitas ou Lycophyta são consideras micrófilas, ou seja, são simples e supostamente derivadas de esporângios estéreis. As folhas das demais traqueófitas são folhas do tipo megáfilas, isto é, geralmente grandes, com feixes vasculares ramificados. Elas, por outro lado, teriam surgido diversas vezes a partir da expansão de ramos (figura 54). A partir de um sistema de ramificações dicotômicas, teria havido a dominância de um ramo que continuaria o crescimento. O outro ramo seria determinado e modificado em plano e interligado por tecidos fotossintetizantes. Figura 54 – Aspecto geral de folha de tipo megáfila presente nas samambaias A produção de esporos foi outro aspecto de grande relevância para o surgimento das traqueófitas, a heterosporia, produção de micro e megásporos – o primeiro levando à formação de gametófitos masculinos e o segundo, de gametófitos femininos. As plantas com sexos separados surgiram de ancestrais homospóricos, ou seja, sem diferenciação de esporos e com gametófitos produzindo anterídios e arquegônios. Ainda assim, a maiorias das traqueófitas que não produzem sementes são homospóricas. Por isso, podemos sugerir que, quando as primeiras plantas vasculares surgiram, elas produziam apenas um único tipo de esporo. Em razão disso, tais plantas eram consideradas homosporadas, condição que se manteve na maioria das pteridófitas. Tal característica faz com que a maior parte dos gametófitos seja bissexuado, de forma que a fecundação cruzada possa ser viabilizada pela maturação de arquegônio e anterídio em diferentes épocas. Muitas propostas elucidam que, após sua origem no período Siluriano, as plantas vasculares diversificaram‑se rapidamente no Devoniano. Esse período está bem evidenciado e pode ser acompanhado, em detalhe, por meio de registros fósseis do sítio arqueológico Rhynie, na Escócia. Há evidências de que a colonização do ambiente terrestre pelas plantas foi acompanhada pela dos animais, tanto invertebrados como vertebrados. No início, entretanto, eles eram predominantemente predadores, não havendo registros ainda de herbívoros. Propõe‑se que, no princípio do período, as plantas eram rasteiras e de pequeno porte e que foram evoluindo gradativamente até se tornarem grandes florestas com pteridófitas gigantes no fim dele. Sobre a terra, aparecem insetos como lacraias, aranhas e falsos‑escorpiões e anfíbios parecidos com peixes. 76 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 Unidade III Observação Nos ambientes aquáticos, diversificaram os peixes, que dominaram o período, motivo pelo qual o Devoniano é conhecido como “idade dos peixes”. A formação de um câmbio nas plantas e o consequente crescimento secundário, assim como um sistema vascular mais eficiente, permitiu tanto que as plantas pudessem crescer em tamanho, aumentando assim seu tempo de vida, quanto que ocupassem ambientes sazonais, ou seja, áreas que sofrem transformações em decorrência das mudanças climáticas das estações do ano. As comunidades e as paisagens terrestres cresceram bastante em complexidade no fim do Devoniano. As progimnospermas (especialmente Archaeopterys), com crescimento secundário e mais de 18 m de altura formavam extensas florestas paludosas, isto é, áreas com solo permanentemente encharcado e matas de galerias repletas de Racophyton (pré‑samambaias), formando um subosque. A evolução dos organismos e a conquista dos ambientes terrestres proporcionaram uma série de alterações e transformações ecológicas, como a formação de uma cobertura na superfície do solo composta por restos de vegetação, como folhas, restos de caules e cascas em diferentes estágios de decomposição. Nessa camada, também poderia haver restos de animais e suas fezes, tornando‑se a principal fonte de nutrientes para ciclagem em ecossistemas florestais, enriquecendo o solo, sustentando a vegetação presente. Atualmente, definimos esse processo ecológico como serrapilheira, camada que forma microclima importante para a sobrevivência de animais e fungos, maior estabilidade do solo devido às raízes e o aumento da umidade local, por conta da transpiração. Com o desenvolvimento das raízes, os solos passaram a sofrer maior intemperismo químico, tornaram‑se mais profundos, extensos, finamente sedimentados e ricos em matéria orgânica gerada pela grande produção primária dos vegetais. As plantas diminuíram também a erosão dos solos, transformando drasticamente o regime dos rios e possibilitando um tempo maior de residência do carbono, reduzindo enormemente a concentração de gazes, como o gás carbônico na atmosfera. O acúmulo de resíduos de natureza orgânica pode ter tornado as águas continentais pobres em oxigênio, o que poderia ter sido uma pressão seletiva importante para o surgimento de um sistema respiratório desenvolvido em pulmão e a posterior colonização do ambiente terrestre pelos vertebrados. As áreas costeiras também podem ter sido eutrofizadas por esse excesso de detritos orgânicos, promovendo assim desenvolvimento e o acúmulo de algas. A diminuição do gás carbônico atmosférico pode também ter contribuído para uma queda na temperatura do planeta, chegando às glaciações do final do Devoniano. Todas essas perturbações podem ter contribuído para que, no final do Devoniano, ocorresse uma das três maiores extinções em massa já ocorridas. Entre as plantas que tiveram diminuição até a extinção no final do Devoniano, está Archeopteris. Sua extinção resultou em uma redução das florestas, as quais só voltaram a aparecer expressivamente no Carbonífero. Nesse período, as florestas eram diversificadas e marcadas pelodomínio de licófitas arbóreas, como Lepidodendropsis, que predominava em áreas pantanosas. As licófitas atingiam até 40 metros de altura e eram sustentadas por uma espessa camada externa. Essas licófitas seriam tão mais resistentes quanto adaptadas a áreas alagadas e águas pouco oxigenadas, formando, então, extensos 77 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 BOTÂNICA – CRIPTÓGAMAS pântanos. Essas áreas eram circundadas por florestas formadas por gimnospermas, especialmente Pteridospermales, um tipo de planta com sementes semelhantes morfologicamente a samambaias (figura 55). Nessas florestas, também havia Cordaitales, uma espécie arbórea vista como uma possível ancestral do grupo de plantas coníferas (ginmospermas). Durante o Permiano, as licófitas foram gradativamente cedendo espaço para as gimnospermas, as quais dominaram a flora terrestre até o Jurássico e permitiram o aparecimento de vertebrados herbívoros terrestres. Lembrete A fauna do Jurássico é marcada por répteis em todos os ambientes, como os dinossauros herbívoros do ambiente terrestre. Figura 55 – Reconstrução de uma floresta do Período Carbonífero As traqueófitas, ou plantas vasculares, possuem tecidos vasculares, denominados floema e xilema, que transportam líquidos e nutrientes (figura 56). O xilema possui lignina cuja principal função é sustentar e manter eretos os vegetais, além de contribuir para a formação da espessura dos caules (figura 57). Medula Epiderme Córtex Floema Xilema Câmbio fascicular Câmbio interfascicular Figura 56 – Desenho esquemático de um corte transversal do caule de traqueófita, evidenciando xilema e floema 78 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 Unidade III Figura 57 – Fóssil de planta do Parque Nacional da Floresta Petrificada do Arizona USA, datada do período triássico, com 225 milhões de anos Nas traqueófitas, o esporófito é a fase dominante no ciclo de vida. Ele é vistoso, possuindo diferenciação de raízes, folhas e caule. O esporófito é fotossintetizante e cresce de maneira independente. Já o gametófito se apresenta bem mais reduzido, especialmente nos grupos mais derivados (figura 58). Es po ró fit o 2n Ga m eó fit o n Algas Briófitas Pteridófitas Gimnospermas Angiospermas Figura 58 – Desenho esquemático da evolução do esporófito e redução do gametófito, nos diversos grupos vegetais É possível observar que a redução do gametófito é marcante, especialmente nas espermatófitas, ou seja, nas plantas com sementes, também conhecidas como plantas fanerogâmicas. Dentro das espermatófitas – o grande grupo das plantas com flores –, nas angiospermas, o gametófito fica limitado a poucas células e é nutrido pelo esporófito, atuando como um parasita. 79 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 BOTÂNICA – CRIPTÓGAMAS Saiba mais Você sabia que o inseto mais antigo pode ser do período das traqueófitas mais antigas? Graças a um golpe de sorte, dois pesquisadores americanos descobriram que um fóssil abandonado num museu por quase 80 anos é, na verdade, o mais antigo inseto do planeta. A criatura de 400 milhões de anos, de quebra, mostra anatomia surpreendentemente “moderna” e deve ter tido asas, o que sugere uma origem ainda mais antiga para o grupo. Todas essas características, além de outros detalhes do formato da cabeça e mandíbulas, apontam para um parentesco próximo do bicho com os metapterigotos, o grupo que inclui quase todos os insetos com asas de hoje, com exceção das efeméridas (que lembram vagamente libélulas e, como o nome sugere, vivem poucos dias). Para saber mais sobre o assunto, leia a reportagem completa: LOPES, R. J. Análise de fóssil revela inseto mais antigo. Folha de S. Paulo, São Paulo, 12 fev. 2004. Disponível em: <http://www1.folha.uol.com.br/fsp/ ciencia/fe1202200401.htm>. Acesso em: 10 abr. 2015. 8 PLANTAS VASCULARES SEM SEMENTES: PTERIDÓFITAS 8.1 Introdução As plantas vasculares sem sementes constituem um grupo também conhecido como pteridófitas. Nele, está presente grande parte das plantas que conhecemos como samambaias, avencas e cavalinhas (figuras 57, 58 e 59). Elas são consideradas plantas vasculares pela presença de um tecido condutor formado por xilema e floema, que se tornou funcional e eficiente após o aparecimento da lignina, uma substância muito resistente, acumulada e depositada nas paredes celulares das células elementos traqueais do xilema e das células do esclerênquima. As literaturas sugerem que o surgimento da síntese de lignina representa uma novidade evolutiva fundamental para que as plantas adquirissem grande porte e que seus esporófitos tornassem a geração dominante em seu ciclo de vida. O termo “pteridófitas” tem origem no fato de as folhas jovens (báculos) apresentarem uma forma que lembra a posição de um feto humano no útero materno. Observação A cavalinha (Equisetum arvensis) é uma espécie conhecida como planta medicinal por seu alto conteúdo mineral, principalmente o silício, por isso é bastante consumida na forma de chá. 80 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 Unidade III Figura 59 – Aspecto geral de uma samambaia Figura 60 – Aspecto geral de uma avenca Figura 61 – Aspecto geral de uma cavalinha Nas plantas vasculares sem sementes, a água ainda é muito importante ao processo reprodutivo. Os gametas masculinos flagelados necessitam da água para chegarem aos arquegônios e realizarem a 81 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 BOTÂNICA – CRIPTÓGAMAS fecundação. Os gametófitos desse grupo são estruturas de pequeno porte, com curto tempo de vida e que ocorrem em ambientes com água em abundância. Alguns esporófitos atingiram grandes portes e chegam ter a altura de palmeiras, como a samambaiaçu, presente na flora nativa do Brasil (figura 62). Figura 62 – Aspecto geral de indivíduos de Dicksonia sellowiana (samambaiaçu) 8.2 Aspectos reprodutivos As plantas vasculares sem sementes possuem uma marcada alternância de gerações em seu ciclo de vida, das quais a geração duradoura é a fase esporofítica, que é a que produz os esporos e é fotossintetizante; e a fase gametofítica, ou seja, aquela que produz os gametas e tem pouca duração (figura 63). A diferença na alternância de gerações, aliada à presença de feixes vasculares, distingue as samambaias e licófitas das briófitas. A ausência de flores, frutos e sementes difere as plantas criptógamas das fanerógamas. Esportófito Fase Esporofítica Fase Gametofítica Gametófito (Prótalo) Fecundação Meiose Folha composta Caule (rizoma) Raízes SoroBáculo Esporo Rizoides Arquegônio Anterídio Anterozoide Oosfera Zigoto Folíolo Figura 63 – Ciclo reprodutivo das pteridófitas 82 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 Unidade III A fase duradoura, ou esporófito, é aquela que reconhecemos como sendo uma samambaia, no sentido mais amplo da palavra. O grande porte e a ramificação dos esporófitos fizeram com que eles pudessem produzir um número de esporos superior ao grupo das briófitas, facilitando, assim, sua dispersão. Os esporófitos podem apresentar as folhas de dois tipos: férteis e/ou estéreis. As folhas férteis são aquelas que desenvolvem as estruturas reprodutivas, os soros e os esporos, que podem estar localizadas na face abaxial (inferior) das folhas,próximas das suas margens (figura 64), nas margens ou até mesmo em partes modificadas da folha na forma de espigas (figura 65). Figura 64 – Foto ampliada da face inferior de uma folha mostrando os soros Figura 65 – Desenho esquemático de pteridófita que apresenta folhas férteis modificadas em espiga e folhas estéreis (pinadas) 83 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 BOTÂNICA – CRIPTÓGAMAS Apesar de não possuírem um órgão específico para abrigar os esporângios (conjunto de esporos), muitas espécies de plantas vasculares sem sementes formam uma película na face inferior da folha, chamada indúsio (saco de esporo), que protege os esporângios (figura 66). Figura 66 – Conjunto de esporos (esporângios) com presença de indúsios (camada protetora de esporângios) Lembrete O surgimento dos soros indica que as samambaias estão em época de reprodução, pois, em cada soro, são produzidos inúmeros esporos. A grande maioria das plantas vasculares sem sementes tem a produção de esporos caracterizada como homosporada, isto é, apenas um único tipo de esporo. Evidências mostram que a produção de esporo homosporado esteve presente nas primeiras plantas vasculares que se manteve nas plantas atuais. As plantas vasculares sem sementes homosporadas produzem a maior parte dos gametófitos bissexuados, de forma que a fecundação cruzada pode ser viabilizada pela maturação de arquegônio e anterídio em diferentes épocas. A produção de dois tipos de esporos é conhecida como heterosporia, produzindo os micrósporos e megásporos, que são gerados em microsporângio e megasporângio, respectivamente. As plantas heterosporadas sempre originam gametófitos unissexuados, realizando obrigatoriamente a fecundação cruzada. A heterosporia é acompanhada pela endosporia, que consiste no desenvolvimento dos gametófitos feminino e masculino no interior da parede do esporo. A heterosporia é uma novidade evolutiva presente em alguns representantes das plantas vasculares sem sementes e em todas as plantas com sementes. 8.3 Aspectos vegetativos As folhas consideradas estéreis são, na maioria das vezes, menores que as folhas férteis. Ambos tipos podem ser bem parecidos ou diferentes. As similaridades e diferenças entre elas podem ser usadas como características taxonômicas para a identificação de espécies. O esporófito possui folhas que nascem enroladas, chamadas de báculos. 84 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 Unidade III Figura 67 – Aspecto geral de um báculo (folha jovem) Nas folhas jovens, há presença de escamas e pelos, ou tricomas, que protegem a planta. As escamas e os pelos são estruturas formadas a partir da epiderme da folha. As escamas possuem duas ou mais fileiras de células, mas os tricomas são constituídos por apenas uma fileira de células (figura 68). Figura 68 – Detalhe das folhas jovens cobertas por tricomas Vimos, anteriormente, que os esporófitos das primeiras plantas vasculares seriam eixos ramificados dicotomicamente, com presença de esporângios em extremidades terminais, mas ainda sem raízes e folhas verdadeiras. Existem vários tipos de cilindro vascular nas plantas vasculares. O sistema vascular das plantas possui os cilindros vasculares chamados protostelos, ou seja, possuem a parte central preenchida por xilema, já sifonostelos, dictiostelos e eustelos têm‑na preenchida por parênquima medular, formado por tecido vivo. Registros fósseis mostram que os cilindros vasculares dos caules das primeiras plantas vasculares apresentavam o tipo de protostelo, o qual também passou a ocorrer nas raízes a partir de sua diferenciação e foi mantido ao longo da evolução nas raízes de todas plantas vasculares. 85 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 BOTÂNICA – CRIPTÓGAMAS 8.4 Diversidade e classificação A diversidade biológica das plantas vasculares sem sementes é bastante rica, em especial, para a região sudeste. De acordo com a literatura, existe cerca de 12.000 espécies de plantas vasculares sem sementes conhecidas em todo o mundo. No Brasil, estima‑se que devam ocorrer em torno de 1.300 espécies. Delas, cerca de 600 ocorrem no estado de São Paulo, ou seja, aproximadamente 50% do total estimado para o país. Estudos moleculares e morfológicos, com ênfase em evolução e classificação das espécies de plantas conhecidas e consideradas, por diversos sistemas de classificação, durante muitos anos, como pteridófitas, mostram que elas formam um grupo artificial, uma vez que nem todas as espécies evoluíram a partir de um mesmo ancestral comum – um dos critérios para definir grupos biológicos atualmente. O grupo é composto por plantas presentes em duas grandes linhagens, representadas pelo grupo das licófitas e outro que inclui as eufilófitas. Este é subdividido em outros dois grandes grupos: as monilófitas (samambaias) e as lignófitas (plantas com sementes). Tal divisão basal em licófitas e eufilófitas ocorreu na metade do Devoniano, há cerca de 400 milhões de anos, sendo marcada por uma variedade de aspectos morfológicos. Um dos aspectos mais relevantes na diferenciação morfológica é a presença de células espermáticas multiflageladas nas eufilófitas, em oposição às células espermáticas biflageladas das licófitas, à exceção do gênero Isoetes. Registros fósseis demonstram que os filos Rhyniophyta, Zosterophyllophyta e Trimerophytophyta tiveram seus representantes extintos. Dentre os filos atuais, Lycopodiophyta, grupo conhecido como Licófitas, é o das selaginelas e dos licopódios. Ele foi reconhecido por diversos sistemas de classificação e mantido como um grupo monofilético (com um ancestral em comum), após estudos de sistemática molecular. Segundo a classificação atual (RAVEN; EVERT; EICHHORN, 2014), o filo Lycopodiophyta (licófitas) compreende 1.200 espécies distribuídas em 15 gêneros. Neste material, consideraremos, então, como filos atuais de plantas vasculares sem sementes, os filos Lycopodiophyta e Monilophyta, seguindo a classificação mais recente considerada em Raven, Evert e Eichhorn (2014). As licófitas constituem‑se inteiramente em representantes herbáceos não lenhosos, mas há evidências fósseis que, no passado, houve representantes com porte variado entre pequenas e grandes árvores. Todas as licófitas possuem folhas microfilas. Esse tipo de folha apresenta pouca diversidade de forma, tornando‑se muito característico das licófitas. Outro aspecto delas é a formação de esporo do tipo eusporangiadas. O filo é formado por três ordens que incluem uma única família em cada ordem. A família Lycopodiaceae é constituída por, aproximadamente, 15 gêneros, sendo Lycopodium o grupo com maior número de características predominantes (figura 69). Suas espécies podem ter hábitos epifíticos; apresentam ocorrência predominante nos solos de florestas ou na margem de cursos d’água. O esporófito possui a disposição das folhas em forma espiralada e os esporângios, geralmente localizados nas extremidades dos ramos, são constituídos de estróbilos. Seus representantes são homosporados (esporos todos com o mesmo tamanho), sendo que seus gametófitos são bissexuados. Os gametófitos podem ou não ser fotossintetizantes e a maturação de seus gametângios pode apresentar uma longa duração. 86 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 Unidade III Figura 69 – Esporófito de Lycopodium Outra família do grupo das licófitas é Selaginelaceae, que é constituída por um único gênero, Selaginella, podendo ocorrer em locais úmidos ou muito secos como desertos ou até na caatinga brasileira. Os esporófitosapresentam folhas microfilas geralmente com disposição de forma alterna dística, dando aspecto achatado à planta, além de possuírem um apêndice denominado lígula, que se localiza dorsalmente e próximo da base de cada folha. Os esporângios ocorrem dispostos em estróbilos localizados nas extremidades dos ramos. Seus representantes são heterosporados sendo seus gametófitos unissexuados (produção de dois tipos de esporos). Dessa forma, os megasporângios são formados em megasporófilos e os microsporângios em microsporófilos (figura 70). Caule Folha Estróbilo Esporofilo Micrósporo Microprotalo Megásporo Microsporângio Megasporângio Megaprotalo Oosfera Anterozoide H2O Zigoto Esporófito Estróbilo Raiz Figura 70 – Ciclo de vida de uma Selaginella Outra família de licófitas são as Isoetaceae, que, assim como Selaginellaceae, é representada por um único gênero, Isoetes, que pode ser aquático ou ocorrer em regiões alagadas. Essas plantas são consideradas os 87 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 BOTÂNICA – CRIPTÓGAMAS parentes mais próximos das Lycopodiaceae, arbóreas extintas por apresentarem crescimento secundário. Os esporófitos possuem caule subterrâneo do tipo cormo e todas as suas folhas são estróbilos presença de lígulas associadas. As plantas são heterosporadas como a família Selaginellaceae, sendo que os megaesporângios são formados na base dos megaesporófilos e os microesporângios são formados na base dos microesporófilos. O maior grupo das plantas vasculares sem sementes são o filo atual Monilophyta, que compreende as samambaias e cavalinhas. Esse grupo já foi classificado em filos separados, mas os estudos atuais, baseados características moleculares e morfológicas, indicam que as samambaias e as cavalinhas formam um grupo, o filo Monilophyta, formado por quatro linhagens: Psilotopsida, Marattiopsida, Polypodiopsida e Equisetopsida. As relações entre essas linhagens ainda estão sendo investigadas, mas costuma‑se usar o termo “samambaia” para abordar os indivíduos das linhagens Psilotopsida, Marattiopsida e Polypodiopsida, já as cavalinhas são abordadas em Equisetopisida. A linhagem Psilotopsida abrange as ordens Ophioglossales e Psilotales. Os representantes de Ophioglossales são eusporangiadas e homosporadas, constituídas por quatro gêneros que produzem apenas uma folha por ano a partir de um caule rizomatoso. A folha é do tipo megafila que possui uma porção vegetativa e uma porção fértil, formando um esporofilo do tipo espiga. Os eusporângios não estão agrupados em soros, podendo ocorrer separadamente ou em sinângios. Os gêneros Ophioglossum e Botrychium podem ser facilmente distintos, pois o primeiro possui a folhas férteis inteiras e, no segundo grupo, são profundamente partidas. As Psilotales são plantas que possuem um esporófito muito simplificado, sem raízes, com os caules aéreo e subterrâneo dicotomicamente ramificados. Entre seus representantes atuais, está Psilotum e Tmesipteris. Por ter ausência de raízes, são comuns as associações do caule rizomatoso com fungos auxiliares na fixação de nutrientes (micorrízicas). São plantas que possuem folhas microfilas muito reduzidas em formas de escamas. Tais características assemelham‑se às de pteridófitas ancestrais, entretanto, os dados moleculares indicam que essas foram características que surgiram mais de uma vez durante a evolução. As Psilotales são eusporangiadas e homosporadas, sendo que os esporângios estão geralmente fundidos em grupos de três, formando os sinângios. Os sinângios estão localizados na axila dos ramos. Os gametófitos são bissexuados e assemelham‑se às porções do rizoma (figura 71). Figura 71 – Psilotum com presença sinângios estão localizados na axila dos ramos 88 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 Unidade III O outro grupo de samambaias tropicais são as Marattiopsida. É o único grupo antigo com um registro fóssil que vem desde o período Carbonífero. Os membros desse grupo assemelham‑se mais às samambaias do grupo Ophioglossales. Os seis gêneros atuais desse grupo incluem cerca de 200 espécies. A linhagem Equisetopsida é representada por apenas um gênero, Equisetum, com cerca de 15 espécies. Conhecidas como cavalinhas ou, em outros países, rabo de cavalo. São encontradas em locais úmidos ou encharcados (figura 72) e facilmente reconhecidas por seus caules com estrias longitudinais e textura tão áspera quanto rugosa, conferida por depósitos de sílica nas células epidérmicas. Possuem caule do tipo rizoma subterrâneo que origina raízes a partir dos nós. Apresentam folhas em forma de escamas fundidas na base – o que dá o aspecto à planta de possuir folhas verticiladas, as quais possuem coloração enegrecida, sendo o caule o principal responsável pela fotossíntese, possuindo inclusive estômatos que auxiliam nesta função. Figura 72 – Aspecto geral de Equisetum sp. Os ramos reprodutivos são morfologicamente diferenciados dos vegetativos e apresentam estróbilos em suas extremidades. São plantas homosporadas e os esporos são liberados pelo rompimento da parede do esporângio. A parede externa dos esporos forma elatérios (estrutura espiralada) que se desenrolam com a menor umidade do ar e auxiliam na dispersão dos esporos. Os gametófitos bissexuados ou masculinos são verdes e de vida livre, ocorrendo sobre solos úmidos. A última linhagem das monófitas é o grupo Polypodiopsida, que representa a maior ordem das plantas vasculares sem sementes, pois praticamente todas as samambaias conhecidas são membros dessa ordem. Essas samambaias são leptosporangiadas e homosporadas. Podem ser terrestres ou epífitas e apresentarem hábito herbáceo, lianas (trepador) ou arborescente. O caule dessas plantas é um rizoma sifonostélico que origina megafilas geralmente compostas com grande proporção entre superfície e volume, permitindo uma eficiente captação da luz solar. Os esporângios desse grupo localizam‑se nas margens ou na região inferior das folhas e estão agrupados em soros que podem ter forma e coloração variada. Os soros, quando jovens, podem ou não ser recobertos por um indúsio, que seca quando os esporângios atingem a maturidade. 89 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 BOTÂNICA – CRIPTÓGAMAS O gametófito é bissexuado e fotossintetizante com vida livre, apresenta uma forma achatada e geralmente tem forma de coração. É também conhecido como protalo, que possui vários rizoides na face ventral. Os anterídios estão localizados principalmente entre os rizoides, já os arquegônios são formados próximos às saliências do protalo. Os gametófitos são bissexuados e apresentam a maturação de arquegônios e anterídios, frequentemente em momentos distintos. Os rizomas e as folhas jovens, báculos, possuem tricomas e escamas desse grupo, o que apresenta grande importância na diferenciação taxonômica dos grupos de Polypodiopsida. Características, como os tricomas, a forma e a posição dos soros, a ocorrência ou não de indúsio também podem ser usadas para a distinção de famílias ou categorias taxonômicas inferiores. Algumas famílias apresentam folhas diferentes (dimórficas) e são diferenciadas pela localização das estruturas reprodutivas. Há grupos que são característicos por apresentarem a ráqui com ramificação dicotômica. Alguns representantes de Polypodiopsida formam o grupo das samambaias aquáticas, como a Salvinales e Marsileales. A ordem Salvinales é constituída por plantas de tamanho reduzido, que flutuam na superfície da água. O gênero Salvinia possui um aspecto morfológico interessante, caracterizado por possuírem folhas dispostas de forma verticilada.Em cada nó, ocorrem três folhas, dentre as quais duas são flutuantes, o que se torna possível devido à presença de longos e abundantes tricomas tectores, e a terceira folha é submersa assemelhando‑se a raízes (figura 73). Na folha submersa, são encontradas pequenas bolsas (esporocarpos) que contém vários leptosporângios, o que permite classificá‑las como folhas e não raízes. Os representantes do gênero Azolla são frequentemente cultivados em meio às plantações de arroz por disponibilizar nitrogênio no ambiente aquático. Isso ocorre devido à associação simbiótica dessas plantas com as cianobactérias do gênero Anabaena. Figura 73 – Aspecto das folhas flutuantes de Salvinia sp. As Marsileales possuem representantes com presença de rizomas delgados, que são responsáveis pela fixação dessas plantas que vivem em ambientes aquáticos ou úmidos. O gênero mais conhecido é Marsilea, bastante conhecido popularmente como trevo‑de‑quatro‑folhas. Apresenta folha composta constituída por quatro folíolos (figura 74). Os representantes desse grupo possuem uma estrutura reprodutiva peculiar, resistente à seca, o esporocarpo, que pode resistir a essas condições por até 90 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 Unidade III 100 anos. Os esporocarpos germinam em contato com a água, produzindo uma série de soros contendo esporos. As plantas são leptosporangiadas e heterosporadas, sendo que microsporângios e megasporângios estão presentes no mesmo soro. Figura 74 – Marsilea sp., conhecida popularmente como trevo‑de‑quatro‑folhas 8.5 Relevância econômica As plantas vasculares sem sementes atuais são consideradas pouco importantes economicamente, mas seus representantes fósseis apresentam grande contribuição na formação de parte das reservas de carvão vegetal que vêm sendo utilizadas pelo homem e cuja importância vem sendo explorada em países em desenvolvimento, especialmente na China, para o fornecimento de energia em usinas termoelétricas. Entre os representantes atuais, algumas espécies são aproveitadas na alimentação, especialmente no Oriente, sendo consumidas tanto folhas jovens como partes do rizoma. Outras espécies apresentam relevância quando suas folhas são utilizadas para preparação de chá ou bebidas alcoólicas. Já outras espécies são empregadas em certas regiões para fins medicinais, como o tratamento de verminoses, reumatismos ou úlceras. O aspecto vistoso das folhagens formadas por certas espécies faz delas um importante grupo de exploração e aplicação para fins ornamentais, tanto vivas como secas. A samambaia aquática Azolla realiza uma associação com as algas azuis (Anabaena azollae), fixando o nitrogênio, sendo assim utilizado para o enriquecimento do solo em plantações de arroz no Oriente. Algumas plantas vasculares sem sementes também são utilizadas no controle da erosão do solo. No Brasil, durante muito tempo, houve um tipo de exploração econômica por meio do extrativismo do caule da espécie conhecida como samambaiaçu. O caule era utilizado para fabricação do xaxim, um produto usado na fabricação de vasos e suportes para plantas. A forma da exploração levou a uma diminuição drástica da espécie, que hoje é protegida por legislação e tem sua retirada proibida. 91 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 BOTÂNICA – CRIPTÓGAMAS Saiba mais Você sabia que as samambaias podem ser muito tóxicas para os bovinos? A ingestão de samambaia (Pteridium aquilinum) produz três formas de intoxicação em bovinos, duas crônicas caracterizadas por neoplasmas no trato digestivo superior ou na bexiga e uma aguda caracterizada por hemorragias. A intoxicação por samambaia é a segunda causa mais importante de intoxicação por plantas. Para ler o artigo completo consultar: ANJOS, B. L. et al. Intoxicação aguda por samambaia (Pteridium aquilinum) em bovinos na Região Central do Rio Grande do Sul. Pesquisa Veterinária Brasileira, n. 28, p. 501‑507, 2008. Resumo As plantas traqueófitas tiveram ancestrais aquáticos e a história de sua evolução acha‑se ligada à história da ocupação progressiva do ambiente terrestre. Entre as diversas mudanças envolvidas em tal progressão evolutiva, destaca‑se o desenvolvimento de raízes e sistemas condutores eficientes. Estudos sugerem que, com a saturação dos ambientes úmidos, passou a haver uma seleção para características que permitissem a falta temporária de água. Surgiram então sistemas radiculares especializados na captação de água e capazes de fixar plantas maiores. O aumento na cutinização da epiderme e das paredes celulares de células subepidérmicas amenizou ainda mais a perda de líquidos por transpiração. O desenvolvimento de sistemas complexos de ramificação, maximizando a superfície fotossintética, foi acompanhado por sistemas mais eficientes de condução de água e sustentação obtidas com a produção de lignina nos tecidos vasculares. Nas traqueófitas, o esporófito é a fase dominante no ciclo de vida. Ele é vistoso, possuindo diferenciação de raízes, folhas e caule. O esporófito é fotossintetizante e apresenta o crescimento de maneira independente. Já o gametófito se apresenta bem mais reduzido, especialmente nos grupos mais derivados, como nas Angiospermas. 92 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 Unidade III As plantas vasculares sem sementes constituem um grupo também conhecido como pteridófitas. Nele, está presente grande parte das plantas que conhecemos como samambaias, avencas e cavalinhas. Elas são consideradas plantas vasculares pela presença de um tecido condutor formado por xilema e floema, que se tornou funcional e eficiente após o aparecimento da lignina, uma substância muito resistente, que se encontra acumulada e depositada nas paredes celulares das células, elementos traqueais do xilema e das células do esclerênquima. O termo “pteridófitas” tem origem no fato das folhas jovens (báculos) apresentarem uma forma que lembra a posição de um feto humano no útero materno. As plantas vasculares sem sementes possuem uma marcada alternância de gerações em seu ciclo de vida, das quais a geração duradoura é a fase esporofítica, sendo a geração que produz os esporos e é fotossintetizante; e a fase gametofítica, ou seja, aquela que produz os gametas e tem pouca duração. Os filos atuais das plantas vasculares sem sementes são os filos Lycopodiophyta e Monilophyta. As licófitas constituem‑se inteiramente em representantes herbáceos. O grupo é formado por três famílias: Lycopodiaceae, Selaginelaceae e Isoetaceae. As monilófitas compreendem as samambaias e cavalinhas – este grupo já foi considerado em filos separados, mas os estudos atuais, baseados em características moleculares e características morfológicas, indicam que o grupo é formado por quatro linhagens: Psilotopsida, Marattiopsida, Polypodiopsida e Equisetopsida. A grande maioria das samambaias que conhecemos são membros deste grupo. 93 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 BOTÂNICA – CRIPTÓGAMAS Exercícios Questão 1. (UFPB, 2008) A figura, abaixo, ilustra a evolução das plantas atuais. Ancestral comum Surgem os traqueídes Surgem as sementes Briófitas Licopódios Cavalinhas Psilófitas Samambaias Cícadas Coníferas Ginkgos Gnetófitos Angiospermas Traqueófitas Figura 75 Adaptada de: PURVES, K. W.; SADAVA, D.; ORIANS, G. H.; HELLER, H. C. Vida: a ciência da biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2005. p. 508. Sobre os diversos grupos vegetais pertencentes às Traqueófitas (plantas vasculares),identifique a(s) afirmativa(s) verdadeira(s). I – Licopódios e Cavalinhas apresentam alternância de geração e são plantas homósporas. II – Cícadas e Gnetófitos fazem parte do grupo de plantas com flores, sem frutos e com sementes, conhecidas como Gimnospermas. III – Angiospermas são plantas que, além de apresentarem dupla fecundação, possuem endosperma triploide. IV – Angiospermas possuem dois grandes grupos monofiléticos: as dicotiledôneas e as monocotiledôneas. 94 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 Unidade III V – Gimnospermas e Angiospermas apresentam as traqueídes como as principais células condutoras do xilema. Assinale a alternativa correta: A) As assertivas II e III estão corretas. B) As assertivas I, IV e V estão corretas. C) As assertivas II e V estão corretas. D) Apenas I e II estão corretas. E) Todas as assertivas estão corretas. Resposta correta: alternativa B. Análise das assertivas. I – Assertiva correta. Justificativa: a maioria das traqueófitas que não produzem sementes são homospóricas. Por isso, podemos sugerir que quando as primeiras plantas vasculares surgiram elas produziam apenas um único tipo de esporo por isso tais plantas eram consideradas como homosporadas, condição que se manteve na maioria das pteridófitas. A condição homosporada faz com que a maior parte dos gametófitos seja bissexuado, de forma que a fecundação cruzada pode ser viabilizada pela maturação de arquegônio e anterídio em diferentes épocas. II – Assertiva incorreta. Justificativa: as Cicadófitas (divisão Cycadophyta) são plantas tradicionalmente classificadas como gimnospérmicas, por produzirem sementes “nuas”, ou seja, não encerradas num ovário. São plantas com folhas coriáceas que se assemelham às das palmeiras ‑ as de maiores dimensões – ou aos fetos. Têm um caule lenhoso, denominado paquicaule, que pode ser aéreo ou subterrâneo, com um crescimento muito lento. III – Assertiva incorreta. Justificativa: normalmente as angiospermas fazem fecundação cruzada, porém, algumas se reproduzem por autopolinização. IV – Assertiva correta. Justificativa: os dois grupos de angiospermas são as monocotiledôneas, com raiz fasciculada e as nervuras das folhas são paralelas. A semente possui apenas um cotilédone. Normalmente o ciclo de vida 95 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 BOTÂNICA – CRIPTÓGAMAS é curto. Já as dicotiledôneas podem ter raiz axial ou pivotante. A nervura das folhas é reticulada. As flores são tetrâmeras ou pentâmeras. V‑ Assertiva correta. Justificativa: traqueídes são células alongadas, imperfuradas, com extremidades afiladas e contorno poligonal – fibriformes. São os únicos elementos de condução das Gimnospermas, mas também estão presentes nas Angiospermas. Questão 2. (ENADE 2005) Os registros fósseis mostram que as folhas são uma aquisição antiga no processo de evolução, mas somente depois de um longo período tornaram‑se órgãos grandes e muito difundidos entre as plantas. Há 340 milhões de anos as folhas mostraram aumento de 25 vezes em área e, em algumas espécies, o número de estômatos aumentou 8 vezes. O evento que pode ter agido como pressão seletiva neste processo foi: A) O aparecimento de insetos e pássaros. B) O aparecimento evolutivo do fotossistema II. C) A redução da concentração de CO2 atmosférico. D) A ocorrência de glaciações periódicas no Pleistoceno. E) O aumento da incidência de radiação solar. Resolução desta questão na plataforma. 96 Re vi sã o: G us ta vo - D ia gr am aç ão : M ar ci o - 27 /0 3/ 20 15 FIGURAS E ILUSTRAÇÕES Figura 1 BEADS‑209341_640.JPG. Disponível em: <http://pixabay.com/static/uploads/photo/2013/11/12/12/15/ beads‑209341_640.jpg>. Acesso em: 9 mar. 2015. Figura 2 25.PNG. 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