A differenza degli animali, le piante sono immobili e non possono cercare partner sessuali per la riproduzione. Nell’evoluzione delle prime piante, i mezzi abiotici, tra cui l’acqua e il vento, trasportavano lo sperma per la riproduzione. Le prime piante erano acquatiche, come descritto nella pagina “Storia evolutiva delle piante”, e rilasciavano lo sperma liberamente nell’acqua per essere trasportato dalle correnti. Le piante terrestri primitive come le epatiche e i muschi avevano spermatozoi mobili che nuotavano in una sottile pellicola d’acqua o venivano spruzzati in gocce d’acqua dagli organi riproduttivi maschili su quelli femminili. Con l’evoluzione di piante più alte e complesse, si sono evolute modifiche nell’alternanza delle generazioni; nel Paleozoico le progimnosperme si riproducevano usando spore disperse dal vento. Le piante da seme, tra cui felci, conifere e corditi, che erano tutte gimnosperme, si sono evolute 350 milioni di anni fa; avevano grani di polline che contenevano i gameti maschili per la protezione dello sperma durante il processo di trasferimento dalle parti maschili a quelle femminili.
Si ritiene che gli insetti si siano nutriti del polline, e le piante si sono quindi evolute per utilizzare gli insetti per trasportare attivamente il polline da una pianta all’altra. Le piante che producono semi, che comprendono le angiosperme e le gimnosperme, hanno un’alternanza eteromorfa di generazioni con grandi sporofiti che contengono gametofiti molto ridotti. Le angiosperme hanno organi riproduttivi distinti chiamati fiori, con carpelli, e il gametofito femminile è notevolmente ridotto a un sacco embrionale femminile, con un minimo di otto cellule. Il gametofito maschile è costituito dai grani di polline. Gli spermatozoi delle piante da seme sono non-motili, ad eccezione di due vecchi gruppi di piante, le Cycadophyta e le Ginkgophyta, che hanno il flagello
Piante da fioreModifica
Le piante da fiore sono la forma di pianta dominante sulla terra e si riproducono per via sessuale e asessuale. Spesso la loro caratteristica più distintiva sono i loro organi riproduttivi, comunemente chiamati fiori. La riproduzione sessuale nelle piante da fiore comporta la produzione di gameti maschili e femminili, il trasferimento dei gameti maschili agli ovuli femminili in un processo chiamato impollinazione. Dopo l’impollinazione, avviene la fecondazione e gli ovuli si sviluppano in semi all’interno di un frutto. Dopo che i semi sono pronti per la dispersione, il frutto matura e con vari mezzi, i semi vengono liberati dal frutto e dopo un tempo variabile e in condizioni specifiche i semi germinano e crescono nella generazione successiva.
L’antera produce gametofiti maschili che sono grani di polline, che si attaccano allo stigma in cima a un carpello, in cui si trovano i gametofiti femminili (all’interno degli ovuli). Dopo che il tubo di polline cresce attraverso lo stilo del carpello, lo sperma dal granello di polline migra nell’ovulo per fecondare la cellula uovo e la cellula centrale all’interno del gametofito femminile in un processo chiamato doppia fecondazione. Lo zigote risultante si sviluppa in un embrione, mentre l’endosperma triploide (una cellula spermatica più una cellula femminile binucleata) e i tessuti femminili dell’ovulo danno origine ai tessuti circostanti nel seme in sviluppo. L’ovario, che ha prodotto il/i gametofito/i femminile/i, cresce poi in un frutto, che circonda il/i seme/i. Le piante possono autoimpollinarsi o impollinarsi in modo incrociato.
ImpollinazioneModifica
Nelle piante che usano insetti o altri animali per spostare il polline da un fiore al successivo, le piante hanno sviluppato parti del fiore molto modificate per attirare gli impollinatori e per facilitare il movimento del polline da un fiore all’insetto e dall’insetto al fiore successivo. I fiori delle piante impollinate dal vento tendono a non avere petali e sepali; tipicamente vengono prodotte grandi quantità di polline e l’impollinazione spesso avviene all’inizio della stagione di crescita prima che le foglie possano interferire con la dispersione del polline. Molti alberi e tutte le erbe e le carici sono impollinati dal vento, come tali non hanno bisogno di alcun fiore.
Le piante hanno una serie di mezzi diversi per attirare gli impollinatori tra cui il colore, il profumo, il calore, le ghiandole nettarifere, il polline commestibile e la forma del fiore. Insieme alle modifiche che coinvolgono le strutture di cui sopra, altre due condizioni giocano un ruolo molto importante nella riproduzione sessuale delle piante da fiore, la prima è il momento della fioritura e l’altra è la dimensione o il numero di fiori prodotti. Spesso le specie di piante hanno pochi fiori grandi e molto vistosi mentre altre producono molti fiori piccoli, spesso i fiori sono raccolti insieme in grandi infiorescenze per massimizzare il loro effetto visivo, diventando più evidenti agli impollinatori di passaggio. I fiori sono strategie di attrazione e le espressioni sessuali sono strategie funzionali utilizzate per produrre la prossima generazione di piante, con gli impollinatori e le piante che si sono co-evoluti, spesso a livelli straordinari, molto spesso a beneficio reciproco.
La più grande famiglia di piante da fiore è quella delle orchidee (Orchidaceae), stimata da alcuni specialisti fino a 35.000 specie, che spesso hanno fiori altamente specializzati che attirano particolari insetti per l’impollinazione. Gli stami sono modificati per produrre polline in grappoli chiamati pollini, che si attaccano agli insetti che strisciano nel fiore. Le forme del fiore possono costringere gli insetti a passare vicino al polline, che è “incollato” all’insetto. Alcune orchidee sono ancora più specializzate, con forme di fiori che imitano la forma degli insetti per attirarli a tentare di “accoppiarsi” con i fiori, alcuni hanno anche profumi che imitano i feromoni degli insetti.
Un altro grande gruppo di piante da fiore è la famiglia delle Asteraceae o girasole con quasi 22.000 specie, che hanno anche infiorescenze altamente modificate che sono fiori raccolti insieme in teste composte da un composto di fiori individuali chiamati fiori. Le teste con fiori di un solo sesso, quando i fiori sono pistillati o funzionalmente staminati o costituiti da tutti i fiori bisessuali, sono chiamate omogame e possono includere teste di tipo discoide e liguliflore. Anche alcune teste radiate possono essere omogame. Le piante con teste che hanno fiori di due o più forme sessuali sono chiamate eterogame e includono teste radiate e disciformi, anche se alcune teste radiate possono essere anch’esse eterogame.
FelciModifica
Le felci producono tipicamente grandi diploidi con fusto, radici e foglie; e sulle foglie fertili chiamate sporangium, vengono prodotte le spore. Le spore vengono rilasciate e germinano per produrre gametofiti corti e sottili che sono tipicamente a forma di cuore, piccoli e di colore verde. I gametofiti o tallo, producono sia spermatozoi mobili negli anteridi che cellule uovo in archegoni separati. Dopo le piogge o quando la rugiada deposita una pellicola d’acqua, gli spermatozoi mobili vengono spinti via dagli anteridi, che sono normalmente prodotti sul lato superiore del tallo, e nuotano nella pellicola d’acqua verso gli anteridi dove fecondano l’uovo. Per promuovere l’incrocio o la fecondazione incrociata, lo sperma viene rilasciato prima che le uova siano ricettive allo sperma, rendendo più probabile che lo sperma fecondi le uova del tallo diverso. Dopo la fecondazione si forma uno zigote che cresce in una nuova pianta sporofitica. La condizione di avere piante sporofite e gametofite separate è chiamata alternanza delle generazioni. Altre piante con mezzi riproduttivi simili includono il Psilotum, Lycopodium, Selaginella ed Equisetum.
BriofiteModifica
Le briofite, che comprendono epatiche, ornitidi e muschi, si riproducono sia sessualmente che vegetativamente. Il gametofito è la fase più comunemente conosciuta della pianta. Sono tutte piccole piante che crescono in luoghi umidi e, come le felci, hanno spermatozoi mobili con flagelli e hanno bisogno di acqua per facilitare la riproduzione sessuale. Queste piante iniziano come una spora aploide che cresce nella forma dominante, che è un corpo aploide multicellulare con strutture simili a foglie che fotosintetizzano. I gameti aploidi sono prodotti negli anteridi e negli archegoni per mitosi. Gli spermatozoi rilasciati dagli anteridi rispondono alle sostanze chimiche rilasciate dagli archegoni maturi e nuotano verso di loro in una pellicola d’acqua e fecondano le cellule uovo, producendo così zigoti che sono diploidi. Lo zigote si divide per divisione mitotica e cresce in uno sporofito che è diploide. Lo sporofito diploide multicellulare produce strutture chiamate capsule di spore. Le capsule spore producono spore per meiosi, e quando sono mature, le capsule si aprono e le spore vengono rilasciate. Le briofite mostrano una considerevole variazione nelle loro strutture riproduttive e quanto sopra è uno schema di base. In alcune specie ogni gametofito è di un solo sesso mentre altre specie producono sia anteridi che archegoni sullo stesso gametofito che è quindi ermafrodita.