La conquista del medio terrestre, las plantas.

Nivel: 6º Agronomía.

En coordinación con física y química.

Adaptable a 1º  de CBU coordinado con Ciencias Físicas.                                                                                                                        

Conceptos que se movilizan en la actividad: nutrición fotoautótrofa, concepto general de fotosíntesis, cormofita y talofita, órganos de una planta, solución química, calor específico, luz, transporte a través de la membrana, factor limitante, poiquilohidria y homohidria, selección natural, adaptación, evolución, presión selectiva y zonas adaptativas. 

El esquema solo considera la taxonomía de los ejemplares propuestos en la actividad

Actividad planificada en el laboratorio para trabajar en grupos.

Materiales: algas en medio acuático, plantacon flores o frutos, lupa binocular, microscopios, preparados fijos de raíz, tallo, hoja, porta objetos, cubre objetos, agua, gotero.

Introducción

El registro fósil y la datación molecular establece que las plantas poblaron el planeta hace aproximadamente  420  a 500 millones de años. Los investigadores sostienen que los parientes más cercanos a las plantas serían las algas verdes, del grupo de las carofíceas con las que comparten algún ancestro común (Campbell & Reece, 2007, p573).

LECTURA 

En las primeras fases de la invasión de la tierra firme por parte de las plantas, con el nuevo hábitat despoblado, la densidad de ocupación era baja. En una segunda fase, se incrementarían localmente tanto el número de individuos como de especies. En una tercera fase, las plantas más altas obtendrían ventaja sobre las demás. Por lo que sabemos, las primeras plantas vasculares, que contienen tejidos internos, xilema y floema y que transportan fluidos a la vez que soportan verticalmente la estructura, carecían de hojas y presentaban ejes fotosintéticos que tendían a crecer verticalmente, sin reforzar con nuevas células el diámetro del eje, con lo cual existía un límite al máximo crecimiento de ese diámetro. Trazada ya en detalle la historia evolutiva de un linaje vegetal por paleo botánicos y por genetistas, les resulta aún muy difícil ofrecer respuestas a ciertas cuestiones fundamentales: ¿por qué se dan los patrones de evolución observados¿ ¿Qué proporción de lo que muestra el registro fósil debe atribuirse al azar y cuál a procesos biológicos y a presiones selectivas, ambas claramente definidas? Así se podría predecir que las plantas con patrones de ramificación asociados a una máxima absorción de luz serán las de mayor éxito (lectura 11). Los cambios en la estructura o forma que incrementen la capacidad de absorción lumínica conferirán ventajas comparativas. Pero para competir en eficacia en pos de la luz y del espacio, las plantas deben desempeñar otras funciones:

*  “deben” evolucionar de manera que las esporas y las semillas se puedan dispersar mejor, para garantir su buen éxito reproductor,

* “deben” mantenerse erguidas, soportando las tensiones mecánicas generadas por el crecimiento vertical.

En los árboles actuales el principal soporte de la carga mecánica es el tronco leñoso, que continuamente ensancha su grosor con nuevas capas concéntricas de células. Ese mecanismo no existía en las plantas primitivas y es posible reconocer cuantitativamente el conflicto que se suscita entre la exposición de grandes áreas de tejidos fotosintéticos y el soporte de tensiones mecánicas resultantes cuando hay un límite al diámetro. Otro conflicto a considerar guarda relación con las sombras proyectadas sobre plantas vecinas y sobre sí mismas. Hacer sombra sobre una planta vecina es ventajoso. Quitarse su propia luz no lo es. Debido a la proyección de sombra del vegetal sobre sí mismo, cualquier incremento de la talla reduce la eficacia de la captura de la luz. La planta captura más luz, pero capta menos luz por eje. Sin embargo la planta grande proyecta sombra sobre las plantas vecinas y sobre sus esporas, de modo que la tendencia al desarrollo de ejemplares mayores, si bien perjudica a los ejemplares individuales, confiere ventajas a la especie. La mera presencia de muchos individuos de la misma especie puede favorecer tendencias evolutivas que ayuden a la especie a competir con otras.

Las simulaciones en computadora de todos estos conflictos muestran tendencias verificables en el registro fósil. Nos aguarda ahora a los biólogos evolutivos la simulación de requisitos estructurales tan importantes como la capacidad de las plantas de transportar fluidos y de disipar calor.( Niklas,1986,p.56)

Sugerencias:

1. La lectura permite discutir aspectos de la evolución analizando los términos usados en la misma como la palabra “deben”, haciendo notar la inconveniencia del uso de algunas palabras que inducen a un espíritu vitalista y finalista de la evolución.
2. Puede ser conveniente  trabajar algunas adaptaciones en clases diferentes, sobre todo las adaptaciones a nivel de reproducción y protección del embrión que no se desarrollaron en esta actividad

Criterio de corrección

1) Partiendo de tus conocimientos adquiridos en física, química y biología, caracteriza el ambiente terrestre y acuático. Ten en cuenta factores físicos como  el agua, los minerales, CO₂ y O₂, la luz, y del ambiente biológico, como la competencia entre organismos. ¿De qué dependen los cambios de temperatura en uno u otro ambiente?

Respuesta  excelente.

El alumno sabe de física que el medio acuático ofrece sostén mecánico y lo observa porque ve flotando el alga.

Sabe de química y física  que en el ambiente acuático  el calor específico del agua determina que los cambios de temperatura son menos bruscos y que los nutrientes se encuentran dispersos en el medio acuático y a disposición de las células a través del intercambio de membrana. Deduce que la competencia entre los organismos se establece por la luz.

Sabe que el medio terrestre es totalmente diferente. Observa estructuras de soporte mecánico y sabe que hay  viento, que produce desecación del ambiente. La temperatura es más variable. Además hay mayor incidencia  de radiaciones ultravioletas. Los nutrientes minerales y el agua están en el suelo, nombra características relacionadas con  absorción.

Respuesta aceptable

Explica solo  características físicas de cada ambiente.

Respuesta insuficiente

No reconoce diferencias en las características físicas y biológicas de los ambientes.. 

2) Frente al material, observa, describe y compara las estructuras, color, morfología, tamaño y la forma de  obtención de nutrientes los dos organismos que se presentan. Compara también la anatomía microscópica realizando preparados  frescos de alga y observando cortes definitivos de distintos órganos de planta. Ubica con la ayuda del docente la presencia de tejidos y dentro de éstos células de forma y espesor de pared diferente.

 Respuesta excelente

En relación a nivel de estructura y a la morfología:

Sabe que el alga tiene una organización talofito. Dependiendo de la especie su forma será laminar, filamentosa, etc. Es de color verde por la presencia de clorofila entre otros pigmentos. La forma corporal y el hecho de estar suspendida en la columna de agua, le facilita obtener  todos los nutrientes a través de las membranas celulares por todo el talo así como la luz.

Sabe que la planta tiene organización cormofito, con raíz, tallo, hojas y órganos florales. La raíz se especializa en  la absorción de agua y de iones, fijación al suelo y reserva. El tallo sostiene las partes aéreas, conduce la savia bruta y elaborada y  a veces realiza la  fotosíntesis al disponer de clorofila. Las hojas se encargan de la fotosíntesis,  el intercambio gaseoso y la  transpiración. Los órganos florales tienen a su cargo la reproducción sexuada.  El fruto contiene a la semilla y ésta al embrión, la diseminación de la especie estará a cargo de uno u otro, según la especie.    

En cuanto a la nutrición, ambos son fotoautótrofos. Sabe que ambos organismos disponen de pigmentos fotosensibles  en cloroplastos, que le permiten la captación de fotones de luz y también requieren  agua con iones disueltos y CO2.

En el ambiente terrestre  las plantas compiten por la luz, pero el factor limitante es el agua, por lo cual incidirá en la presión selectiva. Los organismos presentan adaptaciones que favorecen la competencia por la luz y para la obtención de los nutrientes en este medio, y la reducción de la pérdida de agua. Cita ejemplos como, tejidos vasculares, la lignina que otorga sostén a la planta, estomas, pelos absorbentes, cutina en la epidermis de las hojas y suberina.

Respuesta aceptable

Reconoce las diferencias anatómicas al identificar tejidos solo en plantas, aunque no conoce los términos talofito y cormofito. Reconoce los órganos de las plantas y sabe la función de los órganos vegetativos y relaciona con caracteres como estomas, tricomas.

Sabe que la nutrición es autótrofa y menciona dos de los elementos necesarios de cada ambiente para llevarla a cabo.

Respuesta insuficiente

Describe algunas de las características morfológicas de ambos organismos sin relación con concepto de niveles de estructura, sabe que son autótrofos pero no identifica todos los requerimientos de esta forma de nutrición o no responde.

3)  ¿Qué entiendes por adaptación? ¿Qué características son adaptaciones a cada ambiente?

Respuesta excelente.

Sabe que las adaptaciones son características con base genética que presenta una población como consecuencia de la acción de la selección natural, que tiene como prerrequisito la variabilidad genética del carácter.

Sabe que todas las características siguientes son adaptaciones a esos hábitats:

En el ambiente acuático, la forma laminar o filamentosa del alga, permite el mayor contacto de todas las células con  la luz y el agua favoreciendo la obtención de  nutrientes, la ausencia de cutina. El sostén es por flotación.

En el ambiente terrestre, los nutrientes se encuentran repartidos en el aire y en el suelo por lo que las estrategias para obtenerlos no son solo contar con la membrana. El cuerpo de la planta  terrestre tiene células que además de celulosa presentan en algunos casos lignina, otras una cubierta de cera en las células epidérmicas, estomas y células muertas con diversas funciones como la circulación o el aislamiento hídrico. También reconoce los tricomas como una adaptación al ambiente terrestre (absorción de agua del suelo y homohidria). Estructuras laminares como las hojas, importantes en  la captación de luz.

Las adaptaciones desarrolladas en cada medio son explicadas a través de conceptos de evolución, como la existencia de variabilidad genética en las poblaciones precursores de las plantas debido a mutaciones por radiaciones UV, sobre la que actúa la selección natural en situaciones de  zonas adaptativas inexploradas o  de competencia  y factores limitantes que constituyen presiones selectivas. Los que presentan la base genética podrán sobrevivir a la pérdida de agua, soportar los cambios bruscos de temperatura. La selección favorece a individuos que tienen células precursoras de estomas, células cuyas paredes tienen cutina,  raíces con pelos absorbentes, que  garanticen la permanencia del agua en el cuerpo de la planta.

Respuesta aceptable

Sabe que las características observadas son producto del proceso evolutivo lo relaciona con la selección natural y variabilidad genética,  pero no considera la competencia y los factores limitantes como  presión de selección. Reconoce que  la planta presenta diversidad de tipos celulares con respecto al alga, así como especialización de funciones en diversos órganos. No describe todos.

 Respuesta insuficiente

Reconoce diferencias pero no las sistematiza ni relaciona con niveles de estructura. No tiene concepto de adaptación, ó explica la adaptación mediante el vitalismo y como una situación individual, no poblacional, ó no responde.

Este video y otros sugeridos en esta página son de muy buena calidad de imágenes, haciendo la salvedad de que encontrará en el lenguaje términos a corregir.