Espermatofitas o fanerógamas: qué son, características, especies
¿Qué son las espermatofitas o fanerógamas?
Las espermatofitas o fanerógamas, también conocidas como “plantas con semilla”, son un gran linaje monofilético de plantas que pertenece al grupo de las lignofitas (plantas leñosas) y en el cual se clasifican tanto las angiospermas (plantas con flor) como las gimnospermas (coníferas y similares).
Las espermatofitas forman un grupo separado de las lignofitas gracias a la característica compartida del desarrollo de la semilla, que se describe en los libros de texto como una “novedad evolutiva” para el grupo.
La palabra “espermatofita” significa, literalmente, “plantas con semillas”, pues proviene de los vocablos griegos “sperma”, que significa semilla, y “fiton”, que quiere decir planta.
Las espermatofitas son de los organismos más importantes sobre la tierra, pues tanto angiospermas como gimnospermas son dos grupos sumamente abundantes y esenciales para el funcionamiento de prácticamente todos los ecosistemas terrestres.
Si se piensa rápidamente, las plantas con semillas son probablemente el grupo más familiar para la mayor parte de las personas, no solo desde la perspectiva alimenticia (pues a partir de las semillas de muchas plantas se obtienen aceites, almidones y proteínas), sino también desde el punto de vista paisajístico.
Son espermatofitas las secuoyas gigantes de California, los grandes y frondosos árboles de la selva Amazónica, los lirios y las rosas, el arroz, la avena, el maíz, el trigo y la cebada, entre miles de otros.
Características de las espermatofitas
– La principal característica de las espermatofitas o fanerógamas es la producción de semillas después de la polinización, es decir, como producto resultante de la fusión de dos células sexuales.
– Son organismos fotosintéticos, es decir, tienen cloroplastos que contienen clorofila, por lo que pueden convertir la energía lumínica proveniente de los rayos del sol en energía química aprovechable.
– El cuerpo de estos vegetales está dividido en raíz, tallo y hojas.
– Algunas espermatofitas, las angiospermas, producen flores y a partir de dichas flores se originan los frutos, que son los que contienen las semillas.
– Las gimnospermas no producen flores, pero tienen estructuras especializadas en el soporte de las semillas.
– La mayor parte de las espermatofitas posee un tejido vascular bien desarrollado, compuesto por tejido xilemático y traqueidas.
– Están ampliamente distribuidas sobre la biósfera, por lo que ocupan cientos de hábitats diferentes.
– Pueden tener tejidos con crecimiento secundario o no.
Hábitat
Las plantas con flor (angiospermas) crecen virtualmente en cualquier región habitable de la tierra (excepto los bosques de coníferas), e incluso pueden dominar algunos ecosistemas acuáticos. Por lo tanto, son capaces de habitar:
- Desiertos.
- Llanuras.
- Serranías.
- Océanos, mares y ríos.
Similarmente, las gimnospermas, otras de las plantas con semillas, también tienen gran plasticidad respecto al hábitat que pueden ocupar, aunque están más restringidas a ambientes terrestres y no acuáticos.
Ciclo de vida y reproducción
El ciclo de vida de las espermatofitas se conoce como “espórico”, donde predomina el esporofito y se producen semillas y el gametofito, a diferencia de otros grupos de plantas, está reducido en el interior del óvulo o del grano de polen.
Alternancia de generaciones
De esto se entiende que todas las plantas con semillas tienen alternancia de generaciones, una gametofítica y otra esporofítica, pero el gametofito solo se desarrolla cuando las plantas alcanzan la adultez o etapa reproductiva.
Los esporofitos son los que portan las estructuras especializadas donde se producen los gametofitos femenino y masculino. Los microsporangios producen los granos de polen (masculino) y los megasporangios producen las megasporas o los óvulos (femenino).
En algunos casos, tanto el megasporangio como el microsporangio se encuentran en individuos o estructuras diferentes (Gimnospermas) pero, por lo general, en la mayoría de las plantas, ambos se encuentran en una misma estructura conocida como flor (Angiospermas).
Las flores
Una flor es una estructura especializada para la reproducción y surge del vástago como una “extensión” del cuerpo de la planta.
El megasporangio contenido en las flores tiene un “recipiente” (el ovario) que funciona en la recepción de los granos de polen, los cuales son producidos por el microsporangio (de la misma flor o de flores diferentes).
Los óvulos dentro del ovario tienen todos los nutrientes necesarios para soportar el desarrollo del embrión, la semilla y el fruto, proceso que ocurre después de la polinización y la fertilización del óvulo por un grano de polen.
Las semillas así producidas, pueden ser dispersadas por distintos medios y, una vez que germinan, forman un nuevo esporofito que podrá repetir el ciclo vital.
Ejemplos de especies de espermatofitas
Las espermatofitas son plantas sumamente diversas, con ciclos de vida, formas, tamaños y modos de vida muy diferentes.
A este grupo pertenecen todas las plantas con flor que conocemos, prácticamente todas las plantas que consumimos como alimento y los grandes y majestuosos árboles que forman los bosques y las selvas que sustentan la vida de los animales.
– La manzana, típica de la época otoñal de muchos países estacionales, pertenece a la especie Malus domestica, es parte de la división Magnoliophyta y del orden Rosales.
– Pinus mugo es una especie de pino arbustivo que crece en los Alpes y del cual se extraen algunos compuestos con propiedades expectorantes, antiasmáticas y desinfectantes.
– El pan que consume el hombre diariamente está hecho con harinas producidas a partir de las semillas del trigo, una especie de angiosperma perteneciente al género Triticum y que recibe el nombre de Triticum aestivum.
Evolución de las espermatofitas
La evolución de las plantas con semillas está estrechamente relacionada con la evolución de dos estructuras: las semillas y los granos de polen.
Evolución de las semillas
La evolución de las semillas es un proceso que ocurrió en varios pasos, pero no se conoce la secuencia exacta de los mismos, pudiendo haber sucedido que dos o más ocurrieran al mismo tiempo. A continuación, se presentan los “pasos” de la evolución de las semillas como algunos autores lo plantean:
1-Heterosporia
El término hace referencia a la formación de dos tipos de esporas haploides (con la mitad de la carga cromosómica que la planta que les dio origen) en el interior de dos esporangios diferentes:
- Las megasporas: de gran tamaño y en poco número, producidas por meiosis en una estructura conocida como en megasporangio. Cada megaspora se desarrolla en el interior del gametofito femenino, en el cual se encuentran los arquegonios.
- Las microsporas: los productos meióticos del microsporangio. Las microsporas se originan en el gametofito masculino, en el cual se encuentran los anteridios.
Se plantea como uno de los “pasos” imprescindibles durante la evolución de las espermatofitas, debido a que la condición ancestral consistía en la homosporia, es decir, la producción de un solo tipo de esporas (esporas iguales).
2-Endosporia
Además de la formación de dos tipos diferentes de esporas, las espermatofitas desarrollaron otra condición conocida como endosporia, que consiste en el desarrollo completo del gametofito femenino en el interior de la pared original de la espora.
La condición ancestral se conoce como “exosporia” y tiene que ver con la germinación de la espora y su crecimiento como un gametofito externo.
3-Reducción del número de megasporas
Las plantas con semillas se caracterizan por producir una sola megaspora, característica que se piensa pudo haber evolucionado por dos vías.
Inicialmente tuvieron que haber adquirido la capacidad de reducir el número de células que sufrían meiosis en el interior del megasporangio a una sola; es importante comentar que cada célula de estas se conoce como megasporocito o célula madre de la megaspora.
Después de la meiosis, un solo megasporocito diploide da lugar a 4 megasporas haploides. Tres de estas megasporas “abortan”, dejando una sola megaspora funcional, que incrementa de tamaño, lo que se correlaciona con el incremento del tamaño y de los recursos nutricionales en el megasporangio.
4-Retención de la megaspora
Una de las condiciones o características ancestrales de las espermatofitas es que la megaspora es liberada del megasporangio, cosa que cambió en este grupo, pues en estas plantas la megaspora, una vez producida, es retenida dentro del megasporangio.
Esta nueva “adquisición” evolutiva se acompañó, a su vez, de una reducción en el grosor de la pared celular de la megaspora.
5-Evolución del integumento
Muchos autores consideran que este fue uno de los últimos eventos que tuvieron lugar durante la evolución de las plantas con semillas. Se trata de la “cubierta” del megasporangio por un tejido especial llamado integumento, el cual lo rodea casi completamente, con la expresión del extremo distal.
El integumento crece a partir de la base del megasporangio, el cual puede ser denominado en muchos textos como nucela.
Los registros fósiles demuestran que el integumento evolucionó primero como dos lóbulos separados, sin embargo, todas las plantas con semilla que existen en la actualidad tienen un integumento que consiste en una cubierta continua que rodea a la nucela excepto en el micrópilo, que es el extremo distal.
El micrópilo es el sitio de entrada de los granos de polen o del tubo polínico durante la fertilización de la megaspora, por lo que participa activamente en dicho proceso.
Evolución de los granos de polen
La evolución de las semillas estuvo acompañada directamente de la evolución de los granos de polen, pero ¿qué es un grano de polen?
Un grano de polen es un gametofito endospórico masculino inmaduro. La endosporia en estas estructuras evolucionó de forma similar a como ocurrió en las semillas, pues implicó el desarrollo del gametofito masculino en el interior de las paredes de la espora.
Son inmaduros porque cuando se liberan todavía no están completamente diferenciados.
A diferencia de otros tipos de plantas y como se comentó anteriormente, los granos de polen son muy diferentes a las megasporas. Estos son gametofitos masculinos extremadamente reducidos, los cuales consisten en unas pocas células.
Cuando son liberados del microsporangio, los granos de polen deben ser transportados hacia el micrópilo del óvulo, con el fin de que tenga lugar la fertilización. El carácter ancestral de la polinización fue anemófilo (polinización por viento).
Una vez en contacto con el óvulo, el gametofito masculino completa su desarrollo al dividirse por mitosis y diferenciarse. A partir de este crece un tubo polínico exospórico (fuera de la espora), que funciona como un órgano para la absorción de nutrientes alrededor del tejido esporofítico.
El tubo polínico
Todas las plantas con semillas que existen en la actualidad tienen gametofitos masculinos capaces de formar un tubo polínico poco después de entrar en contacto con el tejido de la megaspora (la nucela). LA formación del tubo polínico se conoce como sifonogamia.
Además de funcionar como órgano para la absorción de alimentos, el tubo polínico funciona en la entrega de las células espermáticas hacia el “huevo” del óvulo.
Referencias
- Merriam-Webster. (n.d.). Spermatophyte. In Merriam-Webster.com dictionary. Retrieved April 7, 2020, from merriam-webster.com
- Nabors, M. W. (2004). Introduction to botany (No. 580 N117i). Pearson.
- Simpson, M. G. (2019). Plant systematics. Academic press.
- Raven, P. H., Evert, R. F., & Eichhorn, S. E. (2005). Biology of plants. Macmillan.
- Westoby, M., & Rice, B. (1982). Evolution of the seed plants and inclusive fitness of plant tissues. Evolution, 36(4), 713-724.