Botânica




Botânica , também chamada de ciências  vegetaais , biologia vegetal ou fitologia , é a ciência da vida vegetal e um ramo da biologia . Um botânico , cientista de plantas ou fitologista é um cientista especializado neste campo. O termo "botânica" vem da palavra grega antiga βοτάνη ( botanē ) que significa " pastagem ", " grama " ou " forragem "; βοτάνη é por sua vez derivado deβόσκειν ( boskein ), "para alimentar" ou " pastar ".  Tradicionalmente, a botânica também incluiu o estudo de fungos e algas por micologistas e filologistas respectivamente, com o estudo desses três grupos de organismos permanecendo dentro da esfera de interesse do Congresso Botânico Internacional . Hoje em dia, botânicos (no sentido estrito) estudam aproximadamente 410.000 espécies de plantas terrestres, das quais cerca de 391.000 espécies são plantas vasculares (incluindo aproximadamente 369.000 espécies de plantas com flores),  e aproximadamente 20.000 são briófitas .

A botânica se originou na pré-história como herbalismo, com os esforços dos primeiros humanos para identificar - e depois cultivar - plantas comestíveis, medicinais e venenosas, tornando-a um dos ramos mais antigos da ciência. Jardins físicos medievais , muitas vezes ligados a mosteiros , continham plantas de importância médica. Eles foram precursores dos primeiros jardins botânicos ligados às universidades , fundados a partir da década de 1540. Um dos primeiros foi o jardim botânico de Pádua . Esses jardins facilitaram o estudo acadêmico das plantas. Esforços para catalogar e descrever suas coleções foram o início da taxonomia vegetal e levaram, em 1753, ao sistema binomialde Carl Linnaeus que permanece em uso até hoje.

Nos séculos 19 e 20, novas técnicas foram desenvolvidas para o estudo de plantas, incluindo métodos de microscopia óptica e imagem de células vivas , microscopia eletrônica , análise do número de cromossomos , química de plantas e estrutura e função de enzimas e outras proteínas . Nas últimas duas décadas do século XX, botânicos exploraram as técnicas de análise genética molecular , incluindo genômica e proteômica e seqüências de DNA para classificar as plantas com mais precisão.

A botânica moderna é um assunto amplo e multidisciplinar com contribuições da maioria das outras áreas da ciência e tecnologia. Os tópicos de pesquisa incluem o estudo da estrutura da planta , crescimento e diferenciação, reprodução , bioquímica e metabolismo primário , produtos químicos , desenvolvimento , doenças , relações evolutivas , sistemática e taxonomia vegetal . Os temas dominantes na ciência vegetal do século XXI são a genética molecular e a epigenética, que são os mecanismos e controle da expressão gênica durante a diferenciação de células e tecidos vegetais . A pesquisa botânica tem diversas aplicações no fornecimento de alimentos básicos , como madeira , óleo , borracha, fibras e drogas, na horticultura moderna , agricultura e silvicultura , propagação de plantas , reprodução e modificação genética , na síntese de produtos químicos e matérias-primas para construção e produção de energia, na gestão ambiental e na manutenção da biodiversidade.

História

Botânica antiga

A botânica originou-se como fitoterápico , o estudo e uso de plantas por suas propriedades medicinais. Muitos registros do período holocênico datam do conhecimento botânico inicial desde 10 mil anos atrás.  Este conhecimento não reconhecido de plantas foi descoberto em antigos locais de ocupação humana no Tennessee , que compõem grande parte da terra Cherokee hoje. A história da botânica registrada no início inclui muitos escritos antigos e classificações de plantas. Exemplos de trabalhos botânicos antigos foram encontrados em textos antigos da Índia que remontam a antes de 1100 aC,  em Avestan arcaicoescritos, e em obras da China antes de ser unificada em 221 aC.

A botânica moderna remonta à Grécia Antiga especificamente a Teofrasto (c. 371-287 aC), um estudante de Aristóteles que inventou e descreveu muitos de seus princípios e é amplamente considerado na comunidade científica como o "Pai da Botânica". Suas principais obras, Inquiry into Plants e On the Causes of Plants , constituem as contribuições mais importantes para a ciência botânica até a Idade Média , quase dezessete séculos depois.

Outro trabalho da Grécia Antiga que causou um impacto inicial na botânica é o De Materia Medica , uma enciclopédia de cinco volumes sobre fitoterapia escrita em meados do primeiro século pelo médico e farmacologista grego Pedanius Dioscorides . A De Materia Medica foi amplamente lida por mais de 1.500 anos.  contribuições importantes do mundo muçulmano medieval incluem Ibn Wahshiyya 's Nabatean Agricultura , Abū Ḥanīfa Dīnawarī ' s (828-896) o Livro de plantas , e Ibn Bassal 's A Classificação de Solos. No início do século XIII, Abu al-Abbas al-Nabati e Ibn al-Baitar (d. 1248) escreveram sobre botânica de maneira sistemática e científica

Em meados do século XVI, os " jardins botânicos " foram fundados em várias universidades italianas - o jardim botânico de Pádua, em 1545, é geralmente considerado o primeiro que ainda está em sua localização original. Estas hortas continuaram o valor prático dos "jardins físicos" anteriores, freqüentemente associados a mosteiros, nos quais as plantas eram cultivadas para uso medicinal. Eles apoiaram o crescimento da botânica como disciplina acadêmica. Palestras foram dadas sobre as plantas cultivadas nos jardins e seus usos médicos demonstrados. O jardim botânico veio muito depois para o norte da Europa; o primeiro na Inglaterra foi o Jardim Botânico da Universidade de Oxford em 1621. Durante todo esse período, a botânica permaneceu firmemente subordinada à medicina.

O médico alemão Leonhart Fuchs (1501-1566) foi um dos "três pais alemães da botânica", junto com o teólogo Otto Brunfels (1489-1534) e o médico Hieronymus Bock (1498-1554) (também chamado Hieronymus Tragus).  Fuchs e Brunfels romperam a tradição de copiar trabalhos anteriores para fazer suas próprias observações originais. Bock criou seu próprio sistema de classificação de plantas.

O médico Valerius Cordus (1515-1544) foi o autor de uma botanica e farmacologicamente importante Historia Plantarum em 1544 e uma farmacopéia de importância duradoura, o Dispensatorium em 1546.  Naturalista Conrad von Gesner (1516-1565) e fitoterapeuta John Gerard (1545– c. 1611) herbais publicados cobrindo os usos medicinais das plantas. O naturalista Ulisse Aldrovandi (1522–1605) foi considerado o pai da história natural , que incluiu o estudo das plantas. Em 1665, usando um microscópio inicial, Polymath Robert Hooke descobriu células, um termo que ele cunhou, em cortiça , e pouco tempo depois em tecido vegetal vivo.

Botânica moderna primitiva

Durante o século XVIII, sistemas de identificação de plantas foram desenvolvidos comparáveis ​​a chaves dicotômicas , onde plantas não identificadas são colocadas em grupos taxonômicos (por exemplo, família, gênero e espécie) fazendo uma série de escolhas entre pares de caracteres . A escolha e a sequência dos caracteres podem ser artificiais em chaves projetadas puramente para identificação ( chaves de diagnóstico ) ou mais intimamente relacionadas à ordem natural ou filílica dos taxa em chaves sinópticas.  No século 18, novas fábricas para estudo estavam chegando na Europa em números crescentes de países recém-descobertos e das colônias européias em todo o mundo. Em 1753,Carl von Linné (Carl Linnaeus) publicou o seu Species Plantarum , uma classificação hierárquica de espécies de plantas que continua a ser o ponto de referência para a nomenclatura botânica moderna . Isso estabeleceu um esquema padronizado de nomenclatura binomial ou bipartida onde o primeiro nome representava o gênero e o segundo identificava as espécies dentro do gênero.  Para fins de identificação, o Systema Sexuale de Linnaeus classificou as plantas em 24 grupos de acordo com o número de seus órgãos sexuais masculinos. O grupo 24, Cryptogamia , incluiu todas as plantas com partes reprodutivas ocultas, musgos, hepáticas, samambaias, algas e fungos.

O crescente conhecimento da anatomia vegetal , da morfologia e dos ciclos de vida levou à percepção de que havia mais afinidades naturais entre as plantas do que o sistema sexual artificial de Lineu. Adanson (1763), de Jussieu (1789) e Candolle (1819) propuseram vários sistemas naturais alternativos de classificação que agruparam plantas usando uma ampla gama de caracteres compartilhados e foram amplamente seguidos. O sistema de Candollean refletiu suas idéias da progressão da complexidade morfológica e a classificação posterior por Bentham e Hooker, que foi influente até meados do século XIX, foi influenciado pela abordagem de Candolle. A publicação de Darwin da Origem das Espécies em 1859 e seu conceito de descendência comum requeriam modificações no sistema candeleano para refletir as relações evolutivas como distintas da mera semelhança morfológica.

Botany foi fortemente estimulada pelo aparecimento do primeiro livro de "moderno", Matthias Schleiden 's Grundzüge der wissenschaftlichen Botanik , publicado em Inglês em 1849 como Princípios de Botânica Scientific .  Schleiden era um microscopista e um antigo anatomista de plantas que co-fundou a teoria das células com Theodor Schwann e Rudolf Virchow e foi um dos primeiros a compreender o significado do núcleo celular descrito por Robert Brown em 1831.  ] Em 1855, Adolf Fick formulado leis de Fickque permitiu o cálculo das taxas de difusão molecular em sistemas biológicos.

Botânica moderna tardia

Com base na teoria da hereditariedade do gene-cromossomo que se originou com Gregor Mendel (1822-1884), August Weismann (1834-1914) provou que a herança só ocorre através dos gametas . Nenhuma outra célula pode passar caracteres herdados.  O trabalho de Katherine Esau (1898–1997) sobre a anatomia vegetal ainda é uma das principais bases da botânica moderna. Seus livros Plant Anatomy and Anatomy of Seed Plants têm sido os principais textos de biologia estrutural de plantas há mais de meio século.

A disciplina de ecologia vegetal foi pioneira no final do século 19 por botânicos como Eugenius Warming , que produziu a hipótese de que as plantas formam comunidades , e seu mentor e sucessor Christen C. Raunkiær, cujo sistema para descrever formas de vida vegetal ainda está em uso hoje. O conceito de que a composição de comunidades vegetais como a floresta temperada de folhas largas muda por um processo de sucessão ecológica foi desenvolvido por Henry Chandler Cowles , Arthur Tansley e Frederic Clements . Clements é creditado com a ideia de vegetação clímaxcomo a vegetação mais complexa que um ambiente pode suportar e Tansley introduziu o conceito de ecossistemas à biologia.  Com base no extenso trabalho anterior de Alphonse de Candolle , Nikolai Vavilov (1887-1943) produziu relatos da biogeografia , centros de origem e história evolutiva de plantas econômicas.

Particularmente desde meados da década de 1960 houve avanços na compreensão da física dos processos fisiológicos das plantas , como a transpiração (o transporte de água nos tecidos vegetais), a dependência da temperatura das taxas de evaporação da água da superfície foliar e a difusão molecular da água. vapor e dióxido de carbono através de aberturas estomáticas . Esses desenvolvimentos, juntamente com novos métodos para medir o tamanho das aberturas estomáticas, e a taxa de fotossíntese permitiram uma descrição precisa das taxas de troca gasosa entre as plantas e a atmosfera.  Inovações emanálise estatística por Ronald Fisher ,  Frank Yates e outros na Estação Experimental de Rothamsted facilitaram o desenho experimental racional e a análise de dados na pesquisa botânica.  A descoberta e identificação dos hormônios de planta de auxina por Kenneth V. Thimann em 1948 permitiram a regulação do crescimento das plantas por substâncias químicas aplicadas externamente. Frederick Campion Steward foi pioneiro em técnicas de micropropagação e cultura de tecidos vegetais controladas por hormônios vegetais.  O ácido 2,4-diclorofenoxiacético de auxina sintéticaou 2,4-D foi um dos primeiros herbicidas sintéticos comerciais.

Os desenvolvimentos do século XX na bioquímica de plantas têm sido impulsionados por técnicas modernas de análise química orgânica , tais como espectroscopia , cromatografia e eletroforese . Com o surgimento das abordagens biológicas em escala molecular relacionadas de biologia molecular , genômica , proteômica e metabolômica , a relação entre o genoma da planta e a maioria dos aspectos da bioquímica, fisiologia, morfologia e comportamento das plantas pode ser submetida a uma análise experimental detalhada.  O conceito originalmente estabelecido por Gottlieb Haberlandt em 1902 que todas as células vegetais são totipotentes e podem ser cultivadas in vitro, em última análise, permitiram o uso de engenharia genética para derrubar um gene ou genes responsáveis ​​por uma característica específica, ou para adicionar genes como GFP que relatam quando um gene de interesse está sendo expressado. Essas tecnologias permitem o uso biotecnológico de plantas inteiras ou culturas de células de plantas cultivadas em biorreatores para sintetizar pesticidas , antibióticos ou outros produtos farmacêuticos , bem como a aplicação prática de culturas geneticamente modificadas projetadas para características como melhor rendimento.

A morfologia moderna reconhece um continuum entre as principais categorias morfológicas de raiz, caule (caulome), folha (filo) e tricoma . Além disso, enfatiza a dinâmica estrutural.  A sistemática moderna visa refletir e descobrir relações filogenéticas entre plantas.  A moderna filogenética ignora amplamente os caracteres morfológicos, confiando nas sequências de DNA como dados. A análise molecular de sequências de DNA da maioria das famílias de plantas com flores permitiu ao Angiosperm Phylogeny Group publicar em 1998 uma filogeniade plantas com flores, respondendo muitas das questões sobre as relações entre famílias e espécies de angiospermas .  A possibilidade teórica de um método prático para a identificação de espécies de plantas e variedades comerciais por meio de códigos de barras de DNA é objeto de pesquisas atuais ativas

Escopo e importância

O estudo das plantas é vital porque elas sustentam quase toda a vida animal na Terra, gerando uma grande proporção do oxigênio e dos alimentos que fornecem aos seres humanos e outros organismos respiração aeróbica com a energia química de que necessitam para existir. As plantas, algas e cianobactérias são os principais grupos de organismos que realizam a fotossíntese , um processo que utiliza a energia de luz solar para converter água e dióxido de carbono  em açúcares que podem ser utilizadas tanto como uma fonte de energia química e de moléculas orgânicas que são usados ​​nos componentes estruturais das células.  Como subproduto da fotossíntese, as plantas liberam oxigêniona atmosfera, um gás que é requerido por quase todos os seres vivos para realizar a respiração celular. Além disso, eles são influentes nos ciclos globais de carbono e água e as raízes das plantas se ligam e estabilizam os solos, evitando a erosão do solo . As plantas são cruciais para o futuro da sociedade humana, pois fornecem alimentos, oxigênio, remédios e produtos para as pessoas, além de criar e preservar o solo.

Historicamente, todos os seres vivos eram classificados como animais ou plantas  e a botânica cobria o estudo de todos os organismos não considerados animais. Os botânicos examinam as funções internas e os processos dentro das organelas das plantas , células, tecidos, plantas inteiras, populações de plantas e comunidades de plantas. Em cada um desses níveis, um botânico pode estar preocupado com a classificação ( taxonomia ), filogenia e evolução , estrutura ( anatomia e morfologia ) ou função ( fisiologia ) da vida vegetal.

A definição mais rigorosa de "planta" inclui apenas os "plantas terrestres" ou embriófitos , que incluem plantas de semente (gimnospermas, incluindo os pinheiros , e plantas floridas ) e os livre-sporing criptógamas incluindo samambaias , musgos , hepáticas , hornworts e musgos . Os embriófitos são eucariotos multicelulares descendentes de um ancestral que obteve sua energia da luz solar pela fotossíntese . Eles têm ciclos de vida com alternância haplóide e diploidefases. A fase haploide sexual dos embriófitos, conhecida como gametófito , nutre o esporófito embrionário diploide em desenvolvimento dentro de seus tecidos por pelo menos parte de sua vida,  mesmo nas plantas de sementes, onde o gametófito em si é nutrido por seu esporófito.  Outros grupos de organismos que foram previamente estudadas por botânicos incluem bactérias (agora estudados em bacteriologia ), fungos ( micologia ) - incluindo líquen -forming fungos ( lichenology ), não clorofíceae algas ( ficologia ), e vírus ( virologia). No entanto, a atenção ainda é dada a esses grupos por botânicos, e fungos (incluindo líquenes) e protistas fotossintetizantes são geralmente cobertos em cursos introdutórios de botânica.

Paleobotânicos estudam plantas antigas no registro fóssil para fornecer informações sobre a história evolutiva das plantas . Acredita-se que as cianobactérias , os primeiros organismos fotossintéticos liberadores de oxigênio na Terra, deram origem ao ancestral das plantas ao entrar em uma relação endosimbiótica com um eucarionte inicial, tornando-se os cloroplastos nas células das plantas. As novas plantas fotossintéticas (juntamente com seus parentes algais) aceleraram o aumento do oxigênio atmosférico iniciado pelas cianobactérias , alterando a antiga ausência de oxigênio, reduzindo, atmosfera para um em que o oxigênio livre tem sido abundante por mais de 2 bilhões de anos.

Entre as questões botânicas importantes do século XXI está o papel das plantas como produtoras primárias no ciclo global dos ingredientes básicos da vida: energia, carbono, oxigênio, nitrogênio e água, e maneiras pelas quais nossa administração de plantas pode ajudar a resolver as questões ambientais globais de gestão de recursos , conservação , segurança alimentar humana , organismos biologicamente invasivos , seqüestro de carbono , mudanças climáticas e sustentabilidade .

Nutrição Humana

Praticamente todos os alimentos básicos vêm diretamente da produção primária de plantas, ou indiretamente de animais que os comem.  Plantas e outros organismos fotossintéticos estão na base da maioria das cadeias alimentares porque usam a energia do sol e os nutrientes do solo e da atmosfera, convertendo-os em uma forma que pode ser usada pelos animais. Isso é o que os ecologistas chamam de primeiro nível trófico .  As formas modernas dos principais alimentos básicos , como o cânhamo , o teff , o milho, o arroz, o trigo e outras gramíneas de cereais, legumes , bananas e plátanos,  bem como o cânhamo, linho e algodão cultivados por suas fibras, são o resultado da seleção pré-histórica ao longo de milhares de anos entre plantas ancestrais selvagens com as características mais desejáveis.

Os botânicos estudam como as plantas produzem alimentos e como aumentar os rendimentos, por exemplo, através do melhoramento de plantas , tornando o seu trabalho importante para a capacidade da humanidade de alimentar o mundo e fornecer segurança alimentar para as gerações futuras.  Os botânicos também estudam ervas daninhas, que são um problema considerável na agricultura, e a biologia e controle de patógenos de plantas na agricultura e nos ecossistemas naturais . Etnobotânica é o estudo das relações entre plantas e pessoas. Quando aplicada à investigação de relações históricas entre plantas e pessoas, a etnobotânica pode ser chamada de arqueobotânica ou palaeoethnobotânica . Algumas das primeiras relações planta-pessoas surgiram entre os povos indígenas do Canadá na identificação de plantas comestíveis de plantas não comestíveis.  Esta relação que os povos indígenas tiveram com as plantas foi registrada pelos etnobotânicos.

Bioquímica Vegetal 

A bioquímica da planta é o estudo dos processos químicos utilizados pelas plantas. Alguns desses processos são usados ​​em seu metabolismo primário, como o ciclo de Calvin fotossintético e o metabolismo do ácido crassulácico . Outros fazem materiais especializados, como a celulose e a lignina usados ​​para construir seus corpos, e produtos secundários, como resinas e compostos aromáticos .

Plantas e vários outros grupos de eucariotas fotossintetizantes coletivamente conhecidos como " algas " têm organelas únicas conhecidas como cloroplastos . Acredita-se que os cloroplastos sejam descendentes de cianobactérias que formaram relações endosimbióticas com antigos ancestrais de plantas e algas. Cloroplastos e cianobactérias contêm o pigmento azul-esverdeado clorofila a .  A clorofila a (bem como a sua planta e a clorofila b ), prima específica de uma alga verde, [a] absorve a luz nas partes azul-violeta e laranja / vermelho do espectro.enquanto refletindo e transmitindo a luz verde que vemos como a cor característica desses organismos. A energia na luz vermelha e azul que esses pigmentos absorvem é usada pelos cloroplastos para produzir compostos de carbono ricos em energia a partir de dióxido de carbono e água pela fotossíntese , um processo que gera oxigênio molecular (O 2 ) como subproduto

A energia da luz captada pela clorofila a é inicialmente na forma de elétrons (e mais tarde um gradiente de prótons ) que é usado para fazer moléculas de ATP e NADPH que temporariamente armazenam e transportam energia. Sua energia é usada nas reações independentes de luz do ciclo de Calvin pela enzima rubisco para produzir moléculas do gliceraldeído 3-fosfato de açúcar 3-carbono (G3P). O gliceraldeído 3-fosfato é o primeiro produto da fotossíntese e a matéria-prima da qual a glicosee quase todas as outras moléculas orgânicas de origem biológica são sintetizadas. Alguma da glicose é convertida em amido que é armazenado no cloroplasto.  O amido é o estoque de energia característico da maioria das plantas terrestres e algas, enquanto a inulina , um polímero de frutose é usado para o mesmo fim na família de girassol Asteraceae . Parte da glicose é convertida em sacarose (açúcar de mesa comum) para exportação para o resto da planta.

Ao contrário dos animais (que não possuem cloroplastos), as plantas e seus parentes eucarióticos têm delegado muitos papéis bioquímicos a seus cloroplastos , incluindo sintetizar todos os seus ácidos graxos ,  e a maioria dos aminoácidos .  Os ácidos graxos que os cloroplastos produzem são utilizados para muitas coisas, como o fornecimento de material para a construção de membranas celulares e a produção da cutina polimérica, que é encontrada na cutícula da planta que protege as plantas terrestres do ressecamento.

As plantas sintetizam uma série de polímeros únicos , como as moléculas de polissacarídeos celulose , pectina e xiloglucano , a partir dos quais a parede celular da planta terrestre é construída.  As plantas vasculares terrestres produzem lignina , um polímero usado para fortalecer as paredes celulares secundárias dos traqueídeos e vasos do xilema, evitando que elas colapsem quando uma planta suga a água através delas sob estresse hídrico. A lignina também é usada em outros tipos de células, como fibras esclerênquima que fornecem suporte estrutural para uma planta e é um dos principais constituintes da madeira.A esporoprolenina é um polímero quimicamente resistente encontrado nas paredes celulares externas de esporos e pólen de plantas terrestres, responsável pela sobrevivência de esporos de plantas terrestres precoces e pelo pólen de plantas de sementes no registro fóssil. É amplamente considerado como um marcador para o início da evolução das plantas terrestres durante o período Ordoviciano .  A concentração de dióxido de carbono na atmosfera hoje é muito menor do que quando as plantas emergiram na terra durante os períodos Ordoviciano e Siluriano . Muitas monocotiledôneas, como o milho e o abacaxi, e alguns dicotiledôneas, como as Asteraceae , evoluíram independentemente. vias como crassuláceo metabolismo do ácido e a C 4 fixação de carbono via para a fotossíntese que evitam as perdas resultantes de foto-respiração no mais comum C 3 a fixação de carbono via. Essas estratégias bioquímicas são exclusivas das plantas terrestres.

Medicina e materiais

A fitoquímica é um ramo da bioquímica vegetal que se preocupa principalmente com as substâncias químicas produzidas pelas plantas durante o metabolismo secundário . Alguns desses compostos são toxinas, como o alcalóide coniine de hemlock . Outros, como os óleos essenciais, o óleo de hortelã-pimenta e o óleo de limão são úteis para o aroma, como aromas e especiarias (por exemplo, capsaicina ) e na medicina, como produtos farmacêuticos, como o ópio das papoulas . Muitas drogas medicinais e recreativas , como o tetrahidrocanabinol ( princípio ativo emcannabis ), cafeína , morfina e nicotina vêm diretamente das plantas. Outros são derivados simples de produtos naturais botânicos. Por exemplo, a aspirina é o acetil éster do ácido salicílico , originalmente isolado da casca dos salgueiros , e uma ampla gama de analgésicos opiáceos como a heroína são obtidos por modificação química da morfina obtida da papoula do ópio .  Estimulantes popularesvêm de plantas, como a cafeína do café, chá e chocolate, e nicotina do tabaco. A maioria das bebidas alcoólicas vem da fermentação de produtos vegetais ricos em carboidratos , como cevada (cerveja), arroz ( saquê ) e uvas (vinho). Os nativos americanos usaram várias plantas como formas de tratar doenças ou enfermidades por milhares de anos.Esse conhecimento que os americanos nativos têm sobre as plantas foi registrado por enthnobotanists e, em seguida, por sua vez, tem sido usado por empresas farmacêuticas como uma forma de descoberta de drogas .

As plantas podem sintetizar corantes coloridas úteis e pigmentos tais como as antocianinas responsáveis pela cor vermelha do vinho vermelho , amarelo solda e azul pastel usadas em conjunto para produzir Lincoln verde , indoxil , fonte do corante azul índigo tradicionalmente usado para tingir jeans e pigmentos do artista gamboge e rose madder . Açúcar, amido , algodão, linho , cânhamo , alguns tipos de corda , madeira e aglomerados , papiro e papel, óleos vegetais ,cera e borracha natural são exemplos de materiais comercialmente importantes feitos a partir de tecidos vegetais ou seus produtos secundários. O carvão vegetal , uma forma pura de carbono produzida pela pirólise da madeira, tem uma longa história como combustível de fundição de metal , como material filtrante e adsorvente e como material de artista e é um dos três ingredientes da pólvora . A celulose , o polímero orgânico mais abundante do mundo,  pode ser convertida em energia, combustíveis, materiais e matérias-primas químicas. Produtos feitos de celulose incluem rayon e celofane, pasta de papel de parede , biobutanol e algodão de arma . A cana-de-açúcar , a colza e a soja são algumas das plantas com um teor de açúcar ou óleo altamente fermentável que são usadas como fontes de biocombustíveis , alternativas importantes aos combustíveis fósseis , como o biodiesel . Sweetgrass foi usado pelos nativos americanos para repelir insetos como mosquitos .  Estas propriedades repelentes de bugigangas foram posteriormente encontradas pela American Chemical Society nas moléculas phytol e cumarina

Ecologia vegetal

A ecologia vegetal é a ciência das relações funcionais entre plantas e seus habitats  - os ambientes em que completam seus ciclos de vida . Ecologistas vegetais estudam a composição de floras locais e regionais , sua biodiversidade , diversidade genética e adequação , a adaptação de plantas ao meio ambiente e suas interações competitivas ou mutualísticas com outras espécies.  Alguns ecologistas até confiam em dados empíricos de povos indígenas que são reunidos por etnobotânicos. Esta informação pode transmitir uma grande quantidade de informações sobre como a terra já foi há milhares de anos e como ela mudou ao longo desse tempo.  Os objetivos da ecologia vegetal são entender as causas de seus padrões de distribuição, produtividade, impacto ambiental, evolução e respostas às mudanças ambientais.

As plantas dependem de certos fatores edáficos (solo) e climáticos em seu ambiente, mas podem modificar esses fatores também. Por exemplo, eles podem mudar o albedo de seu ambiente , aumentar a interceptação do escoamento , estabilizar os solos minerais e desenvolver seu conteúdo orgânico, além de afetar a temperatura local. As plantas competem com outros organismos em seus ecossistemas por recursos.  Eles interagem com seus vizinhos em uma variedade de escalas espaciais em grupos, populações e comunidades que coletivamente constituem vegetação. Regiões com tipos característicos de vegetação e plantas dominantes, assim como abióticos similarese fatores bióticos , clima e geografia compõem biomas como tundra ou floresta tropical

Herbívoros comem plantas, mas as plantas podem se defender e algumas espécies são parasitas ou mesmo carnívoras . Outros organismos formam relações mutuamente benéficas com as plantas. Por exemplo, fungos micorrízicos e rizóbios fornecem plantas com nutrientes em troca de comida, formigas são recrutadas por formigas para fornecer proteção, abelhas , morcegos e outros animais polinizam flores  e humanos e outros animais agem como vetores de dispersão para espalhar esporos e sementes .

Plantas, clima e mudança ambiental 

As respostas das plantas ao clima e outras mudanças ambientais podem informar nossa compreensão de como essas mudanças afetam a função e a produtividade do ecossistema. Por exemplo, a fenologia vegetal pode ser uma proxy útil para a temperatura na climatologia histórica e o impacto biológico da mudança climática e do aquecimento global . Palinologia , a análise de depósitos de pólen fósseis em sedimentos de milhares ou milhões de anos atrás permite a reconstrução de climas passados.  Estimativas das concentrações atmosféricas de CO 2 desde o paleozoico foram obtidas a partir dos estômatosdensidades e as formas das folhas e tamanhos de plantas terrestres antigas .  A depleção do ozônio pode expor as plantas a níveis mais altos de radiação ultravioleta-B (UV-B), resultando em taxas de crescimento mais baixas.  Além disso, informações de estudos de ecologia comunitária , sistemática de plantas e taxonomia são essenciais para entender a mudança de vegetação , destruição de habitat e extinção de espécies .

Genética 

Herança em plantas segue os mesmos princípios fundamentais da genética como em outros organismos multicelulares. Gregor Mendel descobriu as leis genéticas da herança estudando características herdadas, como a forma em Pisum sativum ( ervilhas ). O que Mendel aprendeu ao estudar plantas teve benefícios de longo alcance fora da botânica. Da mesma forma, " genes saltadores " foram descobertos por Barbara McClintock enquanto ela estudava milho.  No entanto, existem algumas diferenças genéticas distintas entre plantas e outros organismos.

Limites de espécies em plantas podem ser mais fracos que em animais, e híbridos de espécies cruzadas são freqüentemente possíveis. Um exemplo familiar é a hortelã - pimenta , Mentha × piperita , um híbrido estéril entre Mentha aquatica e hortelã, Mentha spicata .  As muitas variedades cultivadas de trigo são o resultado de múltiplos inter e intra específicos cruzamentos entre espécies selvagens e dos seus híbridos.  Angiospermas com flores monóicas frequentemente têm mecanismos de auto-incompatibilidade que operam entre o pólen eestigma para que o pólen não atinja o estigma ou falhe em germinar e produzir gametas masculinos . Esse é um dos vários métodos usados ​​pelas plantas para promover o cruzamento .  Em muitas plantas terrestres, os gametas masculinos e femininos são produzidos por indivíduos separados. Diz-se que estas espécies são dióicas quando se referem a esporófitos de plantas vasculares e dióicas quando se referem a gametófitos de briófitas .

Ao contrário dos animais superiores, onde a partenogênese é rara, a reprodução assexuada pode ocorrer nas plantas por vários mecanismos diferentes. A formação de tubérculos- tronco na batata é um exemplo. Particularmente em ártico ou alpine habitats, onde as oportunidades de fertilização de flores por animais são raros, plântulas ou lâmpadas , pode desenvolver-se em vez de flores, substituindo a reprodução sexual com a reprodução assexuada e dando origem a populações clonais geneticamente idênticos para a mãe. Este é um dos vários tipos de apomixiaque ocorrem em plantas. A apomixia também pode acontecer em uma semente , produzindo uma semente que contém um embrião geneticamente idêntico ao genitor.

A maioria dos organismos sexualmente reprodutores é diplóide, com cromossomos pareados, mas o dobro do número de cromossomos pode ocorrer devido a erros na citocinese . Isso pode ocorrer no início do desenvolvimento para produzir um organismo autopoliplóide ou parcialmente autopoliplóide, ou durante processos normais de diferenciação celular para produzir alguns tipos de células que são poliplóides ( endopoliploidia ) ou durante a formação de gametas . Uma planta alopoliplóide pode resultar de um evento de hibridaçãoentre duas espécies diferentes. Ambas as plantas, autopoliplóides e alopoliplóides, podem reproduzir-se normalmente, mas podem não conseguir cruzar com sucesso com a população parental, porque há um descompasso no número de cromossomos. Estas plantas que são reprodutivamente isoladas das espécies-mãe, mas vivem dentro da mesma área geográfica, podem ser suficientemente bem sucedidas para formar uma nova espécie .  Alguns poliploides vegetais de outra forma estéreis ainda podem se reproduzir vegetativamente ou por apomixia de sementes, formando populações clonais de indivíduos idênticos.  O trigo duro é um allopolyploid tetraplóide fértil , enquanto o trigo pão é um fértilhexaplóide . A banana comercial é um exemplo de um híbrido triploide estéril e sem sementes . Dente-de - leão comum é um triplóide que produz sementes viáveis ​​por semente apomítica.

Como em outros eucariotos, a herança de organelas endossimbióticas, como mitocôndrias e cloroplastos em plantas, não é mendeliana . Os cloroplastos são herdados através do genitor masculino em gimnospermas, mas frequentemente através do progenitor feminino em plantas com flores.

Genética Molecular

Uma quantidade considerável de novos conhecimentos sobre a função das plantas vem de estudos da genética molecular de plantas modelo , como o agrião Thale, Arabidopsis thaliana , uma espécie daninha da família da mostarda ( Brassicaceae ).  O genoma ou informação hereditária contida nos genes desta espécie é codificada por cerca de 135 milhões de pares de bases de DNA, formando um dos menores genomas entre plantas com flores . A Arabidopsis foi a primeira planta a ter seu genoma sequenciado, em 2000.  O sequenciamento de alguns outros genomas relativamente pequenos, de arroz ( Oryza sativa ) e Brachypodium distachyon ,  fez deles espécies modelo importantes para o entendimento da genética, biologia celular e molecular de cereais , gramíneas e monocotiledôneas em geral.

Plantas modelo , como Arabidopsis thaliana, são usadas para estudar a biologia molecular das células vegetais e do cloroplasto . Idealmente, esses organismos têm genomas pequenos que são bem conhecidos ou completamente sequenciados, baixa estatura e tempos de geração curtos. O milho tem sido utilizado para estudar mecanismos de fotossíntese e carregamento de floema de açúcar em plantas C 4 .  O único unicelular alga verde Chlamydomonas reinhardtii , embora não seja uma embriófito si, contém um verde-pigmentada cloroplastorelacionado ao das plantas terrestres, tornando-o útil para o estudo.Uma alga vermelha Cyanidioschyzon merolae também foi usada para estudar algumas funções básicas dos cloroplastos.  Espinafre ,  ervilhas ,  soja e um musgo Physcomitrella patens são comumente usados ​​para estudar a biologia celular das plantas.

Agrobacterium tumefaciens , umabactéria da rizosfera do solo, pode se ligar a células vegetais e infectá-las com um plasmídeo Ti indutor de calo por transferência horizontal de genes , causando uma infecção chamada de doença da calota coronária. Schell e Van Montagu (1977) hipotetizaram que o plasmídeo Ti poderia ser um vetor natural para a introdução do gene Nif responsável pela fixação de nitrogênio nos nódulos radiculares das leguminosas e outras espécies de plantas.  Atualmente, a modificação genética do plasmídeo Ti é uma das principais técnicas para a introdução de transgenes em plantas e a criação deculturas geneticamente modificadas .

Epigenética

Epigenética é o estudo de mudanças hereditárias na função genética que não podem ser explicadas por mudanças na sequência de DNA subjacente , mas fazem com que os genes do organismo se comportem de maneira diferente (ou se expressem).  Um exemplo de mudança epigenética é a marcação dos genes pela metilação do DNA, que determina se eles serão expressos ou não. A expressão gênica também pode ser controlada por proteínas repressoras que se ligam ao silenciadorregiões do DNA e impedir que a região do código de DNA seja expressa. Marcas epigenéticas podem ser adicionadas ou removidas do DNA durante os estágios programados de desenvolvimento da planta, e são responsáveis, por exemplo, pelas diferenças entre anteras, pétalas e folhas normais, apesar de todas elas terem o mesmo código genético subjacente. Alterações epigenéticas podem ser temporárias ou podem permanecer através de sucessivas divisões celulares pelo restante da vida da célula. Algumas mudanças epigenéticas mostraram-se hereditárias ,  enquanto outras são redefinidas nas células germinativas.

Alterações epigenéticas na biologia eucariótica servem para regular o processo de diferenciação celular . Durante a morfogênese , as células-tronco totipotentes se tornam as várias linhas celulares pluripotentes do embrião , que por sua vez se tornam células totalmente diferenciadas. Um único óvulo fertilizado, o zigoto , dá origem a muitos tipos diferentes de células de plantas, incluindo o parênquima , os elementos do vaso do xilema , os tubos peneiros do floema , as células protetoras da epiderme , etc., à medida que continua a dividir. O processo resulta da ativação epigenética de alguns genes e da inibição de outros.

Ao contrário dos animais, muitas células vegetais, particularmente as do parênquima , não se diferenciam terminalmente, permanecendo totipotentes com a capacidade de dar origem a uma nova planta individual. As exceções incluem células altamente lignificadas, o esclerênquima e o xilema que estão mortos na maturidade, e os tubos da peneira do floema que não possuem núcleos. Embora as plantas usem muitos dos mesmos mecanismos epigenéticos que os animais, como o remodelamento da cromatina , uma hipótese alternativa é que as plantas estabelecem seus padrões de expressão gênica usando informações posicionais do ambiente e das células circunvizinhas para determinar seu destino no desenvolvimento.

Evolução Vegetal

Os cloroplastos de plantas têm um número de semelhanças bioquímicas, estruturais e genéticas para cianobactérias (comumente mas incorretamente conhecidas como "algas azuis-verdes") e acredita-se que sejam derivadas de uma antiga relação endossimbiótica entre uma célula eucariótica ancestral e uma residente cianobactéria. .

As algas são um grupo polifilético e são colocadas em várias divisões, algumas mais relacionadas às plantas que outras. Há muitas diferenças entre eles em características como composição da parede celular, bioquímica, pigmentação, estrutura do cloroplasto e reservas de nutrientes. A divisão de algas Charophyta , irmã da divisão de algas verdes Chlorophyta , é considerada como contendo o ancestral das plantas verdadeiras.  A classe de Charophyte Charophyceae e o sub-reino de planta de terra Embryophyta juntos formam o grupo monofilético ou clado Streptophytina .

As plantas terrestres não vasculares são embriófitas que não possuem os tecidos vasculares xilema e floema . Eles incluem musgos , hepáticas e hornworts . Plantas vasculares pteridofíticas com xilema e floema verdadeiros, que se reproduzem por esporos que germinam em gametófitos de vida livre, evoluíram durante o período siluriano e se diversificaram em várias linhagens durante o período tardio siluriano e início do período Devoniano . Representantes dos licopódios sobreviveram até os dias atuais. No final do período Devoniano, vários grupos, incluindo os licopódios , esfenófilas eProgymnosperms , evoluíram independentemente "megaspory" - os esporos deles / delas eram de dois tamanhos distintos, megasporos maiores e microspores menores. Seus gametófitos reduzidos se desenvolveram a partir de megásporos retidos dentro dos órgãos produtores de esporos (megasporangia) do esporófito, uma condição conhecida como endosorção. As sementes consistem em um megasporângio endosporico rodeado por uma ou duas camadas de revestimento ( tegumentos ). O jovem esporófito se desenvolve dentro da semente, que na germinação se divide para liberá-lo. As primeiras plantas com sementes conhecidas datam do último Devoniano Fameniano palco. Após a evolução do hábito de semente , as plantas de sementesdiversificado, dando origem a um número de grupos agora extintos, incluindo samambaias de sementes , bem como as gimnospermas e angiospermas modernos .  As gimnospermas produzem "sementes nuas" não totalmente fechadas em um ovário; representantes modernos incluem coníferas , cicas , Ginkgo e Gnetales . As angiospermas produzem sementes fechadas em uma estrutura como um carpelo ou um ovário . Pesquisas em andamento sobre a filogenética molecular de plantas vivas parecem mostrar que as angiospermas são um clado-irmão das gimnospermas.

Fisiologia vegetal

A fisiologia vegetal engloba todas as atividades químicas e físicas internas das plantas associadas à vida.  Os produtos químicos obtidos a partir do ar, solo e água formam a base de todo o metabolismo das plantas . A energia da luz solar, captada pela fotossíntese oxigenada e liberada pela respiração celular , é a base de quase toda a vida. Os fotoautotróficos , incluindo todas as plantas verdes, algas e cianobactérias, acumulam energia diretamente da luz do sol pela fotossíntese. Heterotróficosincluindo todos os animais, todos os fungos, todas as plantas completamente parasitas e as bactérias não fotossintéticas, ingerem moléculas orgânicas produzidas por fotoautotróficos e respiram-nas ou utilizam-nas na construção de células e tecidos.  Respiração é a oxidação de compostos de carbono, dividindo-os em estruturas mais simples para liberar a energia que eles contêm, essencialmente o oposto da fotossíntese.

Moléculas são movidas dentro das plantas por processos de transporte que operam em uma variedade de escalas espaciais . O transporte subcelular de íons, elétrons e moléculas, como água e enzimas, ocorre através das membranas celulares . Minerais e água são transportados das raízes para outras partes da planta no fluxo de transpiração . Difusão , osmose , transporte ativo e fluxo de massa são formas diferentes de transporte.Exemplos de elementos que as plantas precisam transportar são nitrogênio , fósforo , potássio ,cálcio , magnésio e enxofre . Nas plantas vasculares, esses elementos são extraídos do solo como íons solúveis pelas raízes e transportados por toda a planta no xilema. A maioria dos elementos necessários para a nutrição das plantas vem da decomposição química dos minerais do solo.  A sacarose produzida pela fotossíntese é transportada das folhas para outras partes da planta no floema e os hormônios vegetais são transportados por uma variedade de processos.

Hormônios vegetais

As plantas não são passivas, mas respondem a sinais externos , como a luz, o tato e a lesão, movendo-se ou crescendo para o estímulo, ou para longe dele, conforme apropriado. Evidência tangível de sensibilidade ao toque é o colapso quase instantâneo de folhetos de Mimosa pudica , armadilhas para insetos de armadilha de Vênus e bexigas , e as políneas de orquídeas.

A hipótese de que o crescimento e desenvolvimento das plantas é coordenado por hormônios vegetais ou reguladores de crescimento de plantas surgiu pela primeira vez no final do século XIX. Darwin fez experiências sobre os movimentos dos brotos e raízes da planta em direção à luz  e à gravidade , e concluiu: "Não é exagero dizer que a ponta da radícula ... age como o cérebro de um dos animais inferiores. Dirigindo o vários movimentos ".  Na mesma época, o papel das auxinas (do grego auxein, para crescer) no controle do crescimento das plantas foi esboçado pela primeira vez pelo cientista holandês Frits Went . A primeira auxina conhecida, o ácido indol-3-acético(IAA), que promove o crescimento celular, só foi isolado das plantas cerca de 50 anos depois.  Este composto medeia as respostas tropicas de brotos e raízes em direção à luz e à gravidade. A descoberta em 1939 de que calos de plantas poderiam ser mantidos em cultura contendo IAA, seguida pela observação em 1947 de que poderia ser induzida a formar raízes e brotos controlando a concentração de hormônios de crescimento como etapas chave no desenvolvimento de biotecnologia vegetal. e modificação genética.

As citocininas são uma classe de hormônios vegetais nomeados por seu controle da divisão celular ou citocinese . A citocinina natural zeatina foi descoberta em milho, Zea mays , e é um derivado da purina adenina . A zeatina é produzida nas raízes e transportada para brotos no xilema, onde promove a divisão celular, o desenvolvimento das gemas e o esverdeamento dos cloroplastos. As giberelinas , como o ácido giberélico, são diterpenos sintetizados a partir de acetil-CoA por via do mevalonato.. Eles estão envolvidos na promoção da germinação e quebra de dormência em sementes, na regulação da altura das plantas, controlando o alongamento do caule e o controle da floração. O ácido abscísico (ABA) ocorre em todas as plantas terrestres, exceto hepáticas, e é sintetizado a partir de carotenóides nos cloroplastos e outros plastídios. Inibe a divisão celular, promove a maturação das sementes e a dormência e promove o fechamento dos estômatos. Foi assim chamado porque foi originalmente pensado para controlar a abscisão . O etileno é um hormônio gasoso que é produzido em todos os tecidos vegetais superiores a partir da metionina . Sabe-se agora que é o hormônio que estimula ou regula o amadurecimento e a abscisão dos frutos, e também o regulador do crescimento sintético ethephon, que é rapidamente metabolizado para produzir etileno, são usados ​​em escala industrial para promover o amadurecimento do algodão, abacaxis e outrasculturas climatéricas .

Outra classe de fitohormonas são os jasmonatos , isolados pela primeira vez do óleo de Jasminum grandiflorum , que regula as respostas das feridas nas plantas, desbloqueando a expressão dos genes necessários na resposta sistêmica de resistência adquirida ao ataque de patógenos.

Além de ser a principal fonte de energia para as plantas, a luz funciona como um dispositivo de sinalização, fornecendo informações para a planta, como a quantidade de luz solar que a planta recebe a cada dia. Isso pode resultar em mudanças adaptativas em um processo conhecido como fotomorfogênese . Os fitocromos são os fotorreceptores em uma planta que são sensíveis à luz

Anatomia e morfologia vegetal

A anatomia das plantas é o estudo da estrutura das células e tecidos vegetais , enquanto a morfologia das plantas é o estudo da sua forma externa.  Todas as plantas são eucariotas multicelulares, seu DNA armazenado nos núcleos.  As características das células vegetais que as distinguem das dos animais e fungos incluem uma parede celular primária composta de polissacarídeos celulose , hemicelulose e pectina ,  vacúolos maiores do que nas células animais e a presença de plastídios.com funções fotossintéticas e biossintéticas únicas como nos cloroplastos. Outros plastídios contêm produtos de armazenamento, como amido ( amiloplastos ) ou lipídios ( elaioplastos ). Exclusivamente, as células estreptófitas e as da ordem de algas verdes Trentepohliales dividem-se pela construção de um fragmento como molde para a construção de uma placa celular no final da divisão celular .

Os corpos de plantas vasculares incluindo musgos , samambaias e plantas de sementes ( gimnospermas e angiospermas ) geralmente têm subsistemas aéreos e subterrâneos. Os brotos consistem em hastes tendo fotossíntese verdes folhas e estruturas reprodutivas. As raízes vascularizadas subterrâneas têm pêlos radiculares nas pontas e geralmente não possuem clorofila.  Plantas não vasculares, hepáticas , hornworts e musgosnão produzem raízes vasculares que penetram no solo e a maior parte da planta participa da fotossíntese.  A geração de esporófito não é fotossintética em hepáticas, mas pode contribuir com parte de suas necessidades de energia pela fotossíntese em musgos e hornworts.

O sistema radicular e o sistema de brotos são interdependentes - o sistema radicular geralmente não-fotossintético depende do sistema de brotos para alimentação, e o sistema de brotos geralmente fotossintético depende da água e dos minerais do sistema radicular.  Células em cada sistema são capazes de criar células do outro e produzir brotos adventícios ou raízes.Stolons e tubérculos são exemplos de brotos que podem crescer raízes.  As raízes que se espalham perto da superfície, como as dos salgueiros, podem produzir brotos e, finalmente, novas plantas. No caso de um dos sistemas ser perdido, o outro pode, frequentemente, recuperá-lo. De fato, é possível cultivar uma planta inteira a partir de uma única folha, como é o caso de Saintpaulia ,  ou mesmo uma única célula - que pode se desdiferenciar em um calo (uma massa de células não especializadas) que pode se transformar em um novo. plantar.  Em plantas vasculares, o xilema e o floema são os tecidos condutores que transportam recursos entre brotos e raízes. As raízes são frequentemente adaptadas para armazenar alimentos como açúcares ou amido , como em beterrabas e cenouras.

As hastes fornecem principalmente suporte para as folhas e estruturas reprodutivas, mas podem armazenar água em plantas suculentas, como cactos , alimentos, como em tubérculos de batata , ou reproduzir vegetativamente, como nos estolões de plantas de morango ou no processo de estratificação .  As folhas reúnem a luz solar e realizam a fotossínteseFolhas grandes, planas, flexíveis e verdes são chamadas folhas de folhagem.  Gimnospermas , como coníferas , cicas , ginkgo e gnetófitassão plantas produtoras de sementes com sementes abertas.  As angiospermas são plantas produtoras de sementes que produzem flores e têm sementes fechadas.  As plantas lenhosas, como as azáleas e os carvalhos , sofrem uma fase secundária de crescimento, resultando em dois tipos adicionais de tecidos: madeira ( xilema secundário ) e casca ( floema secundário e cortiça ). Todas as gimnospermas e muitas angiospermas são plantas lenhosas.  Algumas plantas se reproduzem sexualmente, algumas assexuadamente, e algumas por ambos os meios.

Embora a referência às principais categorias morfológicas, como raiz, caule, folha e tricoma, sejam úteis, deve-se ter em mente que essas categorias estão ligadas por meio de formas intermediárias, de modo que um continuum entre os resultados das categorias.  Além disso, estruturas podem ser vistas como processos, isto é, combinações de processos.

Botânica sistemática 

A botânica sistemática faz parte da biologia sistemática, que se preocupa com o alcance e a diversidade dos organismos e suas relações, particularmente conforme determinado por sua história evolutiva.  Envolve ou está relacionado à classificação biológica, taxonomia científica e filogenética . A classificação biológica é o método pelo qual os botânicos agrupam os organismos em categorias, como gêneros ou espécies . A classificação biológica é uma forma de taxonomia científica . A taxonomia moderna está enraizada no trabalho de Carl Linnaeus , que agrupou as espécies de acordo com as características físicas compartilhadas. Esses agrupamentos foram revisados ​​para se alinharem melhor com o darwinismo.princípio da descendência comum - agrupar organismos por ancestralidade e não por características superficiais . Enquanto os cientistas nem sempre concordam em como classificar os organismos, a filogenética molecular , que usa sequências de DNA como dados, tem conduzido muitas revisões recentes ao longo de linhas evolutivas e é provável que continue a fazê-lo. O sistema de classificação dominante é chamado taxonomia lineana . Inclui classificações e nomenclatura binomial . A nomenclatura dos organismos botânicos é codificada no Código Internacional de Nomenclatura para algas, fungos e plantas (ICN) e administrada pelo Congresso Internacional de Botânica .

Kingdom Plantae pertence ao Domínio Eukarya e é dividido recursivamente até que cada espécie seja classificada separadamente. A ordem é: Reino ; Filo (ou Divisão); Classe ; Ordem ; Família ; Gênero ( gêneros plurais ); Espécies . O nome científico de uma planta representa seu gênero e suas espécies dentro do gênero, resultando em um único nome mundial para cada organismo.  Por exemplo, o lírio de tigre é Lilium columbianum . Lilium é o gênero e columbianum oepíteto específico . A combinação é o nome da espécie. Ao escrever o nome científico de um organismo, é apropriado capitalizar a primeira letra do gênero e colocar todo o epíteto específico em letras minúsculas. Além disso, todo o termo é normalmente itálico (ou sublinhado quando o itálico não está disponível).

As relações evolutivas e a hereditariedade de um grupo de organismos são chamadas de filogenia . Estudos filogenéticos tentam descobrir filogenias. A abordagem básica é usar semelhanças baseadas em herança compartilhada para determinar relacionamentos.  Como exemplo, espécies de Pereskia são árvores ou arbustos com folhas proeminentes. Eles obviamente não se parecem com um cacto sem folhas típico como um Echinocactus . No entanto, tanto Pereskia e Echinocactus têm espinhos produzidos a partir de areolas (estruturas altamente especializadas semelhantes a almofadas), sugerindo que os dois gêneros estão de fato relacionados.

Julgar relacionamentos baseados em personagens compartilhados requer cuidado, já que as plantas podem se assemelhar através de uma evolução convergente na qual os personagens surgiram independentemente. Alguns euforbias têm corpos arredondados, sem folhas, adaptados à conservação da água, semelhantes aos dos cactos globulares, mas caracteres como a estrutura de suas flores deixam claro que os dois grupos não estão intimamente relacionados. O método cladístico tem uma abordagem sistemática dos personagens, distinguindo entre aqueles que não possuem informações sobre a história evolutiva compartilhada - como aqueles que evoluíram separadamente em diferentes grupos ( homoplasias ) ou aqueles que sobraram dos ancestrais ( plesiomorfias).) - e caracteres derivados, que foram passados ​​de inovações em um ancestral compartilhado ( apomorphies ). Apenas caracteres derivados, como as ilhas de cactos que produzem espinha, fornecem evidências para a descendência de um ancestral comum. Os resultados das análises cladísticas são expressos como cladogramas : diagramas em forma de árvore que mostram o padrão de ramificação e descendência evolutivas.

A partir da década de 1990, a abordagem predominante para a construção de filogenias para plantas vivas tem sido a filogenética molecular , que usa caracteres moleculares, particularmente sequências de DNA , em vez de caracteres morfológicos, como a presença ou ausência de espinhos e areolas. A diferença é que o próprio código genético é usado para decidir as relações evolutivas, em vez de ser usado indiretamente através dos caracteres que ele dá origem. Clive Stace descreve isso como tendo "acesso direto à base genética da evolução". Como um exemplo simples, antes do uso de evidências genéticas, os fungos eram pensados ​​para serem plantas ou estarem mais intimamente relacionados com plantas do que com animais. A evidência genética sugere que a verdadeira relação evolucionária dos organismos multicelulares é mostrada no cladograma abaixo - os fungos estão mais relacionados aos animais do que às plantas.

 plantas

fungos

animais


Em 1998, o Angiosperm Phylogeny Group publicou uma filogenia para plantas com flores com base em uma análise de seqüências de DNA da maioria das famílias de plantas com flores. Como resultado deste trabalho, muitas perguntas, como quais famílias representam os primeiros ramos das angiospermas , foram agora respondidas.  Investigar como espécies de plantas são relacionadas umas com as outras permite aos botânicos entender melhor o processo de evolução das plantas.  Apesar do estudo de plantas modelo e do uso crescente de evidências de DNA, há trabalho em andamento e discussões entre taxonomistas sobre como classificar melhor as plantas em vários táxons . Desenvolvimentos tecnológicos, como computadores e microscópios eletrônicos , aumentaram muito o nível de detalhes estudados e a velocidade com que os dados podem ser analisados

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