La reproducció en les plantes

En l'última sessió vam estudiar com es reproduïen els animals i vam fer especial incidència en els dos tipus de reproducció que hi ha: La reproducció sexual i l'asexual. Vam arribar a la conclusió que la reproducció sexual donava lloc a més variabilitat a l'espècie i per tant permetia millors adaptacions al medi. Però del que no vam parlar és com les plantes fan la reproducció. Tot i que en les plantes també hi ha certa variabilitat, és potser més senzill de treballar que no pas la reproducció animal.
Per tal d'estudiar la reproducció en les plantes potser val la pena, com sempre, començar per el que més coneixeu, el més proper i llavors tirar enrere en l'evolució per tal que veieu altres possibilitats.

La reproducció en les plantes amb llavor
Les plantes amb llavor fan reproducció sexual, per tant han de ser capaces de produir gàmetes. I qui s'encarrega de produir-los? Les flors, ja que aquestes són els òrgans reproductors de les plantes:

La flor està composta de diverses parts, cadascuna amb una funció determinada on els estams són els òrgans masculins que fabriquen el pol·len o gàmeta masculí i el pistil, òrgan femení de la flor on es fabriquen els òvuls o gàmetes femenins de la flor.
Les diferents parts de la flor i les seves funcions són:

• Corol·la: Estructura formada pels pètals de les flors que envolten els òrgans reproductors.
• Pètals: solen ser de colors cridaners que atreuen els insectes per ajudar en la pol·linització.
• Calze: estructura formada pels sèpals que serveix per a protegir la flor.
• Sèpals: fulles modificades, de color verd que protegien la flor durant la seva formació. Quan aquesta s'obren queden a la part de sota.
• Pistil: Òrgan reproductor femení de la flor, està format per l'estigma, l'estil i l'ovari.
• Estigma: Part superior del pistil. Conté una substància que permet que el pol·len s'adhereixi i a més a més està foradada per tal que el tub pol·linic hi pugui desenvolupar-se.
• Estil: Tub del pistil per on es desenvolupa el tub pol·linic.
• Ovari: Part de la flor que conté els gàmetes femenins.
• Estam: Òrgan reproductor masculí en forma de fil·lament que conté els sacs pol·linics.
• Antera: Part superior de l'estam.
• Sac pol·línic: situat a les anteres, es la part de l'estam on es formen els gàmetes masculins.

Les flors a la natura es poden presentar de formes diferents. Es pot donar el cas que la flor contingui totes les parts bàsiques i per tant sigui tant femenina com masculina o es pot donar que només sigui masculina o només sigui femenina.
Aquest seria un exemple de flor masculina:

Aquesta seria un exemple de flor femenina:

Sigui com sigui, en tots els casos es fa necessari que el pol·len viatgi des dels estams cap a la part femenina d'una flor per tal de donar-se la fecundació. A aquest procés se li anomena pol·linització i pot succeir de dos maneres en funció de com sigui la flor:

• Autopol·linització: quan la flor es pol·linitza a sí mateixa passant els grans de pol·len dels estams al pistil de la pròpia flor.

• Pol·linització creuada: quan els grans de pol·len d'una flor arriben a l'òrgan femení d'una altre flor diferent.

El pol·len d'una flor pot viatjar a una altre gràcies a diversos factors com pot ser el vent o els insectes. Ja vam comentar que una de les grans avantatges del mutualisme és que les plantes en resulten beneficiades d'alimentar els insectes amb el nèctar que produeixen, ja que així el pol·len produït es transportat per ells de flor en flor.

Un cop el pol·len arriba al pistil de la flor es forma l'anomenat tub pol·línic. Aquest és una prolongació en forma de tub que s'introdueix a través de l'estigma fins arribar a l'ovari on el gàmeta masculí, transportat pel pol·len fecundarà l'òvul. Un cop fecundat es formarà el zigot que es desenvoluparà fins a formar l'embrió. Mentre en els animals l'embrió continua el seu desenvolupament fins arribar a formar l'individu adult, en les plantes l'embrió queda tancat dins d'una llavor en espera a que les condicions ambientals siguin favorables per al creixement de la planta.

Un cop formada la llavor es pot donar el cas que es formi un fruit al seu voltant que la protegirà i li aportarà nutrients a més de facilitar la seva dispersió ja que els animals es veuran atrets per el fruit i se'l menjaran, aconseguint així que la llavor pugui arribar a llocs molt llunyans de la planta original.
A part de gràcies als fruits hi ha més formes en les que les llavors es puguin dispersar:

• Vent: algunes llavors desenvolupen estructures que permeten que el vent les arrossegui amb facilitat. És el cas de la dent de lleó o de les llavors del pi:

• Éssers vius: algunes llavors han desenvolupat estructures que s'adhereixen al pelatge de molts éssers vius de manera que poden ser transportades a llocs llunyans.

Quan les condicions són adequades, la llavor germina, és a dir, l'embrió s'activa i comença el seu desenvolupament que implicarà el creixement primer d'una plàntula, o planta jove per desprès arribar a l'individu adult capaç de reproduir-se:

I què passa doncs amb les plantes que no tenen flors i per tant no produeixen llavors?
Les falgueres i les molses són plantes que no tenen flors i per tant no poden produir llavors. Aquestes, al igual que les meduses presenten alternança de generacions, és a dir, durant una de les etapes de desenvolupament les plantes presenten reproducció asexual i en la següent presenten reproducció sexual:

En aquest cicle biològic l'individu adult fabrica espores mitjançant la reproducció asexual. Aquestes espores, resistents a la baixa humitat i amb gran capacitat de dispersió seran arrossegades pel vent fins a zones humides on puguin créixer individus capaços de fer la reproducció sexual. Només amb alts continguts d'humitat els gàmetes podran desplaçar-se per trobar-se i produir-se la fecundació. Un cop s'hagi donat la fecundació, podrà créixer un individu adult que tornarà a començar el cicle.


Amb aquest post acabem la reproducció de les plantes i per tant tota la unitat relacionada amb les funcions vitals i els éssers vius.

La funció de reproducció en els animals

La última funció vital de la que parlarem i amb la que finalitzarem la biologia d'aquest curs és la reproducció. Cap ésser viu no tindria sentit si no pogués reproduir-se, és a dir, si no pogués crear còpies de sí mateix per tal de perpetuar o continuar l'espècie.
Així doncs, amb la finalitat de sobreviure la natura ha ideat una sèrie de mecanismes que permeten als éssers vius obtenir descendents.
Observem el cicle vital de les estrelles de mar:

Tal i com podeu veure al diagrama, els individus adults mascles i femelles expulsen òvuls i espermatozoides, és a dir gàmetes o cel·lules reproductores, per formar el que s'anomena un zigot a partir del qual i passant per diferents fases es formaria un individu adult. Si això ho comparem amb el que fan els éssers humans, ens adonem que no hi ha gaire diferència, no? Llavors perquè segurament ho veieu tant estrany?
Pot ser pot ser per això?

Sempre us han explicat que les estrelles de mar i molts altres organismes a la Terra es reproduïen mitjançant el que s'anomena reproducció asexual. Bé, recordem el que és:

• La reproducció asexual és aquella en la qual a partir d'un únic progenitor es generen un o diversos descendents exactament iguals a ell.

 Així doncs, a partir de la reproducció asexual un únic individu en pot generar altres mitjançant diversos processos com la gemmació, l'escissió, la fragmentació i l'esporulació.

• Gemmació: Els nous individus es formen a partir d'una gemma, és a dir, d'un engreixament que apareix en una de l'individu que a mida que es va desenvolupant dóna lloc a un altre d'igual. Es pròpia de l'hidra d'aigua:

• Escissió: Els nous individus es formen quan el progenitor es divideix en dos donant lloc a dos descendents. Les estrelles de mar són el millor exemple.

• Fragmentació: Igual que en l'escissió sols que en aquest cas dona lloc a més de dos descendents. Els platihelmints serien un bon exemple.

• Esporulació: Un sol individu genera una sèrie d'espores que un cop dispersades poden desenvolupar-se per a formar cadascuna un individu. La fan principalment fongs i plantes:

Bé, si comparem quins són els grups d'espècies que realitzen aquest tipus de reproducció ens adonem que en tots els casos es tracta d'espècies marines invertebrades i molt poc desenvolupades. Si continuem amb la premisa que hem mantingut al llarg de les diferents sessions arribem a la mateixa conclusió de sempre: com més senzill sigui l'organisme més senzilla es la forma que té de fer els diferents processos vitals.

Però encara hi ha una altre pregunta pendent: Perquè les estrelles de mar són capaces de reproduir-se mitjançant gàmetes i a la vegada fer reproducció asexual mitjançant escissió? Es possible doncs que una mateixa espècie pugui realitzar la reproducció de dos formes diferents? I per últim, què és tot això de cèl·lules reproductores, gàmetes i zigots?
Comencem per la última pregunta: Què fan els humans?

Molt bé! Reproducció sexual, però en què consisteix?

• La reproducció sexual és aquella on dos progenitors, un mascle i una femella, produeixen cèl·lules sexuals o gàmetes que s'uneixen per formar descendents. En aquest tipus de reproducció els descendents són diferents als progenitors.

I en què consisteix aquest tipus de reproducció? Doncs bé, els mascles produeixen uns gàmetes anomenats espermatozoides i les femelles produeixen òvuls. Quan un espermatozoide i un òvul s'uneixen es dóna la fecundació que donarà lloc a un ou o zigot que en desenvolupar-se donarà lloc a un embrió.

Què són els gàmetes?
Els gàmetes són les cèl·lules especialitzades en la reproducció, són evidentment, produïdes per uns òrgans específics que en el cas dels vertebrats s'anomenen testicles i ovaris.

En què consisteix la fecundació?
La fecundació és la unió de dos gàmetes un de masculí i un de femení. És a dir, és la manera en com els espermatozoides arriben als òvuls. Segurament pensareu que si aquest tipus de reproducció és pròpia dels vertebrats i hi ha molts tipus de vertebrats segurament hi haurà diferents formes de fer la fecundació, no?
Doncs sí:
Observeu aquesta imatge:

Això és el que s'anomena fecundació externa. En aquest tipus de fecundació, la femella allibera òvuls a l'aigua i el mascle allibera llavors l'esperma. D'aquesta manera, i sempre dins de l'aigua, els espermatozoides poden nedar fins a l'òvul on el fecundarien per acabar formant el zigot. Aquest tipus de fecundació és pròpia de la major part d'éssers vius aquàtics, invertebrats, peixos i amfibis.
I els éssers vius terrestres?

En aquest tipus de reproducció el mascle introdueix l'òrgan reproductor en el cos de la femella per tal d'alliberar els espermatozoides i així poder fecundar els òvuls per tal de generar el zigot.

Un cop s'ha donat la fecundació, l'ou o zigot s'ha de poder desenvolupar per tal de formar l'embrió. El desenvolupament de l'ou o zigot varia també en funció dels grups d'espècies, és el que s'anomena éssers vius ovípars, ovovivípars i vivípars:

• Ovípars: La majoria dels rèptils, aus i insectes, posen ous amb closca mineralitzada. L'aparició de la possibilitat de posar ous, va permetre als animals terrestres protegir la seva descendència dels depredadors. Pensem que fins a llavors, els ous es desenvolupaven sota l'aigua a l'abast de qualsevol ésser que se'n volgués alimentar.

• Ovovivípars: Aquest és un cas especial, ja que tot i que l'embrió es desenvolupa dins d'un ou amb closca, aquest és incubat dintre del cos de la femella i la descendència neix viva. És el cas de taurons, algunes serps, llangardaixos i un únic tipus de mamífer: l'ornitorinc.

• Vivípars: L'últim avenç evolutiu és la possibilitat de desenvolupar l'embrió dintre del cos de la femella de manera que la descendència neix viva. Aquest tipus de desenvolupament té l'avantatge que els progenitors no han d'abandonar la descendència a l'abast de qualsevol depredador, si no que la porten sempre amb ells afavorint la perpetuació de l'espècie. És pròpia dels mamífers.

I què passa quan neix l'embrió?
Bé, un cop l'embrió s'ha format el desenvolupament de l'individu fins arribar a l'etapa adulta també pot variar:

En la imatge podem veure dos tipus de desenvolupament:

• Directe: Quan la cria neix ja formada i només ha de créixer. Aquest desenvolupament és propi de rèptils, ocells, peixos, mamífers i molts invertebrats.
• Indirecte: L'embrió que neix és molt diferent de l'individu adult de manera que passa per diverses fases de desenvolupament, anomenades metamorfosis, amb les quals arriba a convertir-se en adult. És el cas de molts insectes i dels amfibis.

Aquest tipus de reproducció té grans avantatges a nivell evolutiu ja que permet el que s'anomena variabilitat genètica, és a dir, dóna lloc a individus diferents als progenitors que aporten diferències a l'espècie, unes diferències que poden suposar un avantatge en determinades circumstàncies.

Per exemple:
Tenim un individu adaptat a viure a 15º de temperatura en un lloc determinat. Te descendència i entre els seus fills hi ha alguns més adaptat a viure a 15º i altres adaptats a 20º. Si les circumstàncies es mantenen igual, els adaptats a 20º moriran, però si resulta que les condicions ambientals canvien, com està passant ara amb el canvi climàtic, la temperatura de la zona podria pujar de manera que els que estan adaptats a viure a 15º moririen. Aquesta variabilitat en la descendència permet que l'espècie continuï encara que les condicions ambientals canviïn.

I quins organismes fan la reproducció sexual? Bé, la gran majoria. Tots els vertebrats ho fan i la major part dels invertebrats també. Es més, aquells éssers vius que tradicionalment coneixem com a exemples de reproducció asexual resulta que fan en algun moment del seu cicle vital la reproducció sexual, ja que com ja hem comentat, és la que permet la màxima variabilitat dintre de la pròpia espècie.
Quan una espècie presenta dintre del seu cicle vital tant reproducció sexual com reproducció asexual es parla d'alternança de generacions. És el cas de les meduses i molts altres invertebrats aquàtics:

Fins aquí la reproducció en els animals. Hem descobert que hi ha dos tipus de reproducció, que aquests poden conviure en el cicle vital d'un ésser viu. Hem après també que en la reproducció sexual hi intervenen els gàmetes i que aquest es poden unir en diferents situacions a més també hem descobert com es desenvolupen els embrions.
En el pròxim post treballarem la reproducció en les plantes i per tant finalitzarem la biologia d'aquest curs.

Estímuls i respostes en els animals

En l'última sessió vam comentar com les plantes eren capaces de captar estímuls i elaborar respostes. Doncs, ara tocaria parlar de com executen la funció de relació els animals. Tot i així, abans de parlar dels òrgans dels sentits i del sistema nerviós val la pena veure com és la seva morfologia, és a dir la seva estructura física ja que ens ajudarà a comprendre com aquests han evolucionat al llarg del temps.
Bé, observeu aquesta imatge:

Quins d'aquests éssers vius diríeu que és el més evolucionat? fàcil no?
Però, davant la pregunta de què tenen en comú aquests éssers vius a nivell d'aspecte físic, que en diríeu?

Molt bé!

Cap, cos i extremitats

I alguna cosa més? Deixeu-me que us doni una pista, penseu en simetria...
Tots ells són simètrics!
Tenen el que s'anomena simetria bilateral ja que tenen un pla de simetria vertical que recorre tot el seu cos:

Però que passa amb els invertebrats? us heu fixat alguna vegada? Comparem-los.

Tal i com podeu veure també tenen aquest tipus de simetria.
Tot i que podria semblar una coincidència, no ho és pas. Tot això ha estat conseqüència d'un procés evolutiu que ha afavorit a aquells éssers més ben adaptats. A més a més hem de pensar que no sols tenen aquestes coses en comú insectes, artròpodes i vertebrats.
Quines parts podeu identificar en els éssers de la última imatge?
Sí, tots tenen un cap, un tòrax i un abdomen a part de les extremitats.

I que sol haver en el cap de totes els éssers vius de la terra? Segurament la resposta ràpida serà un cervell, doncs bé, és més adequat parlar de cefalització, ja que el que tenen tots aquests éssers és un encèfal o una sèrie de ganglis cefàlics, molt més senzill que un cervell, situat al cap. I què requereix aquest encèfal per a que tot el cos de l'ésser funcioni?
Sistema nerviós!
És a dir, tots els éssers vius de la terra que presenten una simetria bilateral tenen un sistema nerviós més o menys desenvolupat.
I per a què serveix el sistema nerviós?
Molt bé! per captar estímuls i elaborar respostes, encara que això no és ben bé així ja que el sistema nerviós sols executa una part de la funció de relació i és el transport de la informació cap a l'encèfal per a que aquest elabori una resposta.
I llavors qui s'encarrega de captar els estímuls?
Els òrgans dels sentits:

Vista, oïda, gust, olfacte i tacte.

I són aquests mateixos sentits en els animals invertebrats? En general sí, sols que no tenen l'estructura que tenen els nostres i moltes vegades un mateix òrgan s'encarrega de més d'una funció. Ja vam comentar que com més primitiu sigui l'ésser més senzilla és la manera que té de realitzar les seves funcions. Un exemple són les antenes dels insectes que els hi serveixen com a oïda i com a tacte. 

Us heu fixat que tots els éssers vius amb un encèfal tenen situats els òrgans dels sentits al cap? Bé aquesta és una altre de les característiques comunes. Tret d'algun sentit concret, en general tots estan situats en el mateix lloc, ja que així el transport de la informació és molt més ràpida.

I com funciona el binomi estimul-resposta en els animals?

Bé, els éssers vius capten la informació mitjançant els òrgans dels sentits, aquesta informació es transportada cap a l'encèfal mitjançant el sistema nerviós on la resposta serà elaborada. Ara entrarien en joc els anomenats òrgans efectors, configurats principalment per teixit muscular que realitzarien la resposta elaborada en l'encèfal:

I què passa amb la resta d'éssers vius? No tots tenen un cap, no tots tenen un encèfal ben desenvolupat. Llavors com s'ho fan?
Bé, solen tenir cèl·lules nervioses soltes disperses per tot el cos. Això es típic de pòlips, esponges i altres éssers molt més senzills.

Una altre aspecte que no hem comentat encara respecte als éssers menys desenvolupats és que tampoc tenen una simetria bilateral. Com més ens allunyem en el temps i més senzill sigui l'ésser més ens trobem amb altres tipus de simetria com és la radial pròpia de l'estrella de mar, la medusa i els erizons de mar:

I si encara ens anem més lluny? Doncs la simetria desapareix. Són els animals anomenats asimètrics com els porífers o les esponges:

Bé amb això hem descobert com els animals realitzen la funció de relació que com ja sabeu té la finalitat d'obtenir aliments, relacionar-se amb altres éssers vius i per últim obtenir informació del nostre cos mitjançant l'avaluació dels estímuls i l'elaboració de les respostes adequades.
En la pròxima sessió treballarem la reproducció.

Estímuls i respostes

En les darreres sessions hem treballat la nutrició com a una de les tres funcions vitals que fan els éssers vius. Però encara ens queden dos funcions importants: la relació i la reproducció.
La finalitat d'aquest post és introduir-vos en la funció de relació.

La funció de relació consisteix en percebre la informació que prové de l'ambient, el medi extern i la que prové de l'interior del cos, el medi intern i respondre als canvis que es produeixen per a poder obtenir aliments, defensar-se, reproduir-se o sobreviure.

Suposo que desprès d'haver treballat els ecosistemes pensareu que la funció de relació està més que treballada però, esteu segurs?
Tota la relació que trobem en els éssers vius és protegir-se, buscar aliment o ajudar-se mútuament?
Segur que deveu pensar en les relacions humanes com a altre possibilitat, però podria ser que hi hagués alguna cosa més?
Mireu el vídeo següent:

Com podeu explicar aquest fet? Les plantes tenen músculs? tenen nervis? Tenen sentits?
No.
Llavors com ho fan?
Bé per entendre-ho primer hem de saber què és el binomi estímul-resposta:
Quan esmento la paraula estímul, què és el primer que us bé al cap?
Alguna cosa que provoca una reacció no?
Potser calor, fred, llum intensa o foscor sobtada, podem parlar de cops o fins hi tot sons. Podem estar d'acord de què tot això són estímuls. Però d'on provenen? Provenen de dintre del cos o de fora?
Aquí ja podem identificar dos aspectes:

• Estímuls externs: aquells que provenen de l'exterior i,  
  
• Estímuls interns: aquells que provenen de l'interior.

Centren-nos en els estímuls que provenen de l'exterior veient uns exemples de com reacciona el nostre cos davant certes situacions:
Què fem quan ens cau oli bullent a la mà quan estem cuinant? Què fem quan ens apropen una espelma? o quan toquem alguna cosa que està molt freda sense esperar-ho?
Evidentment, enretirem la mà. Però perquè ho fem? Què ens fa notar que una cosa crema molt o està molt freda? Què ens fa reaccionar quan algú ens toca?
Suposo que la primera resposta que tindreu a la ment són els sentits, però que són realment els sentits i com podem relacionar tot això amb el vídeo que acabem de veure?
Us dono una pista: són també els responsables de la nutrició...
Molt bé! Les cèl·lules!
I com s'ho fan?
La idea que vull que tingueu clara és que no totes les cèl·lules són iguals i no totes tenen les mateixes funcions. Per tant, el més probable és que hi hagi cèl·lules amb "prestacions" especials que permetin notar totes aquestes coses de les que hem parlat. A aquestes cèl·lules les podem anomenar cèl·lules sensitives i normalment hi ha tantes com estímuls hi hagi.
Per tant, quan notem que alguna cosa està freda, voldrà dir que tenim una sèrie de cèl·lules a la pell especialitzades en notar precisament això: la fredor. La calor tindrà també una cèl·lula especialitzada de la mateixa manera que la té la pressió.
Això que hi hagi cèl·lules capaces de notar coses està molt bé, però com pot ser que la planta del vídeo pugui tancar les seves fulles quan nota el contacte d'un dit, si no té músculs ?
Aquí és on entrarien en lloc les cèl·lules anomenades cèl·lules efectores, és a dir cèl·lules capaces d'efectuar una resposta a l'estímul, per què clar, en els exemples anteriors identificàvem un estímul: la calor i una resposta: enretirar la mà. I en el vídeo que hem vist també hi podem identificar lo mateix:
Estímul: el contacte amb els dits
Resposta: el tancament de les fulles
Doncs bé, de la mateixa manera que les cèl·lules estan "programades" per a percebre estímuls de l'exterior també ho estan per a reaccionar davant aquest estímul.
Evidentment en els éssers vius més complexos, cada cèl·lula s'encarregarà d'una funció diferent i per tant en lloc d'haver-hi cèl·lules sensitives, hi hauran sentits i en lloc d'haver-hi cèl·lules efectores el que hi haurà seran òrgans efectors. Però en els éssers vius més senzills i sobretot en els microorganismes, les mateixes cèl·lules s'encarreguen de les dues funcions.
Per exemple: un ésser viu unicel·lular funcionarà bé en un rang de temperatura determinat de manera que si aquest varia, s'activaran diverses reaccions com pot ser entrar en hibernació en espera que hi hagi una situació millor per viure. De la mateixa manera notaran la quantitat d'humitat, la salinitat o altres factors que poden influenciar en la vida d'aquest ésser, fins hi tot aquesta capacitat de notar estímuls és la que necessària per a que captin la presència de substàncies de les quals es puguin alimentar. Així doncs, els microorganismes efectuarien la funció de relació d'aquesta manera, reaccionant als estímuls ambientals que condicionen la seva supervivència.

Però que passa amb les plantes? Doncs bé, també tenen cèl·lules especialitzades. Poden notar temperatures, quantitat de llum, humitat ambiental i fins hi tot on està la gravetat i tot això els influeix a l'hora de créixer: són els anomenats Tropismes.
Els tropismes són canvis en la direcció de creixement de la planta en resposta a diferents estímuls ambientals i que poden ser positius si la planta s'apropa a l'estímul o negatius en cas que la planta se n'allunyi:

• Fototromisme: és el moviment de la planta respecte de la llum. La tija i les fulles aniran a favor de la llum, la buscaran, mentre que les arrels s'allunyaran.

• Higrotropisme: és el moviment que fan les arrels quan perceben una alta humitat, serà doncs positiu.

• Geotropisme: és quan les arrels s'enfonsen a la terra atretes per la gravetat, és a dir es tracta de geotropisme positiu. D'altra banda la tija se n'allunyarà, per tant és geotropisme negatiu.

• Quimiotropisme: Les plantes requereixen determinades sals minerals, per tant, el creixement de les arrels també s'hi veurà afectat.

Però tot això explica el vídeo? No.
El vídeo és un cas especial que s'anomena nàstia i és la resposta d'una part de la planta a un estímul específic.
En el cas del vídeo, el tancament de la fulla és dóna al contacte d'un altre ésser, però no sols està això, el moviment dels gira-sols seguint el Sol, també són nàsties, de la mateixa manera que el moviment de les plantes carnívores en tancar les seves fulles quan nota que hi ha un insecte.


Doncs bé, en aquesta sessió hem descobert que les cèl·lules són les principals responsables de captar els estímuls i elaborar una resposta en funció sempre de les necessitats de l'ésser viu. També hem descobert com funciona la funció de relació en les plantes: els tropismes i les nàsties.
En el proper post parlarem de la funció de relació en els animals, on és molt més complex ja que entra en joc el sistema nerviós. Bé, però d'això ja em parlarem.

Nutrició autòtrofa a les plantes: la fotosíntesis

Si valorem, a nivell de diversitat taxonòmica, és a dir en funció de la quantitat de grups d'éssers vius que hi ha a la terra, la nutrició heteròtrofa seria la més abundant ja que és pròpia del regne animal, el regne dels fongs i la major part dels bacteris i dels protozous. Però tots aquests éssers vius no existirien si no fos per la nutrició autòtrofa.
Els éssers vius autòtrofs són aquells que utilitzen la matèria inorgànica, com gasos i sals minerals, i l'energia que poden aconseguir del sol o  l'energia química de determinades substàncies, per fabricar la matèria orgànica que necessiten per a realitzar els seus processos biològics. És a dir, són éssers que per a realitzar la funció de nutrició no requereixen ingerir matèria orgànica de l'exterior i per tant no necessiten de tots aquells òrgans i estructures de les quals depenen els éssers heteròtrofs.
I en què consisteix exactament la fotosíntesis?

El primer que cal dir és que aquest procés succeeix a les cèl·lules, concretament en els orgànuls cel·lulars anomenats cloroplast.
Ja vam comentar, en sessions anteriors, que els cloroplasts són orgànuls exclusius de la cèl·lula eucariota vegetal i que aquest orgànul conté una substància anomenada clorofil·la. Aquesta substància té la capacitat de modificar-se en presència de llum solar, fins al punt que si a més de llum hi ha aigua i diòxid de carboni és capaç, mitjançant una sèrie de reaccions químiques, de transformar totes aquestes substàncies en altres que la planta pot aprofitar i que la resta d'éssers vius necessita: la matèria orgànica o més concretament la glucosa.
La glucosa és un glúcid, és a dir un sucre, que desprès la planta, amb altres reaccions químiques es capaç de transformar en una altre substància anomenada midó que per a la planta és un reservori d'energia. Heu escoltat alguna vegada que les patates, l'arròs, la pasta o el pa s'han de menjar amb moderació perquè aporten molta energia per al cos? Doncs bé, tots aquests aliments tenen en comú que contenen midó, és a dir, tots aquests aliments tenen en comú que provenen del "magatzem d'energia" de les plantes.
La reacció química de la fotosíntesis és aquesta:

Fixeu-vos que la fotosíntesi necessita aigua i diòxid de carboni, és a dir, ha de captar de l'ambient aquestes dues substàncies i transportar-les a les cèl·lules exposades a la llum solar per a que aquestes puguin fer la reacció. A més, un cop feta, la planta també ha de ser capaç d'expulsar a l'exterior l'oxigen sobrant i que ja no necessita i de transportar la matèria orgànica per a que arribi a totes les cèl·lules de les plantes que desprès mitjançant la respiració cel·lular fabricaran la resta d'estructures que necessiten. És a dir, requereix d'una sèrie d'òrgans captadors de matèria, uns altres que permetin circular aquesta matèria per la planta i uns altres que permetin expulsar allò que la planta no necessita.
Veiem quins són aquest òrgans:

• Les arrels: són les encarregades de captar la humitat i les sals minerals que les plantes necessiten. Ho fan gràcies a la difusió, un procés que ja coneixem dels éssers heteròtrofs i que succeeix en uns pèls microscopis que presenta la superfície de les arrels. A aquesta barreja l'anomenem saba bruta. 

• Vasos llenyosos o xilema: es tracta d'una sèrie de tubs que s'encarreguen de conduir la saba bruta cap a les cèl·lules, on tindrà lloc la fotosíntesis.

• Vasos liberians o floema: un cop ha tingut lloc la fotosíntesis, es fa necessari distribuir tota la matèria orgànica generada per tota la planta. Això és possible gràcies als vasos liberians que condueixen el fluid enriquit en matèria orgànica o saba elaborada per tal que arribi a totes les cèl·lules.

• Tiges i fulles verdes: els teixits vegetals on té lloc la fotosíntesis són aquells, molt verds, on les cèl·lules tenen una alta concentració de cloroplasts, és a dir les fulles i tiges verdes. Una altra característica important de les cèl·lules de les fulles és la presència d'estomes. Els estomes són uns porus superficials localitzats en l'epidermis de les fulles i que regulen l'entrada i sortida dels gasos i del vapor d'aigua, és a dir funcionen com a petites bosses d'aire que s'obren i es tanquen per tal de realitzar l'intercanvi de gasos amb l'exterior.

Un cop sabem quins són els òrgans implicats en la nutrició podem descriure el procés complet:

1. L'aigua i les sals minerals són absorbides per les arrels formant la saba bruta que pujarà cap a les fulles a través dels vasos llenyosos.
2. Quan arriba a les fulles la saba bruta s'enriqueix amb diòxid de carboni gràcies als estomes i entra en les cèl·lules on gràcies a la llum solar es realitzarà la fotosíntesi en els cloroplasts que donarà lloc a glúcids i oxigen.
3. La barreja de glúcids, oxigen i aigua donarà lloc a la saba elaborada que viatjarà pels vasos liberians distribuint-se per tota la planta. L'oxigen i el vapor d'aigua sobrant serà expulsat a l'exterior a través dels estomes.

Bé, i les plantes només fan la fotosíntesis?
No. Les plantes també respiren. Les plantes també fan la respiració cel·lular als mitocondris i per tant també necessiten oxigen de la mateixa manera que ho fem nosaltres, ja que sinó no podrien fabricar tota la resta de substàncies que necessiten per desenvolupar-se
I quan ho fan? Sempre.
Tot i que la idea de que les plantes absorbeixen diòxid de carboni i expulsen oxigen durant el dia, i que durant la nit absorbeixen oxigen i expulsen diòxid de carboni, pot semblar lògica no ho és. Les plantes fan la fotosíntesis sols quan hi ha llum solar i per tant només la poden fer de dia, però respiren sempre, és a dir, durant tot el dia. El que passa és que la taxa de producció d'oxigen durant el dia és molt més elevada que la taxa de consum i per això els éssers vius autòtrofs són els principals responsables de la presència d'oxigen a l'aire i de que la resta d'éssers vius hi puguin respirar. És més, són els responsables que existeixi l'anomenada capa d'ozó, una acumulació excepcional d'oxigen que està situada a l'estratosfera (entre els 15 i 40km d'altitud) i que actua com a filtre dels raigs ultraviolats del Sol, molt perillosos per a la vida de la Terra.

Fins aquí la nutrició autòtrofa de les plantes i per tant la nutrició en general. En els pròxims post parlarem de la funció de relació i de la funció de reproducció.

Nutrició heteròtrofa: la diversitat de la natura

En la sessió anterior vam descobrir que la nutrició és un procés que implica un intercanvi de matèria i energia amb l’exterior amb la finalitat de que les cèl·lules tinguin tot allò que necessiten per efectuar les seves funcions.

També vam comentar que aquest procés és força semblant en tots els éssers vius heteròtrofs de la Terra. Recordem que un ésser heteròtrof és aquell que no es capaç de fabricar els seus nutrients i per tant els ha d’incorporar de l’exterior.  Tot i que el procés a nivell cel·lular (o micro) en aquest tipus d’éssers vius és molt i molt similar, a nivell d’organisme (o macro) la natura presenta molta variabilitat. La finalitat d'aquesta sessió és estudiar com varien els processos implicats en la nutrició en funció del tipus d'ésser viu que estudiem.

Per tal de treballar la immensa variabilitat que hi ha la natura, potser val la pena parlar per separat de cadascun dels processos implicats tot començant des d'un ésser viu complex, que es pot ser més proper a vosaltres cap a un ésser viu més senzill. Recordem els processos:

Ingestió i digestió dels aliments

La digestió és el procés mitjançant el qual els éssers vius transformen els aliments que han ingerit en nutrients que puguin absorbir per fer les seves funcions.

Un cop sabem què és la digestió, el més lògic seria veure com aquesta es produeix en els éssers viu però clar, també hem parlat d'ingestió. Tots els éssers vius ingereixen els aliments de la mateixa manera? la resposta és clara: No.

• Molts dels vertebrats, que són els animals que més coneixeu, trituren els aliments utilitzant les dents i mandíbules especialitzades desprès d'haver-lo atrapat. És més les mandíbules arriben a ser tant especialitzades que si les observem podem arribar a saber si l'ésser viu és herbívor o carnívor:

• Altres éssers vius poden xuclar directament l'aliment a través de trompes, com fan les papallones i les abelles amb les flors o poden fins hi tot perforar la pell, l'epiteli, d'altres éssers per tal d'alimentar-se dels sucs que circulen pels vasos de l'organisme, és el cas de pugons i mosquits.

• Per últim, els éssers vius més senzills, normalment aquàtics, filtren l'aliment de l'aigua a través de petites cavitats o porus replets de pels que atrapen les partícules en suspensió, és el cas dels pòlips de corall i dels porífers. Tot i que aquesta és la forma més simple d'ingestió i és pròpia dels éssers vius més senzills, també es pot arribar a donar en éssers vius més complexos com és el cas d'algunes espècies de balenes que filtren l'aigua de mar per tal d'atrapar el placton del qual s'alimenten.

Un cop sabem com atrapen l'aliment, veiem ara com el poden digerir:

Els éssers vius complexos, com nosaltres, digerim els aliments en uns òrgans especialitzats que anomenem en general aparell digestiu. Aquests aparells solen estar compostos per un tub digestiu i una sèrie de glàndules digestives que tenen diverses funcions: l'estomac que s'encarrega de transformar els aliments en nutrients, l'intestí prim que absorbeix aquests nutrients i l'intestí gros que absorbeix l'aigua i expulsa els excrements. 

• Aquest tipus de digestió s'anomena digestió extracel·lular, doncs es dóna en uns òrgans especialitzats. Aquest tipus de digestió és pròpia dels vertebrats i una gran part dels invertebrats.

• Tot i que aquest és el tipus de digestió més comuna a la natura, no és l'única. Els éssers vius més senzills, com les microorganismes (protozous) i alguns invertebrats fan la digestió dintre de la pròpia cèl·lula, sense passar per cap cavitat intermèdia. És l'anomenada digestió intracel·lular.

La circulació

Un cop els éssers vius han transformat l'aliment en nutrients, aquests han de ser transportats a les cèl·lules que l'utilitzaran per fer les seves funcions. Així mateix, és necessari que els gasos necessaris per la nutrició siguin també transportats cap a les cèl·lules i a la vegada que totes aquelles substàncies de rebuig siguin transportades de les cèl·lules cap als òrgans excretors. Bé, aquesta és la missió de l'aparell circulatori o els òrgans encarregats de la circulació. Aquesta és pot fer de tres formes diferents:

• De forma directa, passant d'una cèl·lula a l'altre a través de la membrana cap al medi que la envolta. A aquesta forma l'anomenem difusió i no sols serveix per a transportar nutrients, sinó que també serveix per transportar qualsevol tipus de substància.

• L'altre possibilitat i és la més coneguda per vosaltres és a través de vasos o tubs que conformen una circulació tancada. El líquid circulatori flueix impulsat per un cor o més cors tot arribant a tots els teixits i cèl·lules del cos sense sortir dels vasos. Els nutrients travessarien les parets dels vasos per arribar a les cèl·lules mitjançant la difusió. Segurament ja podeu dir alguns exemples... els humans, evident, però també tots els vertebrats, sí he dit tots, i alguns invertebrats.

• Per últim us deveu haver adonat que falten un gran volum d'éssers vius dels quals no sabem encara com és la seva circulació. Aquests éssers no són tant complexos com els vertebrats ni tant senzills com els microorganismes. Per tant ha d'haver una altre tipus de circulació que estigui a mig camí entre les dues anteriors. És l'anomenada circulació oberta. En aquesta, el líquid circulatori entra i surt dels vasos, passant del les cèl·lules i teixits cap a la circulació i desembocant també en cèl·lules i teixits. Aquest tipus de circulació necessita més d'un cor per tal de poder impulsar el líquid per tot l'organisme. Es pròpia d'artròpodes (escorpins, aranyes, crancs, etc.) mol·lucs i equinoderms (estrelles de mar).

La respiració

Ja sabem com ingereixen els aliments els animals, com el digereixen i com transporten els nutrients i substàncies de rebuig, però que passa amb els gasos? Tots els éssers vius tenen pulmons? La resposta és no. L'intercanvi de gasos que suposa la respiració externa o ventilació (ja sigui pulmonar o no) pot ser efectuada a la natura de formes molt diverses que varien segons sigui la complexitat de l'ésser viu:

• Difusió: tal com hem dit abans, el pas de substàncies de cèl·lula a cèl·lula no sols serveix per als nutrients originats en la digestió, també és una forma de transportar els gasos que poden passar directament del medi a les cèl·lules i viceversa. Els més senzills utilitzen únicament aquest sistema.

• Cutània. Alguns éssers vius són capaços de fer l'intercanvi de gasos directament a través de la pell, és el cas de molts cucs i amfibis. Això és possible gràcies a que els vasos transcorren tant a prop de la pell que, a través de la difusió, poden captar i alliberar els gasos.

• Branquial: Aquells animals que tenen una respiració branquial, posseeixen uns òrgans anomenats brànquies que consisteixen en uns replecs de pell molt plens de vasos sanguinis i que els hi permet captar i alliberar els gasos. En certa manera és com una evolució de la respiració cutània però molt localitzada. És pròpia dels peixos.

Traqueal: Molts insectes posseeixen una sèrie de tubs, anomenats tràquees, que condueixen l'aire cap a l'interior de l'organisme, on a través de la difusió l'organisme pot fer l'intercanvi de gasos.

• Pulmonar: Per últim, aquesta és la forma més coneguda d'intercanvi de gasos, i és a través de pulmons, unes masses esponjoses que s'omplen d'aire i que estan recobertes de vasos sanguinis. Gràcies a la difusió, aquests vasos s'enriqueixen d'oxigen i alliberen diòxid de carboni. La utilitzen els mamífers, els ocells, els rèptils i els amfibis en la seva etapa adulta.

L'excreció

L'últim procés implicat en la nutrició és l'excreció, que consisteix en l'eliminació de substàncies de rebuig originades durant la generació d'energia en les cèl·lules. Aquest procés és molt important ja que si les cèl·lules no el fessin haurien d'acumular productes tòxics que a la llarga podrien provocar molts problemes a l'organisme. I cóm fan els éssers vius aquest procés? Bé, aquest procés també depèn de quina sigui la complexitat de l'organisme:

• Difusió: Tal i com ja hem comentat abans, els productes de rebuig travessen les membranes cel·lulars cap l'exterior. És propi dels porífers i celenterats.

• Conductes excretors, alguns éssers vius com els cucs, els mol·lucs, els equinoderms i els artròpodes tenen uns conductes especialitzats en portar a l'exterior totes aquelles substàncies de rebuig que el cos no necessita.

• L'aparell excretor i les glàndules sudorípares: per últim, els vertebrats, solen tenir un aparell excretor desenvolupat que permet filtrar els líquids circulatoris, gràcies als ronyons i formar l'orina que desprès és expulsada a l'exterior a través d'una sèrie de conductes. Així mateix, alguns vertebrats són capaços de generar suor a través de la qual també expulsen moltes substàncies de rebuig.

Com heu vist, en general els éssers vius més senzills utilitzen la difusió i solen tenir els seus hàbitats al mar. Com més complex és l'organisme, més elaborat és el procés i més òrgans estan implicats. 

Però que passa amb els bacteris heteròtrofs i els fongs? 
Doncs bé, ells absorbeixen la matèria que necessiten mitjançant la difusió i expulsen tot allò que no necessiten mitjançant el mateix procés. Però no tots fan la digestió intracel·lular, si no que expulsen els enzims digestius, és a dir, les substàncies que permeten transformar els aliments en nutrients, cap a l'exterior on actuarien sobre la matèria en descomposició. Un cop aquestes substàncies han "simplificat" els nutrients aquests poden ser absorbits per les cèl·lules mitjançant la difusió. És a dir, fan una digestió externa però a diferència d'altres éssers vius no utilitzen cap òrgan especialitzat. Això fa que aquests éssers vius hagin de viure, literalment, immersos en els aliments.
Aquest és el motiu per el qual els fongs són tant importants: transformen la matèria orgànica en descomposició (excrements, fulles mortes, pels i plomes, cadàvers, etc.) en nutrients que ells poden aprofitar i a la vegada en matèria inorgànica (aigua, sals minerals, gasos, etc.) que altres éssers aprofitaran.
 

Amb aquest post ens podem fer una idea sobre quina és la variabilitat que hi ha a la natura en la forma en com els diferents nutrients arriben a les cèl·lules en els éssers vius heteròtrofs. En els pròxims post treballarem la nutrició des de el punt de vista dels éssers autòtrofs.