Laborator 1

1. Introducere

Programul Global de Evaluare a numărului total de specii, realizat sub egida O. N.

U., furnizează un studiu care estimează la circa 13,6 milioane numărul speciilor de

organisme de pe Pământ, majoritatea fiind nevertebrate.(Hawksworth şi Kalin-Arroyo,

1995) Din acestea, aproximativ jumătate sunt insecte, vertebrate sunt circa 45.000

descrise din cele 50.000 estimate a exista, 240.0000 sunt plante vasculare descrise până

în prezent (25 % comestibile), dar numărul lor este estimat la 320.000 specii. Mai mult de

5.000 specii de plante se utilizează ca sursă de hrană, dar majoritatea oamenilor de pe

Pământ se bazează pe mai puţin de 200 specii, acestea asigurând circa 90 % din hrana

omului. (Stelljes şi col., 1995)

Primele forme de viaţă vegetală au fost plantele marine şi toate plantele diverse de

uscat care transformă grădinile noastre şi peisajele de la ţară în privelişti plăcute şi fac

parte din hrana noastră, s-au dezvoltat din plante primitive care trăiau în oceane cu mii de

milioane de ani în urmă.

S-au identificat peste 400.000 de specii de plante, toate descendente din câteva

specii vechi. Acestea sunt doar speciile cunoscute. Probabil s-au ramificat încă multe

altele, care au dispărut, nereuşind să se adapteze la condiţiile schimbătoare, sau

incapabile să concureze cu noi specii mai evoluate şi mai bine adaptate mediului

înconjurător din acea vreme.

Paleobotaniştii (oamenii de ştiinţă care studiază rămăşiţe fosilizate ale plantelor),

au reuşit să descopere când au evoluat aproximativ diferite grupuri importante de plante,

dar în mod inevitabil cunoştinţele noastre au multe lipsuri, pentru că plantele nu conţin

acel tip de material dur, cum este scheletul unui animal, care sa se fosilizeze bine. Din

fericire, uneori pot fi detectate forme vechi de viaţă vegetală în ceea ce au fost mai demult

depuneri de noroi, găsindu-se câteva plante fosilizate în roci despre care se ştie că

datează de acum 3100 de milioane de ani (figura 1).

Ştim din arhiva fosiselor găsite că viaţa pe Pământ trebuie să fi început cu

organisme de tip vegetal, iar plantele sunt legătura de bază din lanţul alimentar care

susţine o imensă diversitate de viaţa animală. Totuşi, rolul plantelor în istoria evolutivă a

lumii este mai complex, pentru că ele au transformat atmosfera pământului într-o

atmosferă ce putea să susţină regnul animal. Probabil că imensele cantităţi de dioxid de

carbon prezente iniţial în atmosferă au impiedicat animalele să respire, dar în procesul de

fotosinteză plantele absorb dioxid de carbon şi eliberează oxigen.

Capacitatea plantelor de a produce fotosinteză folosind lumina soarelui este

punctul de pornire a lanţului alimentar. Plantele au permis ierbivorelor să evolueze şi

1

implicit carnivorelor,care se hrăneau cu ierbivore. Evoluţia este extrem de lentă, şi selecţia

naturală favorizează acele vieţuitoare care se adaptează la o schimbare a mediului

înconjurător. Primele forme de viaţă vegetală erau dependente de apă, pentru că le

lipseau structurile care să le facă posibilă viaţa pe uscat, iar primele plante care au ieşit

din apă s-au stabilit probabil în bălţi sau mlăştini, unde părţile lor inferioare erau tot timpul

scufundate. Primele forme de plante cu adevărat de uscat erau probabil încă dependente

de umiditate, şi trebuiau să crească aproape de apă - muşchii frunzoşi, muşchii pieloşi şi

ferigile, care au evoluat primele ca plante de uscat, au şi acum nevoie de un mediu umed

pentru ca partea reproducătoare a ciclului vieţii lor să funcţioneze.

Fig.1 Evolutia plantelor in timp

Primele plante cu flori (gimnospermele, precum coniferele) erau dependente de

vânt pentru polenizare şi răspândirea seminţelor, pentru că nu existau insecte care să facă

toate acestea. Tipul de planta dominant în prezent (angiospermele) a evoluat o dată cu

insectele şi animalele, şi adesea are flori polenizate de insecte. Uneori seminţele sunt

răspândite de animale (de exemplu, ghimpi sau spini care se agaţă de blana animalelor).

Cele mai vechi plante cunoscute erau alge primitive – structuri unicelulare în care

toate funcţiile erau efectuate într-o singură celulă fără nucleu. Aceste alge albastre-verzi

sunt foarte primitive, şi probabil acum 1500 milioane de ani au apărut algele mai

2

cunoscute, cu nuclee. În cele din urmă au apărut alge pluricelulare, probabil asemănătoare

cu buruienile marine. Ele aveau organe de reproducere de părţi diferite ale plantei.

În perioada cambriana, cu circa 590 de milioane de ani în urmă, multe forme de

viaţă erau deja bine stabilite. S-au identificat peste 900 de specii din acea perioadă, iar

acestea sunt doar cele care s-au pastrat şi au fost descoperite după sute de milioane de

ani.

2. Domeniul Eukarya

Apariţia primelor forme de viaţă eucariote din organismele procariote datează de

acum 1,7 miliarde de ani. Se pare că, precursorii celulelor eucariote au fost organismele

actualmente încadrate în domeniul Archaea care au caracteristici importante şi similarităţi

crescute ale ADN-ului cu eucariotele de azi (figura 2). Este acceptat faptul că dezvoltarea

celulei de tip eucariot din celule simple, lipsite de nucleu s-a realizat prin fenomenul de

endosimbioză. (Margulis, 1992)

INCLUDEPICTURE "http://www.whoi.edu/cms/images/lstokey/2005/1/v41n2-delaney6en_5113.gif" \*

MERGEFORMAT

Fig.2. O versiune simplificată a Arborelui filogenetic creat de Carl Woese (Universitatea din Illinois), prezinta trei domenii de viaţă: Bacteriile, Eucaria, şi Archaea.

Simbioza este o asociaţie între două sau mai multe specii; endosimbioza implică

localizarea indivizilor uneia dintre specii în corpul organismelor din cea de-a doua.

Primul pas în dezvoltarea celulelor eucariote, care nu a implicat încă simbioza, a

constat în apariţia unor invaginaţii a membranei celulei procariote. Membrana plasmatică

invaginată a format un înveliş în jurul nucleului, fiind totodată, probabil, responsabilă de

dezvoltarea reticulului endoplasmatic, ataşat de învelişul nuclear. Porţiuni ale reticulului au

dat naştere unor ramificaţii din care s-a format aparatul Golgi şi alte organite ale

sistemului endomembranar.

3

În acest stadiu de evoluţie, formarea celulei eucariote a fost incompletă întrucât

organitele responsabile de transformările energetice din interiorul celulei – mitocondria şi

cloroplastele – nu erau încă dezvoltate.

Aceste două tipuri de organite au apărut prin procesul de endosimbioză.

Mitocondriile au evoluat din celule procariote heterotrofice mici care au fost înglobate de

celule eucariote mai mari, la care procesul de invaginare a membranei a fost realizat.

Procariotele mici utilizau respiraţia celulară pentru a-şi asigura necesarul de oxigen şi

pentru conversia moleculelor organice în energie. Ele erau însă prea mici pentru a putea fi

digerate şi au continuat să trăiască în interiorul celulei gazdă care le-a înglobat. Ulterior,

celulele procariote au devenit dependente de celula gazdă în asigurarea moleculelor

organice şi a compuşilor anorganici, iar celula gazdă a beneficiat de o creştere a producţiei

de ATP necesar activităţii celulare, devenind mai productive şi având un succes crescut în

evoluţie. Cloroplastele au evoluat, probabil, în mod asemănător cu mitocondriile; unele din

celulele eucariote au ingerat însă aceste cloroplaste, dar numai după apariţia

mitocondriilor care asigurau necesarul energetic al acestui proces. Digestia cloroplastelor

de către unele eucariote explică lipsa acestor organite la majoritatea eucariotelor, asociată

cu prezenţă mitocondriilor la aproape toate eucariotele.

Interdependenţa funcţională creată între celulele eucariote şi procariotele înglobate

au dus, în final, la transformarea celor din urmă în organite ale celulei gazdă.

Confirmarea acestei teorii evolutive este realizată de studii de biologie moleculară

care demonstrează ca mitocondriile şi cloroplastele conţin ADN, ARN şi ribozomi similari

celor existenţi în procariote. De asemenea, ambele tipuri de organite au, structural, o

membrană dublă; stratul extern provine, probabil, din membrana externă a celulei gazdă,

invaginată, dar membrana internă este, de fapt, membrana plasmatică a celulei ancestrale

procariote, aspect susţinut de compoziţia enzimatică şi proteică a celor două componente.

Alte similarităţi existente între cele două organite şi celula procariotă constau în

multiplicarea ambelor prin fisiune binară, replicarea ADN-ului, prezenţa etapelor de

transcripţie şi translaţie.

Mai mult, există şi în prezent specii eucariote, respectiv amoeba Pelomyxa, care nu

are mitocondrii, dar la care “îndatoririle mitocondriale” de generare a ATP-ului sunt

preluate de bacterii endosimbiotice.

2.1. Sistematica domeniului Eukarya

Anterior încadrării organismelor eucariote în acest domeniu, Cavalier – Smith

(1981) susţinea clasificarea acestor organisme în 9 regnuri, fiecare definit printr-o

structură celulară unică :

4

1. Eufungi – fungi neciliaţi;

2. Ciliofungi – fungii ciliaţi posterior;

3. Animalia – animalele, spongierii, choanociliatele şi mesozoarele – organisme fagotrofe,

în esenţă ciliate posterior;

4. Biliphyta – algele – specii non-fagotrofe, conţinând pigmenţi ficobilinici;

5. Viridiplantae – plantele verzi non-fagotrofe, prevăzute cu plastide ce conţin amidon;

6. Euglenozoa – organisme fago – sau non-fagotrofe, având plastide delimitate de o

membrană tristratificată şi creste mitocondriale cu aspect de disc;

7. Cryptophyta – structural, crestele mitocondriale de tip tubular, aplatizate, cu prezenţa

unor mastigoneme pe ambii cili;

8. Chromophyta – creste tubulare, mastigoneme tubulare pe cilul anterior;

9. Protozoa – majoritatea sunt organisme fagotrofe, prevăzute cu creste tubulare sau

veziculare, fără mastigoneme pe cili;

Autorul arată că sunt posibile compromisuri variate între sistemul cu 9 sau 5

regnuri. Se sugerează că cel mai avantajos şi facil pentru uzul cercetătorilor este varianta

intermediară, cu 7 regnuri. Astfel, Eufungi şi Ciliofungi pot fi resistematizaţi ca subregnuri

din regnul Fungi, iar Cryptophyta şi Chromophyta, incluse în regnul Chromista.

Consecutiv acceptării clasificării actuale a tuturor formelor de viaţă în 3 domenii,

acest taxon superregn a cunoscut numeroase sistematizări şi reorganizări taxonomice

supraspecifice. Caracterul fundamental întâlnit la toate organismele încadrate în acest

domeniu este prezenţa celulei de tip eucariotic. Alte caracteristici importante sunt :

structura de tip unicelular, colonial sau multicelular; diviziunea celulară prin mitoză şi o

varietate mare de modalităţi de asigurare a necesităţilor energetice şi nutriţionale.

Există o mare diversitate a formelor de viaţă ce fac parte din acest domeniu. Ele

sunt sistematizate în 4 regnuri:

1. Regnul Protista – include organisme uni – sau multicelulare, ori coloniale, cu o

varietate largă a ciclurilor reproductive.

2. Regnul Fungi – cuprinde organisme chemoheterotrofice, majoritatea descompunători

multicelulari cu un ciclu unic de reproducere.

3. Regnul Plantae – conţine plantele, fotoautotrofe multicelulare, cu o alternanţă a

generaţiilor în ciclul vital şi cu un perete celular.

4. Regnul Animalia – sunt organisme multicelulare chemoheterotrofe cu un ciclu de viaţă

simplu, lipsite de perete celular.

Regnul Protista nu este un grup monofiletic; conţine organisme, de multe ori mai

asemănătoare membrilor altor regnuri decât celorlalte protiste. Studii recente de

ultrastructură şi biologie moleculară susţin necesitatea împărţirii acestui regn în mai multe

taxe cu statut de regn.

5

Celelalte trei regnuri sunt monofiletice, având un strămoş ancestral comun pentru

fiecare în parte.

6