En los senderos: desde esporas hasta semillas

Por Mary F.Wilson

Una semilla consta de un embrión con un paquete de nutrición (generalmente), todo alojado en una capa protectora. Varían en tamaño desde las semillas polvorientas de las orquídeas hasta los cocos. Y todos tienen su origen en las esporas.

Las primeras plantas terrestres evolucionaron a partir de algas verdes, quizás hace 500 millones de años o más, y dispersaron a sus descendientes en forma de esporas; los musgos y helechos modernos todavía lo hacen. Pasó mucho tiempo antes de que evolucionaran las semillas (y por supuesto no han dejado de evolucionar). Los botánicos han deducido que las esporas evolucionaron para convertirse en semillas a través de varios pasos importantes y conjeturaron sobre qué características innovadoras hicieron que tales pasos fueran exitosos, de modo que las siguientes generaciones mantuvieran y continuaran esos rasgos. Pensé que sería interesante visualizar esos pasos, para empezar a entender lo que implicaba el proceso.

[On The Trails: La vida en miniatura de las esporas y las semillas]

Comience con las esporas: las esporas germinan para formar organismos diminutos, llamados gametofitos porque producen gametos (espermatozoides y óvulos) que tienen un conjunto de cromosomas genéticos (un conjunto se denomina 1N). Los espermatozoides nadan en busca de óvulos para fertilizar, a veces uniéndose a un óvulo del mismo gametofito. El gametofito retiene el óvulo fertilizado y luego un embrión con dos conjuntos de cromosomas (denominado 2N) a medida que crece hasta convertirse en un musgo o helecho reconocible que madurará y producirá esporas (por lo tanto, se denomina esporofito). Entonces el ciclo de vida es completo alternando una generación de esporofitos con una generación de gametofitos (ver diagrama).

En la mayoría de las especies portadoras de esporas, las esporas son todas iguales y forman gametofitos que producen tanto espermatozoides como óvulos. Sin embargo, en varios linajes, los sexos se separaron de tal manera que se produjeron distintas esporas masculinas y femeninas, y estas se hicieron mucho más pequeñas. Los botánicos han sugerido que, en uno de estos linajes, la separación de sexos fue uno de los primeros pasos importantes en el camino evolutivo que condujo a las plantas con semillas. ¿Cuáles podrían haber sido las ventajas de este arreglo? Los dos sexos producirían dos tipos de gametofitos que ahora podrían desarrollar diferentes características y explotar sus hábitats de diferentes maneras. Las hembras podrían invertir todas sus energías en producir óvulos y criar embriones, sin invertir más en producir esperma, y ​​los machos podrían invertir todas sus energías en esperma. La separación de los sexos también ayudó a reducir la tasa de autofertilización, reduciendo así los riesgos de endogamia.

La siguiente gran innovación fue la retención de gametofitos femeninos con sus embriones en el esporofito. Estos gametofitos se hicieron aún más pequeños; Los fósiles muestran ejemplos paso a paso de cómo los tejidos maternos finalmente formaron tegumentos que rodeaban un gametofito y un embrión, proporcionando así una cubierta protectora que llamamos cubierta de semillas. El paquete completo se llama óvulo, que madura hasta convertirse en una semilla. Eso sucedió hace unos trescientos 50 millones de años más o menos.

Presumiblemente, esas semillas primitivas simplemente se derramaron, como las esporas, para dispersarse con la brisa. Tener una capa protectora puede haber permitido que las semillas permanecieran latentes hasta que las condiciones fueran adecuadas para la germinación, algo que la mayoría de las esporas no pueden hacer.

Luego, hace unos 160 millones de años, ocurrió una gran división. Algunas plantas, llamadas gimnospermas (semillas desnudas), mantuvieron sus óvulos y semillas expuestos en la superficie de la estructura portadora de esporas. Otro conjunto de plantas, llamadas angiospermas (semillas encerradas), comenzaron a poner capas adicionales de tejido materno alrededor de la semilla, probablemente doblando una estructura con forma de hoja que alberga óvulos para encerrar y proteger las semillas maduras de la desecación y de consumidores como los escarabajos. (Las gimnospermas habrían tenido que resolver estos problemas de otra manera). Esta estructura evolucionó en muchas direcciones diferentes en varios linajes de angiospermas, formando los pistilos en nuestras flores familiares. La parte inferior del pistilo se convirtió en el ovario, que albergaba las semillas, mientras que la parte superior se convirtió en la superficie receptiva (el estigma) para el polen.

La evolución del polen es compleja, pero rompió la dependencia del agua de los espermatozoides. En cambio

de la natación, el polen transportado por el viento o por animales se convirtió en el sistema de entrega de esperma. De alguna manera, los muchos espermatozoides producidos por los gametofitos masculinos de los ancestros de las plantas con semillas se redujeron en número, de modo que cada grano de polen contenía un gametofito masculino muy pequeño que producía dos espermatozoides.

En las gimnospermas, un espermatozoide fertiliza el óvulo y el otro simplemente degenera. El gametofito femenino proporciona la nutrición para el embrión y la plántula, al igual que las esporas, pero ahora el gametofito y el embrión están dentro de la semilla.

De alguna manera, surgió un nuevo invento en las angiospermas: un espermatozoide fertiliza el óvulo y el espermatozoide no fertilizador se une con otros núcleos del óvulo para crear material alimenticio esencial (comúnmente almidones o aceites) para el embrión en desarrollo y, finalmente, la plántula temprana. . (Los ancestros angiospermas de las orquídeas también hicieron esto, pero las semillas de las orquídeas han perdido la nutrición almacenada y dependen de los hongos micorrízicos para alimentarse).

Después de esos grandes pasos, la selección natural en las angiospermas condujo a la evolución de las flores y una gran variedad de técnicas de polinización y tipos de frutos. Gran parte de esa diversificación estaba relacionada con las interacciones con los animales.

Gracias a Kathy Hocker por el diagrama de ciclos de vida.

Mary F. Willson es profesora jubilada de ecología. On The Trails aparece todos los miércoles en Juneau Empire.

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