7.2.2: Coníferas y Gnetófitos
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- Utilizar características morfológicas y rasgos de historia de vida para distinguir las coníferas de otras plantas.
- Conectar las adaptaciones de coníferas a ambientes secos y/o fríos.
- Identificar estructuras y fases en el ciclo de vida de Pinus; conocer su ploidía.
- Utilizar características morfológicas y rasgos de historia de vida para distinguir los gnetofitos de otras plantas.
- Describir los rasgos que comparten los gnetofitos con las angiospermas.
Aunque los gnetofitos han sido difíciles de ubicar, filogenéticamente, estudios genéticos recientes los colocan como hermanas de las Pináceas (familia del pino, emergiendo de dentro de las coníferas. Vea este artículo de acceso abierto para un trabajo genético reciente sobre las relaciones evolutivas entre gimnospermas.
Coníferas
Las coníferas son el linaje más rico en especies de gimnospermas. A partir del registro fósil, pensamos que había más de 20 mil especies de coníferas. Sin embargo, su diversidad disminuyó con los dinosaurios. Actualmente, hay alrededor de 600 especies existentes. Estas increíbles plantas representan algunos de los organismos más antiguos, altos y masivos del planeta. Aunque actualmente son bajas en diversidad, estas increíbles plantas constituyen el 30% de los bosques de la Tierra.
Las coníferas son las más conocidas y económicamente importantes entre las gimnospermas. Las coníferas incluyen el más grande y el más antiguo de todos los organismos vivos. Una secoya (Sequoia sempervirens) que crece en California tiene casi 400 pies (122 metros) de altura. Pinos bristlecone (Pinus longaeva, Figure\(\PageIndex{1}\)) que crecen en las montañas del este de California algunos tienen más de 5,000 años de antigüedad. Sequioas gigantes (Sequiadendron giganteum) La mayoría son árboles templados de hoja perenne, pero algunos son caducifolios, como el alerce (Larix) y la secoya del amanecer (Metasequoia). El tallo tiene una gran cantidad de xilema, un pequeño corcho y médula diminuta. Las semillas se distribuyen por el viento y los animales.
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Nota: La Pinaceae es actualmente la familia más grande de coníferas, por lo que muchos de los ejemplos para este grupo de gimnospermas serán del género tipo Pinus (pinos).
Hojas Xerofíticas en Coníferas
Las hojas xerofíticas están adaptadas para soportar condiciones de sequía. En las coníferas, vemos una amplia gama de hojas xerofíticas con diferentes morfologías que pueden ser moldeadas por su entorno local. Considere las hojas de la secoya costera y la secuoya gigante (Figura\(\PageIndex{2-3}\)). Aunque estos dos árboles pertenecen a diferentes géneros, Sequoia y Sequoiadendron, respectivamente, son taxones hermanos. Sin embargo, la secoya costera se ha adaptado a la vida en la costa, donde la secuoya gigante ha evolucionado en bosques interiores de mayor elevación con condiciones climáticas mucho más extremas. ¿Cómo se puede ver esto en la estructura de sus hojas?



También hay canales de resina que hacen sonar la aguja, apareciendo como agujeros rodeados de pequeñas celdas. Estos secretan resina para proteger a la planta. La resina es un fluido pegajoso rico en compuestos que protegen a la planta. Fluye a través de canales en los tallos, raíces y hojas y puede precipitarse para llenar una herida. La resina puede engullir las partes de la boca de los insectos herbívoros, ofrecer defensa química contra bacterias y hongos patógenos, y endurecerse para cerrar la herida (como una costra).

Reproducción en Coníferas
A diferencia de otras gimnospermas, las coníferas son monoicas, lo que significa que los megastrobili y los microstrobili se producen en la misma planta. En general, los megastrobili tienden a ser más grandes y de mayor duración, mientras que los microstrobili son más pequeños y efímeros, desintegrándose después de que se dispersa el polen (ver Figura\(\PageIndex{5-6}\)). Algunas coníferas, como los enebros (Juniperus) y los tejos (Taxus), carecen de conos leñosos y tienen escamas carnosas. En total, el ciclo de vida de las coníferas tarda hasta dos años. Las coníferas no tienen espermatozoides flagelados; sus gametos masculinos no móviles (espermatias) se mueven dentro de un tubo de polen largo y de rápido crecimiento.


Los conos femeninos son más grandes que los machos y se colocan hacia la parte superior del árbol; los conos pequeños machos se encuentran en la región inferior del árbol. Debido a que el polen es derramado y soplado por el viento, esta disposición dificulta que un gimnosperma se autopolinice.

Conos de Semilla
El megastrobilus, o cono semilla, está compuesto por megasporofilas dispuestas en espiral llamadas escamas ovulíferas (Figura\(\PageIndex{7}\)). Cada escala produce dos megasporangios, que contienen un megasporocito diploide (también llamado célula madre de megasporo). Cada megasporocito sufre meiosis. Sólo una de las cuatro células producidas sobrevivirá para convertirse en un megagametófito haploide y las otras tres morirán. El megagametofito es parte del óvulo y contiene archegonia, cada una con un óvulo en su interior (Figura\(\PageIndex{8}\)). El megagametofito se retiene dentro del megasporangium, el cual se convierte en el nucello. Rodeando al nucello se encuentra el tegumento, que inicialmente es continuo con la escala ovífera y tiene una pequeña abertura llamada micropilo.



Conos Polen
Los microstrobili (conos de polen) se forman a partir de microsporofilas superpuestas que portan microsporangios múltiples. Dentro del microsporangium, se encuentran microsporocitos (también llamados células madre de microsporas), células diploides que se someten a meiosis para producir microsporas haploides. Las microsporas crecen por mitosis en microgametofitos, también conocido como polen, dentro del microsporangium. El microgametofito en las gimnospermas es el grano de polen “alado” de cuatro células.
Dentro del grano de polen (Figura\(\PageIndex{9}\)), hay una célula generativa, una célula tubular y dos células protaliales. A ambos lados del grano de polen, dos estructuras en forma de alas llamadas sacos de aire pueden ayudar a orientar el grano de polen hacia el óvulo.


Un grano de polen se transportará al viento y, si tiene suerte, aterrizará sobre un cono de semilla. El cono de semilla tiene una gota de líquido azucarado (una gota de polen) que secreta, luego se retrae, tirando del polen hacia el óvulo. Esto estimula a la célula tubular a germinar un tubo de polen, mientras que la célula generativa se divide por mitosis para producir dos espermatias (sin flagelos). Estas espermatias viajan con el tubo de polen, a través del micropilo, y hacia un archegonio donde se fertilizará un óvulo (Figura\(\PageIndex{10-11}\)). ¡Tarda aproximadamente un año para que el tubo de polen crezca y migre hacia el gametofito femenino! Cuando ocurre la fertilización, el micropilo se cierra y el tegumento se convierte en la capa de la semilla.


El cigoto crecerá y se desarrollará como un embrión dentro de la semilla, nutrido por el tejido megagametofítico, así como el nucello (Figura\(\PageIndex{12}\)). Las escamas de los conos se cierran durante el desarrollo de la semilla. El desarrollo de semillas lleva otro de uno a dos años. Una vez que la semilla está lista para ser dispersada, las brácteas de los conos femeninos se abren para permitir la dispersión de la semilla; no se produce formación de frutos porque las semillas de gimnosperma no tienen cobertura. La semilla será dispersada por el viento o los animales y germinará para crecer una vez más hasta convertirse en un pino diploide.

El ciclo de vida completo
\(\PageIndex{1}\)El video es una animación narrada extremadamente útil del ciclo de vida del pino. Deberías ver este video o algún otro recorrido del ciclo de vida del pino antes de intentar interpretar el diagrama complejo (Figura\(\PageIndex{13}\)).
Video\(\PageIndex{1}\): A narrated video of the pine life cycle, sourced from Youtube.

Gnetófitos
Los gnetófitos son un pequeño grupo con solo tres géneros que, a excepción de sus hojas opuestas, no parecen en absoluto similares: Ephedra, Welwitschia y Gnetum. La efedra son arbustos sin hojas del desierto en forma de cola de caballo, los gnetum son árboles tropicales y la Welwitschia son extrañas plantas del desierto que forman dos hojas grandes de crecimiento continuo (Figura\(\PageIndex{14}\)). Los gnetófitos representan un grupo anatómica y genéticamente difícil de clasificar. Tienen varios rasgos en común con las angiospermas, como elementos vasculares en el xilema, doble fertilización y una cobertura sobre sus semillas. Incluso sus hojas son parecidas a angiospermas, con venación en red. Sin embargo, estos rasgos evolucionan convergentemente, lo que significa que las angiospermas y los gnetofitos desarrollaron estos rasgos por separado. Genéticamente, estudios recientes han colocado a los gnetófitos como grupo hermano de las Pináceas (familia de los pinos) dentro de las coníferas. Esto significaría que los pinos, abetos y abetos están más estrechamente relacionados con gnetofitos extraños como la efedra que con otras coníferas como las secuoyas, cedros y tejo del Pacífico. Sin embargo, la verdadera naturaleza de esta relación evolutiva sigue siendo turbia y polémica.

La efedra tiene archegonia, pero en Gnetum y Welwitschia se reducen. Por otro lado, Ephedra y Gnetum tienen doble fertilización, proceso que verás en angiospermas donde ambos núcleos masculinos se fusionan con células del gametofito femenino. La doble fertilización en gnetofitos da como resultado dos embriones competidores, y solo uno de ellos sobrevivirá en la futura semilla.
Tanto Gnetum como Welwitschia tienen elementos vasculares (como angiospermas). Gnetum también tiene hojas opuestas parecidas a angiospermas con venación en red, como el cafeto (sin embargo, esto probablemente sea resultado de la modificación de la venación dicotómica). Los óvulos son solitarios y están cubiertos con un tegumento externo adicional; los gametos masculinos son espermatias moviéndose con el tubo de polen en lugar de nadar (sin flagelos).
Welwitschia es probablemente el más destacado entre los gnetófitos. Solo hay una especie y solo ocurre en el desierto de Namibia. La mejor manera de describir esta planta es una “plántula demasiado crecida”. Tiene un tronco pequeño con dos hojas anchas que tienen venación paralela. El engrosamiento secundario es anómalo, la madera tiene vasos. Esta planta es polinizada por insectos y sus semillas aladas son dispersadas por el viento. La fertilización no es doble, sino que, junto con los tubos de polen, involucra algunas estructuras interesantes: las trompas protaliales que crecen a partir de gametofitos femeninos y se encuentran con tubos de polen.
Características de los Gnetófitos
- Características similares a la angiosperma: elementos de los vasos, doble fertilización, cubiertas de óvulos frutales
- Dioica. Las plantas femeninas tienen óvulos cubiertos, mientras que las plantas masculinas tienen conos de polen.
- Hojas xerofíticas con arreglo opuesto
- Principalmente polinizado por insectos; las semillas de colores brillantes son dispersadas por las aves
Welwitschia mirabilis
Esta extraña planta crece en el desierto de Namibia. Tiene dos hojas grandes que crecen a partir de un meristemo basal. A medida que la planta envejece las hojas se parten y empiezan a parecerse a numerosos tentáculos largos (Figura\(\PageIndex{15}\)). Las puntas de las hojas están harapientas, ya que estas son las partes más antiguas. Las hojas son brillantes y el engaste es seco, lo que indica su naturaleza xerofítica. En el centro, donde se encuentran las dos hojas, las plantas producirán ya sea megastrobili o microstrobili (Figura\(\PageIndex{16}\)).



efedra
Ephedra spp. tienen hojas opuestas similares a escamas producidas en tallos duros y fotosintéticos. Producen megastrobili hinchados que parecen frutos (Figura\(\PageIndex{17}\)), y los microstrobili tienen microsporangios extruidos, haciéndolos parecer amentos (un tipo de inflorescencia producida por algunas angiospermas, (Figura\(\PageIndex{18}\)). Algunas especies de efedra producen alcaloides que han sido extraídos para uso estimulante, incluyendo efedrina y pseudoefedrina.
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Gnetum
Gnetum spp. podría confundirse fácilmente con plantas con flores. Producen hojas con venación en red y megastrobili afrutados. Estas plantas están restringidas a áreas tropicales y generalmente toman un hábito arbóreo.


Atribución
Comisariada y autoría de Maria Morrow utilizando las siguientes fuentes:
- 19.1.5 Diversidad y relaciones evolutivas de las plantas desde la biología por John. W. Kimball (con licencia CC-BY)
- 26.2 Gimnospermas de Biología 2e por OpenStax (licenciado CC-BY). Accede gratis en openstax.org.
- 7.6 Spermatophyta — Plantas de Semilla de Introducción a la Botánica por Alexey Shipunov (dominio público)