26.2: Gimnospermas

Habilidades para desenvolver

• Discuta o tipo de sementes produzidas pelas gimnospermas, bem como outras características das gimnospermas
• Indique qual período viu o primeiro aparecimento das gimnospermas e explique quando elas foram a vida vegetal dominante
• Liste os quatro grupos de gimnospermas modernas e forneça exemplos de cada um

As gimnospermas, que significam “sementes nuas”, são um grupo diverso de plantas com sementes e são parafiléticas. Grupos parafiléticos são aqueles em que nem todos os membros são descendentes de um único ancestral comum. Suas características incluem sementes nuas, gametas femininos e masculinos separados, polinização pelo vento e traqueídeos (que transportam água e solutos no sistema vascular).

As sementes de gimnosperma não estão encerradas em um ovário; em vez disso, elas são expostas em cones ou folhas modificadas. As esporofilas são folhas especializadas que produzem esporângios. O termo estrobilus (plural = strobili) descreve um arranjo estreito de esporofilas ao redor de uma haste central, como visto nos cones. Algumas sementes são envoltas por tecidos esporófitos após a maturação. A camada de tecido esporófito que envolve o megasporângio e, posteriormente, o embrião, é chamada de tegumento.

As gimnospermas foram o filo dominante na era mesozóica. Eles são adaptados para viver onde a água doce é escassa durante parte do ano ou no solo pobre em nitrogênio de um pântano. Portanto, eles ainda são o filo proeminente no bioma conífero ou taiga, onde as coníferas perenes têm uma vantagem seletiva em climas frios e secos. As coníferas perenes mantêm baixos níveis de fotossíntese durante os meses frios e estão prontas para aproveitar os primeiros dias ensolarados da primavera. Uma desvantagem é que as coníferas são mais suscetíveis às infestações do que as árvores decíduas porque as coníferas não perdem suas folhas de uma só vez. Eles não podem, portanto, eliminar parasitas e recomeçar com um novo suprimento de folhas na primavera.

O ciclo de vida de uma gimnosperma envolve alternância de gerações, com um esporófito dominante no qual o gametófito feminino reside e gametófitos reduzidos. Todas as gimnospermas são heterosporosas. Os órgãos reprodutivos masculino e feminino podem se formar em cones ou estrobili. Os esporângios masculinos e femininos são produzidos na mesma planta, descrita como monóica (“uma casa” ou bissexual), ou em plantas separadas, chamadas de plantas dióicas (“duas casas” ou unissexuais). O ciclo de vida de uma conífera servirá como nosso exemplo de reprodução em gimnospermas.

Ciclo de vida de uma conífera

Os pinheiros são coníferas (portadores de cones) e carregam esporofilas masculinas e femininas no mesmo esporófito maduro. Portanto, são plantas monóicas. Como todas as gimnospermas, os pinheiros são heterosporosos e geram dois tipos diferentes de esporos: micrósporos masculinos e megasporos femininos. Nos cones masculinos, ou cones estaminados, os microsporócitos dão origem aos grãos de pólen pela meiose. Na primavera, grandes quantidades de pólen amarelo são liberadas e transportadas pelo vento. Alguns gametófitos pousarão em um cone feminino. A polinização é definida como o início do crescimento do tubo polínico. O tubo polínico se desenvolve lentamente e a célula geradora no grão de pólen se divide em dois espermatozoides haplóides por mitose. Na fertilização, um dos espermatozoides finalmente unirá seu núcleo haplóide com o núcleo haplóide de um óvulo haplóide.

Os cones femininos, ou cones ovulados, contêm dois óvulos por escala. Uma célula-mãe de megasporos, ou megasporócito, sofre meiose em cada óvulo. Três das quatro células se decompõem; apenas uma única célula sobrevivente se transformará em um gametófito multicelular feminino, que envolve a arquegonia (um archegônio é um órgão reprodutor que contém um único ovo grande). Após a fertilização, o óvulo diploide dará origem ao embrião, que é envolto em uma camada de tecido da planta-mãe. A fertilização e o desenvolvimento de sementes são um processo longo em pinheiros: pode levar até dois anos após a polinização. A semente formada contém três gerações de tecidos: o tegumento que se origina do tecido esporófito, o gametófito que fornecerá nutrientes e o próprio embrião.

A figura\(\PageIndex{1}\) ilustra o ciclo de vida de uma conífera. A fase esporófita (2 n) é a fase mais longa da vida de uma gimnosperma. Os gametófitos (1 n) —micrósporos e megasporos—são reduzidos em tamanho. Pode levar mais de um ano entre a polinização e a fertilização, enquanto o tubo polínico cresce em direção ao megasporócito (2 n), que sofre meiose em megasporos. Os megasporos amadurecerão e se transformarão em ovos (1 n).

Figura\(\PageIndex{1}\): Esta imagem mostra o ciclo de vida de uma conífera. O pólen dos cones masculinos explode nos ramos superiores, onde fertiliza os cones femininos.

Exercício\(\PageIndex{1}\)

Em que estágio o zigoto diploide se forma?

1. quando o cone feminino começa a brotar da árvore
2. na fertilização
3. quando as sementes caem da árvore
4. quando o tubo polínico começa a crescer

Vídeo\(\PageIndex{1}\): Assista a este vídeo para ver o processo de produção de sementes em gimnospermas.

Diversidade de gimnospermas

As gimnospermas modernas são classificadas em quatro filos. Coniferophyta, Cycadophyta e Ginkgophyta são similares em sua produção de câmbio secundário (células que geram o sistema vascular do tronco ou caule e são parcialmente especializadas no transporte de água) e seu padrão de desenvolvimento de sementes. No entanto, os três filos não estão intimamente relacionados filogeneticamente entre si. Os gnetófitos são considerados o grupo mais próximo das angiospermas porque produzem o verdadeiro tecido do xilema.

Coníferas (Coniferophyta)

As coníferas são o filo dominante das gimnospermas, com a maior variedade de espécies (Figura\(\PageIndex{2}\)). A maioria são árvores tipicamente altas que geralmente apresentam folhas em forma de escamas ou agulhas. A evaporação da água das folhas é reduzida por sua forma fina e pela cutícula espessa. A neve desliza facilmente das folhas em forma de agulha, mantendo a carga leve e diminuindo a quebra de galhos. Adaptações ao clima frio e seco explicam a predominância de coníferas em grandes altitudes e em climas frios. As coníferas incluem árvores perenes conhecidas, como pinheiros, abetos, abetos, cedros, sequóias e teixos. Algumas espécies são decíduas e perdem as folhas no outono. O lariço europeu e o tamarack são exemplos de coníferas decíduas (Figura\(\PageIndex{2}\) c). Muitas árvores coníferas são colhidas para produção de celulose e madeira. A madeira das coníferas é mais primitiva do que a madeira das angiospermas; ela contém traqueídeos, mas não contém elementos de vasos e, portanto, é chamada de “madeira macia”.

Figura\(\PageIndex{2}\): As coníferas são a forma dominante de vegetação em ambientes frios ou áridos e em grandes altitudes. Aqui são mostrados o (a) abeto perene Picea sp., (b) zimbro Juniperus sp., (c) sequóia Sequoia Semervirens, que é uma gimnosperma decídua, e (d) o tamarack Larix larcinia. Observe as folhas amarelas do tamarack. (crédito a: modificação da obra de Rosendahl; crédito b: modificação da obra de Alan Levine; crédito c: modificação da obra de Wendy McCormic; crédito d: modificação da obra de Micky Zlimen)

Cicadáceas

As cicadáceas prosperam em climas amenos e costumam ser confundidas com palmeiras devido ao formato de suas folhas grandes e compostas. As cicadáceas têm cones grandes (Figura\(\PageIndex{3}\)) e podem ser polinizadas por besouros em vez do vento: incomum para uma gimnosperma. Eles dominaram a paisagem durante a era dos dinossauros no Mesozóico, mas apenas cerca de uma centena de espécies persistiram até os tempos modernos. Eles enfrentam uma possível extinção e várias espécies são protegidas por meio de convenções internacionais. Por causa de sua forma atraente, são frequentemente usadas como plantas ornamentais em jardins nos trópicos e subtrópicos.

Figura\(\PageIndex{3}\): Este Encephalartos ferox cycad tem cones grandes e folhas largas semelhantes a samambaias. (crédito: Wendy Cutler)

Gingófitos

A única espécie sobrevivente do grupo dos gingkophytes é a Gingko biloba (Figura\(\PageIndex{4}\)). Suas folhas em forma de leque - únicas entre as plantas com sementes porque apresentam um padrão de venação dicotômico - ficam amarelas no outono e caem da árvore. Durante séculos, G. biloba foi cultivada por monges budistas chineses em mosteiros, o que garantiu sua preservação. É plantado em espaços públicos porque é incomumente resistente à poluição. Órgãos masculinos e femininos são produzidos em plantas separadas. Normalmente, os jardineiros plantam apenas árvores masculinas porque as sementes produzidas pela planta feminina têm um cheiro desagradável de manteiga rançosa.

Figura\(\PageIndex{4}\): Esta placa do livro Flora Japonica, Sectio Prima (Tafelband), de 1870, retrata as folhas e os frutos de Gingko biloba, desenhados por Philipp Franz von Siebold e Joseph Gerhard Zuccarini.

Gnetófitos

Os gnetófitos são os mais próximos das angiospermas modernas e incluem três gêneros diferentes de plantas: Ephedra, Gnetum e Welwitschia (Figura\(\PageIndex{5}\)). Como as angiospermas, elas têm folhas largas. Nas zonas tropicais e subtropicais, os gnetófitos são videiras ou pequenos arbustos. A efedra ocorre em áreas secas da costa oeste dos Estados Unidos e do México. As folhas pequenas e escamosas de Efedra são a fonte do composto efedrina, que é usado na medicina como um potente descongestionante. Como a efedrina é semelhante às anfetaminas, tanto na estrutura química quanto nos efeitos neurológicos, seu uso é restrito aos medicamentos prescritos. Como as angiospermas, mas ao contrário de outras gimnospermas, todos os gnetófitos possuem elementos vasculares em seu xilema.

Figura\(\PageIndex{5}\): (a) A Ephedra viridis, conhecida pelo nome comum de chá mórmon, cresce na costa oeste dos Estados Unidos e no México. (b) Gnetum gnemon cresce na Malásia. (c) A grande Welwitschia mirabilis pode ser encontrada no deserto da Namíbia. (crédito a: modificação do trabalho pelo USDA; crédito b: modificação do trabalho de Malcolm Manners; crédito c: modificação do trabalho de Derek Keats)

Resumo

As gimnospermas são plantas com sementes heterosporosas que produzem sementes nuas. Eles apareceram no período paleozóico e foram a vida vegetal dominante durante o Mesozóico. As gimnospermas modernas pertencem a quatro filos. O maior filo, Coniferophyta, é representado por coníferas, as plantas predominantes em alta altitude e latitude. As cicadáceas (filo Cycadophyta) lembram palmeiras e crescem em climas tropicais. Gingko biloba é o único representante do filo Gingkophyta. O último filo, Gnetophyta, é um grupo diversificado de arbustos que produzem elementos de vasos em sua madeira.

Conexões artísticas

Figura\(\PageIndex{1}\): Em que estágio o zigoto diploide se forma?

1. Quando o cone feminino começa a brotar da árvore
2. Na fertilização
3. Quando as sementes caem da árvore
4. Quando o tubo polínico começa a crescer

Resposta

B. O zigoto diploide se forma após o término da formação do tubo polínico, de modo que os núcleos geradores masculinos podem se fundir com o gametófito feminino.

Glossário

conífera

filo dominante de gimnospermas com a maior variedade de árvores

cicadáceo

gimnosperma que cresce em climas tropicais e se assemelha a uma palmeira; membro do filo Cycadophyta

dióico

descreve uma espécie na qual os órgãos reprodutores masculino e feminino são transportados em espécimes separados

gingófito

gimnosperma com uma espécie existente, a Gingko biloba: uma árvore com folhas em forma de leque

gnetófito

arbusto gimnosperma com características morfológicas variadas que produz elementos de vasos em seus tecidos lenhosos; o filo inclui os gêneros Ephedra, Gnetum e Welwitschia

gimnosperma

planta com sementes nuas (sementes expostas em folhas modificadas ou em cones)

tegumento

camada de tecido esporófito que envolve o megasporângio e, posteriormente, o embrião

megasporócito

célula-mãe de megasporos; esporo maior que germina em um gametófito feminino em uma planta heterosporosa

microsporócito

esporo menor que produz um gametófito masculino em uma planta heterosporosa

monóico

descreve uma espécie na qual os órgãos reprodutores masculino e feminino estão na mesma planta

cone ovulado

cone contendo dois óvulos por escala

estrobilus

estrutura vegetal com um arranjo estreito de esporofilas ao redor de um caule central, como visto em cones ou flores; o estrobilus masculino produz pólen e o estrobilus feminino produz ovos