Plantae
Plantas são os eucariotos que compõem o reino Plantae; elas são predominantemente fotossintéticas, o que significa que obtêm sua energia da luz solar, utilizando cloroplastos derivados da endossimbiose com cianobactérias para produzir açúcares a partir de dióxido de carbono e água, usando o pigmento verde clorofila. Exceções são as plantas parasitas que perderam os genes para clorofila e fotossíntese e obtêm sua energia de outras plantas ou fungos. A maioria das plantas é multicelular, com exceção de algumas algas verdes.
História taxonômica
Tradicionalmente, todos os seres vivos eram classificados em dois grupos: plantas e animais. Essa classificação remonta a Aristóteles (384–322), que distinguiu diferentes níveis de seres em sua biologia, com base no fato de os seres vivos possuírem uma "alma sensitiva" ou, como as plantas, apenas uma "alma vegetativa". Teofrasto, aluno de Aristóteles, continuou seu trabalho em taxonomia e classificação vegetal. Muito mais tarde, Linnaeus (1707-1778) criou a base do sistema moderno de classificação científica, mas manteve os reinos animal e vegetal, denominando o reino vegetal de Vegetabilia.
Conceitos alternativos
Quando o nome Plantae ou planta é aplicado a um grupo específico de organismos ou táxons, geralmente se refere a um dos quatro conceitos. Do menos abrangente ao mais abrangente, esses quatro agrupamentos são:
Diversidade
Existem cerca de 382 mil espécies de plantas reconhecidas, das quais a grande maioria, cerca de 283 mil, produz sementes. A tabela abaixo mostra algumas estimativas de contagem de espécies de diferentes divisões de plantas verdes (Viridiplantae). Vários projetos estão atualmente tentando coletar registros de todos os táxons de plantas em bancos de dados online, por exemplo, a World Flora Online. As plantas variam em escala, desde organismos unicelulares como as desmídias (a partir de 10 de diâmetro) e picozoários (menos de 3 de diâmetro), até as maiores árvores (megaflora) como a conífera Sequoia sempervirens (até 120 metros de altura) e a angiosperma Eucalyptus regnans (até 99 metros de altura).
História evolutiva
Os ancestrais das plantas terrestres evoluíram na água. Uma camada de algas se formou na terra 1,2 bilhão de anos atrás, mas foi somente no Ordoviciano, por volta de 450 milhões de anos atrás, que as primeiras plantas terrestres apareceram, com um nível de organização semelhante ao das briófitas. No entanto, fósseis de organismos com talo achatado em rochas pré-cambrianas sugerem que eucariotos multicelulares de água doce existiram há mais de 1 bilhão de anos. As plantas terrestres primitivas começaram a se diversificar no final do Siluriano, por volta de 420 milhões de anos atrás . Briófitas, licopódios e samambaias aparecem então no registro fóssil. A anatomia das plantas primitivas é preservada em detalhes celulares em um conjunto de fósseis do Devoniano Inferior do Cherte de Rhynie. Essas plantas primitivas foram preservadas por serem petrificadas em sílex formado em fontes termais vulcânicas ricas em sílica.
Filogenia
Em 2019, foi proposta uma filogenia baseada em genomas e transcriptomas de 1.153 espécies de plantas. A classificação dos grupos de algas é apoiada por filogenias baseadas em genomas de Mesostigmatophyceae e Chlorokybophyceae que foram sequenciados posteriormente. Tanto as "algas clorófitas" quanto as "algas estreptófitas" são tratadas como parafiléticas (barras verticais ao lado do diagrama da árvore filogenética) nesta análise, visto que as plantas terrestres surgiram dentro desses grupos. A classificação de Bryophyta é apoiada tanto por Puttick et al. 2018, quanto por filogenias envolvendo os genomas de antóceros que também foram sequenciados posteriormente.
As plantas possuem alguns dos maiores genomas de todos os organismos. O maior genoma vegetal (em termos de número de genes) é o do trigo (Triticum aestivum), que se prevê codificar ≈94 mil genes e, portanto, quase 5 vezes mais do que o genoma humano. O primeiro genoma vegetal sequenciado foi o da Arabidopsis thaliana, que codifica cerca de 25,5 mil genes. Em termos de sequência de DNA pura, o menor genoma publicado é o da utricularia ( Utricularia gibba), com 82 Mb (embora ainda codifique 28,5 mil genes), enquanto o maior, do espruce-da-noruega (Picea abies), estende-se por mais de 19,6 Gb (codificando cerca de 28,3 mil genes).
Células vegetais
As células vegetais possuem características distintivas que outras células eucarióticas (como as dos animais) não têm. Estas incluem o grande vacúolo central cheio de água, os cloroplastos e a parede celular forte e flexível, que fica externamente à membrana celular. Os cloroplastos derivam do que antes era uma simbiose entre uma célula não fotossintética e cianobactérias fotossintéticas. A parede celular, composta principalmente de celulose, permite que as células vegetais se encham de água sem se romperem. O vacúolo permite que a célula mude de tamanho enquanto a quantidade de citoplasma permanece a mesma.
Estrutura da planta
A maioria das plantas é multicelular. As células vegetais diferenciam-se em múltiplos tipos de células, formando tecidos como o tecido vascular com xilema e floema especializados nas nervuras das folhas e caules, e órgãos com diferentes funções fisiológicas, como raízes para absorver água e minerais, caules para sustentação e transporte de água e moléculas sintetizadas, folhas para fotossíntese e flores para reprodução.
Fotossíntese
As plantas realizam a fotossíntese, produzindo moléculas de alimento (açúcares) usando a energia obtida da luz. As células vegetais contêm clorofilas dentro de seus cloroplastos, que são pigmentos verdes usados para capturar a energia luminosa. A equação química completa da fotossíntese é: Isso faz com que as plantas liberem oxigênio na atmosfera. As plantas verdes fornecem uma proporção substancial do oxigênio molecular do mundo, juntamente com as contribuições das algas fotossintéticas e das cianobactérias. Plantas que adotaram secundariamente um estilo de vida parasitário podem perder os genes envolvidos na fotossíntese e na produção de clorofila.
Crescimento e reparação
O crescimento é determinado pela interação do genoma de uma planta com seu ambiente físico e biótico. Os fatores do ambiente físico ou abiótico incluem temperatura, água, luz, dióxido de carbono e nutrientes no solo. Os fatores bióticos que afetam o crescimento das plantas incluem aglomeração, pastejo, bactérias e fungos simbióticos benéficos e ataques de insetos ou doenças de plantas. Geada e secas podem danificar ou matar as plantas. Algumas plantas possuem proteínas anticongelantes, proteínas de choque térmico e açúcares em seu citoplasma que lhes permitem tolerar esses estresses. As plantas são continuamente expostas a uma série de estresses físicos e bióticos que causam danos ao DNA, mas elas podem tolerar e reparar grande parte desses danos.
Reprodução
As plantas reproduzem-se para gerar descendentes, seja sexualmente, envolvendo gametas, ou assexuadamente, envolvendo crescimento normal. Muitas plantas usam ambos os mecanismos. Na reprodução sexuada, as plantas apresentam ciclos de vida complexos que envolvem a alternância de gerações. Uma geração, o esporófito, que é diploide (com dois conjuntos de cromossomos), dá origem à geração seguinte, o gametófito, que é haploide (com um conjunto de cromossomos). Algumas plantas também se reproduzem assexuadamente por meio de esporos. Em algumas plantas sem flores, como os musgos, o gametófito sexual forma a maior parte da planta visível. Nas plantas com sementes (gimnospermas e plantas com flores), o esporófito forma a maior parte da planta visível e o gametófito é muito pequeno. As plantas com flores se reproduzem sexuadamente por meio de flores, que contêm partes masculinas e femininas: estas podem estar na mesma flor (hermafrodita), em flores diferentes da mesma planta ou em plantas diferentes. Os estames produzem o pólen, que gera gametas masculinos que penetram no óvulo para fertilizar a oosfera do gametófito feminino. A fertilização ocorre dentro dos gineceus ou ovários, que se desenvolvem em frutos que contêm sementes. Os frutos podem ser dispersos inteiros ou podem se abrir e as sementes dispersas individualmente.
Resistência a doenças
As plantas utilizam receptores de reconhecimento de padrões para identificar agentes patogênicos, tais como bactérias que causam doenças nas plantas. Este reconhecimento desencadeia uma resposta protetora. Os primeiros receptores deste tipo foram identificados no arroz e na Arabidopsis thaliana.
Distribuição
As plantas estão distribuídas por quase todo o mundo. Embora habitem muitos biomas que podem ser divididos em uma infinidade de ecorregiões, apenas as plantas resistentes da flora antártica, constituídas por algas, musgos, hepáticas, líquenes e apenas duas plantas com flor, adaptaram-se às condições predominantes naquele continente austral. As plantas são frequentemente o componente físico e estrutural dominante dos habitats onde ocorrem. Muitos dos biomas da Terra são nomeados de acordo com o tipo de vegetação, porque as plantas são os organismos dominantes nesses biomas, como pradaria, savana e floresta tropical.
Produtores primários
A fotossíntese realizada por plantas terrestres e algas é a fonte primária de energia e matéria orgânica em quase todos os ecossistemas. A fotossíntese, inicialmente realizada por cianobactérias e posteriormente por eucariotos fotossintéticos, alterou radicalmente a composição da atmosfera anóxica da Terra primitiva, que, como resultado, agora contém 21% de oxigênio. Os animais e a maioria dos outros organismos são aeróbicos, dependendo do oxigênio; aqueles que não dependem estão confinados a ambientes anaeróbicos relativamente raros. As plantas são os produtores primários na maioria dos ecossistemas terrestres e formam a base da cadeia alimentar nesses ecossistemas. As plantas representam cerca de 80% da biomassa mundial, com cerca de 450 gigatoneladas de carbono.
Relações ecológicas
Vários animais coevoluíram com as plantas; as plantas com flores desenvolveram síndromes de polinização, conjuntos de características florais que favorecem sua reprodução. Muitos, incluindo insetos e pássaros são polinizadores, visitando flores e transferindo pólen acidentalmente em troca de alimento na forma de pólen ou néctar. Muitos animais dispersam sementes adaptadas evolutivamente para tal dispersão. Algumas frutas oferecem camadas externas nutritivas que atraem animais, enquanto as sementes são adaptadas para sobreviver à passagem pelo trato digestivo do animal; outras possuem ganchos que lhes permitem se fixar na pelagem de um mamífero. Mirmecófitas são plantas que coevoluíram com formigas. A planta fornece abrigo e, às vezes, alimento para as formigas. Em troca, as formigas defendem a planta de herbívoros e, às vezes, de plantas concorrentes. Os excrementos das formigas servem como fertilizante orgânico.
Concorrência
A competição por recursos compartilhados reduz o crescimento de uma planta. Os recursos compartilhados incluem luz solar, água e nutrientes. A luz é um recurso crítico porque é necessária para a fotossíntese. As plantas usam suas folhas para sombrear outras plantas da luz solar e crescem rapidamente para maximizar sua própria exposição. A água também é essencial para a fotossíntese; as raízes competem para maximizar a absorção de água do solo. Algumas plantas têm raízes profundas que conseguem localizar água armazenada no subsolo, enquanto outras têm raízes mais superficiais que conseguem se estender por distâncias maiores para coletar água da chuva recente. Os minerais são importantes para o crescimento e desenvolvimento das plantas. Os nutrientes comuns pelos quais as plantas competem incluem nitrogênio, fósforo e potássio.
Ervas daninhas são plantas indesejáveis do ponto de vista comercial ou estético, que crescem em ambientes controlados, como na agricultura e em jardins. Muitas plantas foram disseminadas pelos humanos para além de suas áreas de distribuição nativas; algumas dessas plantas tornaram-se invasoras, prejudicando os ecossistemas existentes ao deslocar espécies nativas e, às vezes, tornando-se ervas daninhas sérias em cultivos. Algumas plantas que produzem pólen transportado pelo vento, incluindo gramíneas, provocam reações alérgicas em pessoas que sofrem de febre do feno. Muitas plantas produzem toxinas para se protegerem de herbívoros. As principais classes de toxinas vegetais incluem alcaloides, terpenoides e fenóis. Estes podem ser prejudiciais a humanos e animais por ingestão ou, como no caso da hera venenosa, por contato. Algumas plantas têm efeitos negativos sobre outras plantas, impedindo o crescimento de mudas ou o crescimento de plantas próximas pela liberação de substâncias químicas alopáticas.
Comida
O cultivo de plantas pelo ser humano é o cerne da agricultura, que, por sua vez, desempenhou um papel fundamental na história das civilizações mundiais. Os seres humanos dependem de plantas com flores para alimentação, seja diretamente ou como ração na pecuária. De forma mais ampla, a agricultura inclui a agronomia para culturas aráveis, a horticultura para vegetais e frutas e a silvicultura, incluindo plantas com flores e coníferas, para madeira. Cerca de 7 mil espécies de plantas foram utilizadas para alimentação, embora a maior parte dos alimentos atuais seja derivada de apenas 30 espécies. Os principais alimentos básicos incluem cereais como arroz e trigo, raízes e tubérculos ricos em amido, como mandioca e batata, e leguminosas como ervilhas e feijões. Óleos vegetais como o azeite e o óleo de palma fornecem lipídios, enquanto frutas e vegetais contribuem com vitaminas e minerais para a dieta. Café, chá e chocolate são culturas importantes cujos produtos que contêm cafeína servem como estimulantes leves. O estudo dos usos das plantas pelas pessoas é chamado de botânica econômica ou etnobotânica.
Medicação
As plantas medicinais são uma fonte primária de compostos orgânicos, tanto pelos seus efeitos medicinais e fisiológicos, quanto pela síntese industrial de uma vasta gama de substâncias químicas orgânicas. Centenas de medicamentos, bem como narcóticos, são derivados de plantas, tanto medicamentos tradicionais usados no herbalismo quanto substâncias químicas purificadas de plantas ou identificadas nelas pela primeira vez, às vezes por meio de pesquisa etnobotânica, e então sintetizadas para uso na medicina moderna. Os medicamentos modernos derivados de plantas incluem aspirina, taxol, morfina, quinina, reserpina, colchicina, digitalis e vincristina. As plantas usadas na fitoterapia incluem ginkgo, equinácea, matricária e erva-de-são-joão. A farmacopeia de Dioscórides, De materia medica, é um exemplo, descrevendo cerca de 600 plantas medicinais, foi escrita entre 50 e 70 d.C. e permaneceu em uso na Europa e no Oriente Médio até por volta de 1600 d.C.; foi a precursora de todas as farmacopeias modernas.
Produtos não alimentares
As plantas cultivadas como culturas industriais são a fonte de uma ampla gama de produtos utilizados na indústria. Os produtos não alimentares incluem óleos essenciais, corantes naturais, pigmentos, ceras, resinas, taninos, alcaloides, âmbar e cortiça. Os produtos derivados de plantas incluem sabonetes, xampus, perfumes, cosméticos, tintas, vernizes, terebintina, borracha, látex, lubrificantes, linóleo, plásticos, tintas de impressão e gomas. Os combustíveis renováveis de origem vegetal incluem lenha, turfa e outros biocombustíveis. Os combustíveis fósseis carvão, petróleo e gás natural são derivados dos restos de organismos aquáticos, incluindo o fitoplâncton, em tempos geológicos. Muitos dos campos de carvão datam do período Carbonífero da história da Terra. As plantas terrestres também formam querogênio tipo III, uma fonte de gás natural.
Plantas ornamentais
Milhares de espécies de plantas são cultivadas por sua beleza e para fornecer sombra, modificar temperaturas, reduzir o vento, atenuar o ruído, proporcionar privacidade e reduzir a erosão do solo. As plantas são a base de uma indústria turística multimilionária por ano, que inclui viagens a jardins históricos, parques nacionais, florestas tropicais, florestas com folhas coloridas de outono e festivais como os festivais de flores de cerejeira do Japão e da América. As plantas podem ser cultivadas em ambientes internos como plantas de casa ou em edifícios especializados, como estufas. Plantas como a dioneia, a sensitiva e a planta-da-ressurreição são vendidas como novidades. Formas de arte especializadas no arranjo de plantas cortadas ou vivas incluem bonsai, ikebana e o arranjo de flores cortadas ou secas. As plantas ornamentais às vezes mudaram o curso da história, como na tulipomania.
Na ciência
O estudo tradicional das plantas é a ciência da botânica. A pesquisa biológica básica frequentemente utiliza plantas como organismos modelo. Em genética, o cruzamento de ervilhas permitiu a Gregor Mendel derivar as leis básicas que regem a hereditariedade e o exame dos cromossomos no milho permitiu a Barbara McClintock demonstrar sua conexão com características hereditárias. A planta Arabidopsis thaliana é usada em laboratórios como organismo modelo para entender como os genes controlam o crescimento e o desenvolvimento das estruturas vegetais. Os anéis de crescimento das árvores fornecem um método de datação em arqueologia e um registro de climas passados. O estudo de fósseis de plantas, ou paleobotânica, fornece informações sobre a evolução das plantas, reconstruções paleogeográficas e mudanças climáticas passadas. Fósseis de plantas também podem ajudar a determinar a idade das rochas.
Na mitologia, religião e cultura
Plantas, incluindo árvores, aparecem na mitologia, religião e literatura. Em diversas religiões indo-europeias, siberianas e nativas americanas, o motivo da árvore do mundo é representado como uma árvore colossal que cresce na terra, sustentando os céus e com suas raízes alcançando o submundo. Ela também pode aparecer como uma árvore cósmica ou uma árvore-águia e serpente. As formas da árvore do mundo incluem a árvore da vida arquetípica, que por sua vez está ligada ao conceito eurasiático da árvore sagrada. Outro motivo antigo difundido, encontrado, por exemplo, no Irã, apresenta uma árvore da vida ladeada por um par de animais confrontados.
