Le
piante
(dette anche
vegetali
) sono organismi
uni
o
pluricellulari
,
eucarioti
foto-aerobici
, con
cloroplasti
di origine
endosimbiotica primaria
. Vi sono 386 654
specie
di piante catalogate.
[1]
Sono piante gli
alberi
, gli
arbusti
o cespugli, le
erbe
, i
rampicanti
, le
succulente
, le
felci
, i
muschi
,
alghe verdi
e molti altri ancora.
La maggior parte delle piante sono incluse nel gruppo delle
Angiosperme
, con circa 250 000 specie, che si distinguono dagli altri
gruppi
per la produzione di
fiori
, seguita, dopo l'
impollinazione
, dalla formazione di
semi
racchiusi e protetti all'interno di un
frutto
.
Le branche della
biologia
piu importanti che si occupano dello studio delle piante sono la
botanica
per la sistematica e l'anatomia, la
fisiologia vegetale
per il loro funzionamento e l'
ecologia vegetale
, che studia la distribuzione delle piante e l'effetto dei fattori ambientali che influenzano tale distribuzione, nonche le interazioni tra le piante e gli altri organismi.
Per la
biologia
le piante hanno alcune caratteristiche fondamentali:
I limiti precisi del regno delle Piante, per quanto riguarda gli organismi inferiori e in particolare unicellulari, sono stati oggetto di valutazioni in parte discordanti. Inizialmente, il regno delle Piante (piu esattamente il regno Vegetale, vedi sotto) comprendeva anche organismi eterotrofi (come gli animali) come i
Funghi
, e tutti i batteri e archeobatteri. Successivamente, le Piante vennero ristrette ai soli organismi autotrofi pluricellulari, rimandando tutti gli organismi unicellulari anche autotrofi al regno dei
Protisti
.
Oggi prevale la tendenza a riportare nel regno delle Piante gli organismi unicellulari autotrofi, purche eucarioti.
[2]
Cio si applica in particolare alle
alghe
verdi
, tradizionalmente incluse nei Protisti; esse farebbero parte del regno delle Piante, perche hanno cellule con le pareti di cellulosa, contengono lo stesso tipo di clorofilla delle piante terrestri e producono amido con la fotosintesi.
Vi sono anche altre posizioni, come quella degli studiosi che considerano ancora oggi le Piante un gruppo tassonomico ben circoscritto, dal quale ribadiscono l'esclusione delle alghe.
[3]
Ancora piu controversa e la collocazione delle
alghe rosse o Rodofite
, che hanno una parentela meno stretta delle alghe verdi con le piante superiori. Rimangono unanimemente esclusi i
procarioti
capaci di fotosintesi, in particolare il gruppo delle alghe azzurre (piu correttamente chiamate
Cianobatteri
).
Per la loro semplicita strutturale e la stretta vicinanza
filogenetica
, le alghe verdi vengono considerate antenate delle piante terrestri. Secondo questa ipotesi, circa 400 milioni di anni fa alcune alghe verdi d'acqua dolce (le
Caroficee
o le
Carofite
secondo i diversi inquadramenti tassonomici), facevano capolino sulle rive dei
laghi
esposte per breve tempo all'
aria
. Queste sottili fasce verdi intorno alle zone d'acqua erano l'unica
vegetazione
sulla terraferma, allora completamente deserta.
A partire dal
XVII secolo
, le piante venivano incluse nel piu vasto ? ed allora poco conosciuto ?
Regno Vegetale
, che comprendeva anche tutti i tipi di
alghe
, i
funghi
, i
batteri
e i
licheni
. Dal
XX secolo
, con l'avanzare delle conoscenze scientifiche, i funghi, biochimicamente e filogeneticamente molto piu affini agli
animali
, vennero ascritti a un separato
regno tassonomico
, i batteri si ripartirono nei due regni (o, piu correttamente, divisioni)
eubatteri
e
archeobatteri
, i licheni vennero riconosciuti come organismi modulari formati dalla
simbiosi
di un'alga e di un fungo, mentre le alghe della prima classificazione vennero disperse: la maggior parte di quelle microscopiche comprese nelle piante, mentre molte altre, a seconda dei gruppi, divise in ambiti tassonomici differenziati e tuttora in parte controversi.
Nel corso della complessa
storia della tassonomia
delle piante, i continui cambiamenti apportati dai botanici
sistematici
hanno cosi generato diversi raggruppamenti, spesso basati su distinzioni morfologiche e riproduttive. Anche se molti di essi sono ufficialmente in disuso, questi gruppi rimangono tuttora utilizzati in botanica perche offrono una rapida comprensione delle differenze mostrate dagli organismi vegetali, a seguito di una diversa complessita tracciata dal
cammino evolutivo
.
Con l'avvento della filogenesi molecolare, molti gruppi inizialmente considerati monofiletici come le Bryophyta, le Gimnosperme o le Charophyta, sono stati suddivisi in linee separate risultando cosi parafiletici. La piu recente e comprensiva analisi molecolare basata sull'uso di molti marcatori ottenuti dal trascrittoma, tecnica conosciuta come filogenomica o filotrascrittomica
[4]
ha individuato un forte supporto per la monofilia delle Bryophyta (muschi ed epatiche) e delle Gimnospermee, ma ha anche confermato la parafilia delle Charophyta, rappresentate nel cladogramma sottostante da solo due linee. Una di queste, le Zygnemataceae, sono risultate essere il sister group delle Embryophyta, le piante terrestri.
Altri gruppi di piante sono:
Nepenthes villosa
, una specie di
pianta carnivora
La
fotosintesi
condotta dalle piante e dalle alghe e la principale fonte di
energia
e di
materia organica
(la
fitomassa
) in quasi tutti gli
ecosistemi
. Questo processo porto ad un radicale cambiamento della composizione dell'
atmosfera
originaria, causato da un incremento della quantita di
ossigeno
, che ora ne occupa il 21% del volume. Cio permise lo sviluppo degli organismi
aerobi
ed in seguito l'approdo della
vita
nell'ambiente sub-aereo. Grazie all'
autotrofia
, le piante sono i produttori primari negli ecosistemi terrestri, formando la base della
catena alimentare
, da cui dipende l'esistenza degli
animali
e degli altri organismi
eterotrofi
.
[5]
Le specie vegetali svolgono un'importante funzione all'interno del
ciclo dell'acqua
(
evapotraspirazione
) e di altri
cicli biogeochimici
. Alcune piante si sono
coevolute
con batteri
azotofissatori
, essenziali per il
ciclo dell'azoto
. Inoltre, lo sviluppo
radicale
ha un ben determinato ruolo nell'evoluzione del
suolo
(
pedogenesi
) e, assieme alle chiome che formano il manto vegetale, nel prevenire la sua
erosione
.
Le piante sono anche gli organismi dominanti i vari
biomi
terrestri, i cui nomi derivano proprio dal tipo di
vegetazione
caratteristica. Numerosi animali si sono coevoluti con le piante, assumendo entrambi forme e comportamenti specializzati a favorire un'
associazione mutualistica
che, a volte, diviene cosi stretta da legare le due specie letteralmente per la "vita", perche la scomparsa di una particolare pianta provoca l'immediata
estinzione
della specie animale simbiotica e viceversa. Mentre le piante offrono tane, siti per la riproduzione e cibo in quantita, alcuni animali, detti
pronubi
, favoriscono l'
impollinazione
dei fiori; altri la
dispersione
dei semi. Le
mirmecofite
sono piante coevolutesi con le
formiche
, che le difendono dagli
erbivori
o da piante
competitrici
e le
fertilizzano
con i loro rifiuti organici, in cambio di una casa e, non sempre, di cibo.
Oltre che con i batteri e gli animali, le piante instaurano frequentemente simbiosi con delle specie fungine tramite le radici, formando un'associazione definita
micorriza
: i funghi aiutano la pianta per l'assorbimento dell'acqua e dei nutrienti presenti nel suolo; la pianta offre in cambio i
carboidrati
prodotti con la fotosintesi. Altre specie ospitano al loro interno dei funghi endofitici che proteggono la pianta dagli erbivori mediante la produzione di
tossine
. Nelle
Orchidacee
, i semi sono privi o carenti di
endosperma
e la
germinazione
non puo avvenire senza l'ausilio di un fungo specifico.
Come tutti gli esseri viventi le piante possono essere sensibili a molecole perche le loro cellule sono dotate di recettori di tali sostanze; usano questi recettori, per esempio, per ricevere informazioni dall'ambiente. Se le cellule delle radici captano la presenza di nutrienti come
azoto
e
fosforo
, la crescita delle radici si rivolge verso la direzione degli elementi. Le piante sono anche in grado di reagire in tempo reale a uno stimolo meccanico. Le
piante carnivore
hanno questa caratteristica.
Ad esempio la
dionea
ha sulle foglie-trappola dei peli sensibili che rilevano la presenza degli insetti e che consentono alle trappole di chiudersi immediatamente, impiegando meno di un secondo, e la
Mimosa pudica
ritrae le foglie se toccata. Le piante individuano la luce grazie a molecole presenti sulle foglie (come i
fitocromi
) che agiscono da recettori. Diverse specie di piante sono in grado di percepire l'umidita del terreno, la
gravita
, la CO
2
(
anidride carbonica
) o altri composti chimici. Come difesa passiva usano centinaia di molecole, quali l'
acido salicilico
, la
morfina
, la
nicotina
e la
caffeina
. Queste molecole rendono la pianta poco appetibile o velenosa.
L'emissione di alcune molecole si verificano in caso di predazione; ad esempio l'
artemisia
, se ferita, emette dei composti chimici che fanno reagire le piante vicine. Il
tabacco
,
cotone
o
fagiolo
del
Peru
, quando sono attaccati da insetti, producono molecole che attirano altri insetti predatori che le liberano dai loro aggressori. Le piante usano i filamenti (
miceli
) dei
funghi
che vivono in
simbiosi
con le radici, scambiandosi segnali chimici, formando una rete molto piu vasta di quella delle sole radici.
[6]
Gia
Charles Darwin
aveva supposto, nel suo
The power of movement in plants
(1880), che le radici potevano essere considerate sede di fenomeni di elaborazione dell'informazione delle piante. Ogni segmento delle radichette ha una funzione particolare quando si addentra nel terreno. E in grado di percepire le condizioni ambientali e produce e propaga segnali elettrici.
[7]
La mimosa e anche in grado di memorizzare localmente eventi passati. Dopo alcuni di questi colpi innocui smette di chiudere le foglie, mostrando il fenomeno dell'abituazione.
[7]
Da evidenze emerse sullo studio di piante di pomodoro, tabacco ed altre, e emerso che ogni pianta emette suoni acuti quando viene sottoposta a stress, nell'ordine di -65dbspl tra i
20 kHz
ed i
100 kHz
e che quindi il suono emesso e piuttosto forte e puo essere udito da diversi metri di distanza in parte da umani, altri animali, insetti ed altre piante.
[8]
Questi suoni sono stati registrati da un team diretto da Itzhak Khait al Tel Aviv University in Israele, e sottoposti ad un programma di intelligenza artificiale che e riuscito a predire dal solo ascolto del suono emesso anche in mezzo a rumori ambientali, lo stato della pianta come secca, recisa o intatta. Quando la pianta e intatta ed in salute emette pochissimi suoni praticamente trascurabili e spesso neanche rilevabili, praticamente resta in silenzio, mentre quando e sottoposta a stress l'ultrasuono e netto, rilevabile ed acuto. L'emissione dei suoni viene prodotta per
cavitazione
, la produzione di piccole bolle all'interno delle piante stressate. Alcune piante sono piu "loquaci" di altre, ad esempio il "lamento" del pomodoro e il triplo piu frequente del tabacco, ed anche le "motivazioni" sono differenti, ad esempio alcune piante fanno piu rumore se hanno poca acqua piuttosto che vengano danneggiate.
Animali come gli umani possono sentire, solo se in perfetta salute, una parte dei suoni emessi dalle piante, mentre altri mammiferi come i
pipistrelli
, ad esempio, sono in grado di udire chiaramente tutto lo spettro dei suoni emessi, e quindi si ipotizza che per loro una foresta sia troppo rumorosa per dormirci, o che insetti come le
falene
che allo stesso modo sentono perfettamente tutta la gamma di emissioni sonore delle piante, preferiscano deporre le uova su alberi in salute e quindi piu silenziosi. Forse alcune leggende su questo tema, come l'urlo straziante che emette la
Mandragora
quando viene estratta, ha una base di verita poiche forse qualcuno puo effettivamente sentire il forte suono molto acuto e fastidioso, e probabilmente molti animali domestici lo sentono bene e chiaramente.
Come applicazione, questa scoperta apre le porte alla progettazione di sistemi ed algoritmi di intelligenza artificiale nelle coltivazioni, che provvedano ad irrigare le piante quando esse lo chiedano.
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