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Introducción a la Botánica Introducción al estudio de la diversidad vegetal Sistemas de clasificación Los seres humanos venimos clasificando plantas desde la antigüedad Los sistemas de clasificación son arbitrarios, basados en características elegidas por el clasificador Introducción a la Botánica • Por su utilidad para el hombre: comestibles, medicinales, ornamentales, industriales, etc. • Por su hábito de crecimiento: hierbas, arbustos, árboles; talófitas vs. cormófitas • Por el ambiente en que viven: terrestres, acuáticas • Por sus características morfológicas: hierbas, arbustos, árboles • Por su estrategia reproductiva (ciclo de vida): con o sin flores; criptógamas vs. fanerógamas • Por sus relaciones evolutivas (“genealogía”) DBBE FCEyN - UBA Posibles criterios de clasificación de las plantas: Nomenclatura botánica Antes de clasificar hay que ponerse de acuerdo sobre qué se está clasificando: un nombre concreto Carl von Linné = Carolus Linnaeus = Carlos Linneo (1707-1778) 1753: Species Plantarum 1000 géneros y 7300 especies de plantas con flores clasificadas principalmente por su manera de reproducirse Propuso un sistema de nomenclatura universal, en un idioma común a todos los científicos de ese momento: Latín MUCHOS nombres comunes guisante arveja pea UN SOLO nombre científico Pisum sativum Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Nomenclatura botánica (y zoológica…) NOMENCLATURA BINOMIAL: A cada especie se la llama con un nombre en latín compuesto por dos partes: • la primera identifica el género (epíteto genérico) y • la segunda es un adjetivo que identifica la especie (epíteto específico): Homo sapiens (hombre sabio) Homo erectus (hombre erguido) Pisum sativum (arveja cultivada) Allium sativum (ajo cultivado) se utilizan las dos palabras para identificar a la especie como es en otro idioma, al nombre en latín lo escribimos en cursiva (itálica) o subrayado, para distinguirlo del resto del texto Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Volviendo a los sistemas de clasificación Viajes de exploración de los siglos XV-XVIII: cada vez más información Se hace necesaria una CLASIFICACIÓN JERÁRQUICA ¿cuál es la unidad de clasificación? John Ray: 1686, en su Historia Plantarum, fue el primero en definir biológicamente el concepto de especie Cada especie es definida por un conjunto de características observables y propagables Organismos con un conjunto de atributos que le son característicos y que son capaces de producir descendencia fértil En la actualidad existen 5-10 millones de especies! PRE-DARWIN: Las especies no cambian, son inmutables desde el momento de la Creación, se crearon todas al mismo tiempo DBBE FCEyN - UBA Introducción a la Botánica Sistemas de clasificación Se hace necesaria una CLASIFICACIÓN JERÁRQUICA ¿qué clasificamos? especies clasificamos en niveles o escalones jerárquicos = taxones TAXONOMÍA: descripción: caracterización de los organismos identificación: distinguir uno de otros clasificación: ordenar agrupando por similitud nomenclatura: darles un nombre POST-DARWIN: Sistema de clasificación que refleje las hipótesis evolutivas sobre relaciones entre organismos FILOGENIA SISTEMÁTICA: TAXONOMÍA QUE SE BASA EN LA FILOGENIA Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Sistemas de clasificación ¿qué criterio usamos en biología para clasificar? Características o atributos de organismos (actuales y fósiles) • morfología y anatomía desde células a organismos • patrones de desarrollo (embriología) • ciclos de vida • fisiología, etología • ecología, distribución geográfica • secuencias y otras características de ácidos nucleicos y proteínas Diferenciación entre caracteres homólogos y análogos homología: caracteres con un origen evolutivo común aunque no sean similares morfológica o funcionalmente: ej.: aleta de pez, pata de anfibio analogía: caracteres similares morfológica o funcionalmente pero con un origen evolutivo diferente: ej.: ala de ave, ala de insecto Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Ejemplos de clasificación taxonómica nombre común ser humano papa especie Homo sapiens Solanum tuberosum género Homo Solanum familia Hominidae Solanaceae orden Primates Solanales clase Mammalia Eudicotyledo neae filo=división Chordata Anthophyta reino Animalia Plantae dominio Eukarya Eukarya taxón 2 categoría taxonómica = rango taxón 1 Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Ejemplos de clasificación taxonómica nombre común ser humano especie Homo sapiens Solanum tuberosum género Homo Solanum familia Hominidae Solanaceae orden Primates Solanales clase Mammalia Eudicotyledo neae filo=división Chordata papa Anthophyta Div. Anthophyta clase Eudicotyledoneae orden Solanales fam. Solanaceae género Solanum reino Animalia Plantae dominio Eukarya Eukarya Solanum tuberosum Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA ser humano especie Homo sapiens Solanum tuberosum género Homo Solanum familia Hominidae Solanaceae orden Primates Solanales clase Mammalia Eudicotyledo neae filo=división Chordata papa papa nombre común humano Clasificación taxonómica y árbol evolutivo Anthophyta reino Animalia Plantae dominio Eukarya Eukarya dominio Eukarya Un árbol filogenético (evolutivo) es un diagrama jerárquico ramificado que representa las relaciones de parentesco entre taxones (grupos de organismos) Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA ¿Cómo armamos el árbol? Las características homólogas pueden ser ancestrales : más antiguas (primitivas), presentes en los antecesores derivadas : más recientes, derivan de las primitivas, son novedades evolutivas Las características derivadas definen al grupo, son las que se incluyen en el análisis, en comparación con el resto Se arma una matriz de datos. Ejemplo: organismo cloroplasto verde embrión tejidos de conducción semillas flores y frutos algas verdes + - - - - musgos + + - - - helechos + + + - - pinos + + + + - margaritas + + + + + ¿Qué características comparten y qué características son nuevas ? estado - significa ausencia (carácter primitivo) estado + significa presencia (carácter derivado = novedad evolutiva) Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA El árbol evolutivo de las plantas Con la matriz de datos se arma el árbol evolutivo = cladograma que más sencilla y eficientemente explique los datos (principio de máxima parsimonia) HELECHOS MUSGOS GIMNOSPERMAS ALGAS VERDES ANGIOSPERMAS flores y frutos semillas Cada grupo del árbol es un “hermano” de los otros grupos, no un progenitor embrión tejidos de conducción Principio de máxima parsimonia: el mínimo número de pasos de transformación necesarios para pasar de un estado ancestral a uno derivado cloroplasto verde Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Árboles evolutivos = cladogramas Una filogenia se parece mucho a un árbol genealógico: en la base de cada rama hay un antepasado común y las ramas representan la aparición de nuevos caracteres (= derivados) cladogénesis línea de tiempo Linaje ancestral Cladística: Willi Hennig (1950) Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Árboles evolutivos = cladogramas Cuando hay un suceso de especiación, un único linaje ancestral da lugar a dos o más linajes descendientes Se representa como una ramificación en el cladograma A B EPISODIO DE ESPECIACIÓN línea de tiempo http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/evo_05 aparición en B de un carácter derivado (nuevo) que no está presente en A Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Árboles evolutivos = cladogramas Cada linaje tiene: • una parte de historia que es única suya y otras partes compartidas con otros linajes • antepasados únicos de ese linaje y • antepasados compartidos con otros linajes antepasados comunes http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/evo_05 Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Árboles evolutivos = cladogramas HELECHOS MUSGOS GIMNOSPERMAS ALGAS VERDES ANGIOSPERMAS flores y frutos semillas tejidos de conducción embrión cloroplasto verde ¿cuál es la parte compartida y la parte propia de cada taxón en este cladograma? ¿cómo sería el ancestro común más reciente para cada par de grupos? Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA http://www.bio.miami.edu/dana/226/226F09_16.html ¿Qué representan los cladogramas? Grupos monofiléticos: Grupos polifiléticos: incluyen comparten un ancestro común, todos los descendientes están en el clado taxones derivados de más de un único ancestro, el ancestro común a todos no está incluído Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA http://www.bio.miami.edu/dana/226/226F09_16.html ¿Qué representan los cladogramas? Grupos monofiléticos: Grupos parafiléticos: no incluyen comparten un ancestro común, todos los descendientes están en el clado a todos los taxones derivados del ancestro común Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Las filogenias se modifican con la información Grupos monofiléticos: Los reptiles ¿forman o no un grupo natural ? (¿consideremos a las aves como reptiles?) http://www.bio.miami.edu/dana/226/226F09_16.html comparten un ancestro común, todos los descendientes están en el clado El objetivo de la sistemática moderna es que la clasificación refleje la filogenia solamente son válidos los taxones monofiléticos Mientras la información sea incompleta pueden existir grupos parafiléticos o polifiléticos DEBATE!!!! Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Taxones y relaciones filogenéticas El linaje de las plantas (Viridiplantae) que incluye “algas verdes” y todas las plantas terrestres Las características observables siguen siendo las mismas http://www.tolweb.org/Green_plants/2382 Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Cómo no leer cladogramas A no dio origen a B ni B a C, etc. A no es menos evolucionado que B Los dos cladogramas dicen lo mismo Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Los cladogramas de Darwin La idea de árbol genealógico para explicar la evolución es de Darwin no fue así La gran cadena del ser (Aristóteles) fue así http://evolution.berkeley.edu Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Reproducción y ciclos biológicos REPRODUCCIÓN ASEXUAL: Existe un solo progenitor Se forman clones de composición genética idéntica a la del progenitor De algunas algas y hongos sólo se conoce su reproducción asexual, por mitosis Estructuras vegetativas de dispersión: yemas, estolones, propágulos, esporas, zoosporas, etc. Esporas: tienen cubiertas (paredes celulares) espesas, resistentes a condiciones ambientales desfavorables, impiden la desecación Chlorella Euglena Micrasterias Pediastrum Volvox Ejemplos de reproducción asexual Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Reproducción y ciclos biológicos REPRODUCCIÓN SEXUAL: en algún momento ocurre la meiosis Intervienen dos células reproductivas haploides (N): gametas Fecundación: Se unen sus citoplasmas: plasmogamia Se unen los núcleos: cariogamia Se forma una cigota diploide (2N) Tipos de fecundación según la morfología de las gametas: Las gametas pueden ser iguales o diferentes en forma, tamaño, presencia de flagelos y comportamiento isogamia anisogamia oogamia anisogamia Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Reproducción sexual: Ciclos de vida Procesos de desarrollo con los que una generación da origen a la siguiente • La generación que antecede son siempre dos individuos (gametas) de diferente composición genética en cuanto a género (+ y – o femenino y masculino) • Involucra dos procesos fundamentales: – Meiosis: reduce el número de cromosomas de diploide (2N) a haploide (N) – Fecundación: fusión de gametas (N) para formar la cigota (2N) Lo que caracteriza el tipo de ciclo de vida es el momento del ciclo en que ocurre la meiosis • Diplonte: adulto 2N, meiosis gamética, las gametas son las únicas células N • Haplonte: adulto N, meiosis cigótica, la cigota es el única célula 2N • Haplodiplonte: con alternancia de dos generaciones adultas: N (gametofito) 2N (esporofito, con meiosis esporogénica) Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Ciclo de vida diplonte generalizado • Adulto diploide (2n), multi- o unicelular • Meiosis gamética • En animales, algunos protistas algunas algas (ejemplo: algas diatomeas) (n) (n) (n) (2n) (2n) (2n) Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Ciclo de vida haplonte generalizado • Adulto haploide (n) • Meiosis cigótica • En hongos y algunas algas (n) (n) (n) (2n) Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA Ciclo de vida haplo-diplonte generalizado • Dos adultos: diploide (2n) = esporofito, donde ocurre meiosis • • haploide (n) = gametofito, sólo mitosis Meiosis espórica En plantas y muchas algas (n) (n) (n) (n) (n) (2n) (2n) (2n) Introducción a la Botánica DBBE FCEyN - UBA