dissabte, 6 d’agost de 2011

Genètica estructural: la perpetuació de models evolutius amb èxit

Quan la naturalesa aconsegueix generar una estructura exitosa en un ésser viu, perpetua els gens que la codifiquen en els nous éssers sorgits per l'evolució de l'ancestre primigeni. No importen els milions d'anys que els separen. L'estructura bàsica, la configuració íntima de la seva anatomia és sempre pràcticament la mateixa i els gens per descomptat també.

Una de les estructures bàsiques més cridanera són les inflorescències masculines de les coníferes i les palmeres que guarden un extraordinari parescut amb les frondes fèrtils de les falgueres de la família de les Osmundaceae. El pol·len d'aquestes inflorescències és dispersat pel vent per anemocoria, exactament igual que les espores dels esporangis de les falgueres.

 Fronda fèrtil de la falguera Osmunda regalis a l´extrem de la qual es desenvolupa una estructura ramificada d'esporangis nuus sense indusi. Quan les espores assoleixen la maduresa, el vent les dispersa el més lluny possible de la seva mare per a conquistar nous territoris.

Detall de l´estructura reproductiva de l´Osmunda regalis.

Inflorescència masculina de Pinus halepensis carregada de pol·len que és dispersat pel vent. Cada conjunt de flors guarda una gran semblança estructural amb els grups d'esporangis de la falguera Osmunda regalis.

Inflorescència masculina de Pinus canariensis. Aquestes flors sense pètals i sense nèctar no tenen cap atractiu per als insectes pol·linitzadors. El pol·len és dispersat per anemocoria a través del vent.

 Branca de Pinus canariensis amb inflorescències masculines.

Inflorescència masculina de la palmera Syagrus romanzoffiana, anomenada Coco plomós del Brasil, formada per grups ramificats de flors carregades de pol·len que com ocorre en totes aquestes plantes és dispersat pel vent. La seva estructura bàsica és idèntica a les frondes fèrtils de l´Osmunda regalis.

Si engrandim aquesta imatge amb un doble clic podrem veure les inflorescències masculines d´aquesta palmera de la fortuna, Trachycarpus fortunei, originaria de la Xina. Com totes les inflorescències masculines de les Arecaceae guarden un gran parescut estructural amb els grups d´esporangis de les frondes fèrtils de les Osmundaceae.

Si aprofundim en la intimitat d'aquestes estructures i ens centram en cadascun dels subgrups d'esporangis i de flors masculines, trobarem encara més similituds. Un exemple molt il·lustratiu són els estròbils de les falgueres de les famílies de les Equisetaceae i Ophioglossaceae i les inflorescències masculines de les Cupressaceae, Cycadaceae i Pinaceae.

 Frondes fèrtils de la falguera Equisetum telmateia amb els estròbils als seus extrems.

Cada estròbil està format per una estructura cònica d´esporagiòfors amb sacs d´esporangis a la seva cara interna.

 Estròbil d´Equisetum telmateia amb els esporangiòfors hexagonals en forma de bresca de mel que s´estàn separant per a permetre la dispersió de les espores.

Sacs d´espores d´Equisetum telmateia que s´esqueixen i inicien la seva dispersió pel vent.

Gegantina inflorescència masculina de Cycas revoluta  amb una estructura cònica idèntica als estròbils de les Equisetaceae.

Imatge propera de la inflorescència anterior amb les escates separades per a que el vent pugui dispersar el pol.len de les flors sense pètals amagades al fons de la inflorescència. 


Inflorescències masculines de Zamia furfuracea, una planta mexicana extraordinàriament primitiva. Les seves inflorescències son idèntiques als estròbils dels Equisetum.

 
En aquesta imatge veiem l'interior d'una inflorescència masculina de Zamia furfuracea amb els petits sacs de pol·len ja buits després de la seva dispersió pel vent. La seva estructura sorprèn pel seu gran parescut amb els sacs d'esporangis d'un Equisetum. Uns quants milions d'anys d'evolució varen permetre donar el salt d'espores a pol·len, o millor dit, de microspores masculines a pol·len, ja que les megaspores femenines es varen transformar en llavors.

Si observem cadascun dels petits subgrups de flors masculines d'aquesta inflorescència de Pinus canariensis, podrem constatar la seva gran semblança amb els estròbils de les Equisetaceae i les inflorescències masculines de les Cycadaceae i Zamiaceae.

Aquestes bellíssimes inflorescències masculines de l´Avet de Ronda, Abies pinsapo, tenen també la mateixa estructura que els estròbils de les Equisetaceae, les Zamiaceae i les Cycadaceae.

Una estructura molt simplificada semblant a les anteriors és la de l´estròbil de la diminuta falguera Ophioglossum lusitanicum, format per dues fileres d'esporangis.

 
 Un altre exemple simplificat són aquestes diminutes inflorescències masculines de la conífera Tetraclinis articulata, endèmica de Múrcia. Cadascuna d'elles té una estructura bàsica idèntica als exemples anteriors.

També els aments masculins de l'avellaner segueixen el mateix patró estructural i funcional que una fronda fèrtil d´Osmunda regalis.

Imatge macroscòpica d'un ament d'avellaner amb el detall de les escates trilobulades cotonoses que se separen en madurar i així permeten que els grans de pol·len continguts en els 8 estams que s'amaguen a la seva cara interna puguin ser dispersats pel vent.

Si ens fixam en les inflorescències femenines d'aquestes plantes veurem que la seva estructura bàsica també guarda una extraordinària semblança amb els estròbils de les falgueres Equisetum i Ophioglossum. La naturalesa és molt conservadora i té una forta tendència a l'economia. Quan després de múltiples experiments aconsegueix trobar una estructura exitosa, deixa de gastar temps i energia cercant noves adaptacions i es limita a repetir la mateixa estructura en tots els descendents de l'ésser viu primigeni. Només en alguns casos canvia parcialment alguns detalls per a aconseguir una millor eficiència reproductiva i/o adaptativa.

Diminuta inflorescència femenina de Pinus halepensis, pràcticament igual a l´estròbil de les falgueres de la família de les Equisetaceae.

Inflorescència femenina de Pinus pinea.

Estròbil d´Equisetum ramosissimum.

Detall dels esporangiòfors en forma de cel.letes de bresca de mel.

 Inflorescència femenina d´Encephalartos lehmannii de Sud-àfrica de la família de les Zamiaceae, una planta antediluviana a mig camí entre una falguera i una conífera. De fet s'ha trobat el seu possible avantpassat fòssil que per desgràcia es va extingir. Es tractava d'una falguera molt evolucionada que fou capaç de produir megaspores femenines que no eren dispersades pel vent sinó que es quedaven dins l'esporangi, germinaven en ell i donaven lloc a un gametòfit femení amb una oòsfera, la qual era fecundada per un anterozoide procedent d'un gametòfit masculí. Després de la fecundació es formava un embrió, un esporòfit que paralitzava el seu creixement i entrava en diapausia o repòs. Acabava de néixer la primera llavor. Quan queia en un mitjà adequat, reiniciava el creixement de l'embrió i donava lloc a una nova planta, la primera capaç de reproduir-se per llavors.

Inflorescència femenina de Macrozamia communis, anomenada Burrawang, una planta també molt primitiva originària de Nova Gal·les del Sud a Austràlia. 

L´estructura d´aquesta inflorescència femenina de Macrozamia communis s´assembla extraordinariament a un conus de conífera, una pinya tropical, un estròbil d´Equisetum, etc.. Recoman ampliar la foto amb un doble clic.

També les Bromeliaceae tenen inflorescències semblants a un estròbil d´Equisetaceae. Aquí veiem la inflorescència d'una pinya tropical, Ananas comosus, una planta també molt primitiva que guarda una extraordinària semblança en la seva inflorescència amb les Zamiaceae i les Cycadaceae.

 Pinya de pi pinyoner, Pinus pinea, les escates del qual s'obren en madurar i permeten la dispersió dels pinyons. Si tenen sort i cauen a un lloc molt il·luminat lluny de l'ombra de sa mare, germinen i a poc a poc es va formant un petit bosquet de pins germans. Si ens fixam en l'estructura d'aquesta pinya i la comparam amb un estròbil d´Equisetum, les escates serien els esporangiòfors hexagonals lleugerament modificats i els grans pinyons serien l'equivalent als sacs d'espores. Com ja hem vist prèviament en l'explicació del naixement de la primera llavor pròpiament dita en la falguera extingida, cadascun d'aquests grans pinyons seria en realitat la oòsfera d'un gametòfit femení nascut d'una megaspora que ha estat fecundada per un anterozoide o gra de pol·len portat pel vent procedent d'un gametòfit masculí. Aquestes oòsferes fecundades o pinyons amb l'esporòfit o embrió parcialment desenvolupat al seu interior creixen de dos en dos ocupant tot l'espai que ocupaven fa milions d'anys els sacs d'espores dels esporangis del seu ancestre primigeni, que va tenir l'atreviment de donar un gran salt en l'evolució i va transformar les megaspores en llavors. Varen néixer així les Spermatophytas o plantes superiors que es reprodueixen per llavors.


 L'estructura bàsica d'aquestes panotxes de blat de les Indies, Zea mays, crida l'atenció pel seu indiscutible parescut amb un estròbil d'Equisetaceae. Cada grà seria una oòsfera fecundada procedent d'una megaspora.


 Un arbre els fruits del qual en forma d´estròbil ens parlen clarament de la seva antiguitat o primitivisme és la Magnolia grandiflora. L´estructura bàsica segueix essent la mateixa amb poquíssimes variacions.

 
Les escates del fruit ens recorden als esporangiòfors de l´estròbil d'un Equisetum, a les escates de les flors masculines de l'avellaner i de la conífera murciana Tetraclinis articulata, a les escates de la pinya tropical, a les del fruit femení de la Macrozamia communis i a les del estròbil masculí de la Cycas revoluta.


Els bellíssims fruits vermells de la Magnolia grandiflora serien en realitat oòsferes femenines transformades en llavors. Les Magnoliaceae són arbres amb flors, bellíssimes flors per cert, no obstant això els seus fruits han romàs invariables al llarg de milions d'anys. No han tingut cap necessitat de canviar el model estructural. Els ha anat estupendament, perrmetent-los sobreviure a innombrables canvis climàtics.

Moltes altres plantes, en general molt primitives, tenen inflorescències en estròbil més o menys modificat. És el cas de les Araceae, el sistema reproductor de les quals ha deixat de dependre del vent per a la dispersió del pol·len i ha evolucionat per a adaptar-se a les mosques carronyeres que són les seves pol.linitzadores. Una de les araceae més famoses és la Amorphophallus titanum, la flor més gran del món.

 Inflorescència d´Arum italicum amb l´espàdix olorós similar a un estròbil que emet una desagradable olor a carn podrida i atreu les mosques carronyeres.

Anatomia íntima de la inflorescència d´Arum italicum. Quan una mosca de la carn, atreta pel seu perfum preferit, es posa damunt la superfície interna de l´espata, cau damunt els pèls descendents i rellisca cap a la part inferior de la inflorescència, on estan les flors femenines. Una vegada dins s'adona de l'engany i vol sortir, però els pèls descendents l'hi impedeixen. Altres mosques, algunes d'elles amb el cos cobert de pol·len procedent d'un altre Arum, cauen en el mateix parany i en la seva desesperació per sortir passen una vegada i una altra damunt les flors femenines i les polinitzen. Quan l´Arum detecta que les seves flors femenines ja han estat fecundades, madura les seves flors masculines que es cobreixen de pol·len. Al mateix temps deshidrata els pèls descendents que deixen de fer de barrera i les mosques ja poden sortir, però en fer-ho passen per damunt les flors masculines i es porten amb elles el pol·len de l´Arum. Una vegada defora i desesperades per la gana són atretes amb engany per les inflorescències d'altres Arum i torna a començar el procés de la pol·linització.

Tan les flors masculines com les femenines s´assemblen moltíssim als esporangiòfors de l´estròbil de l´Equisetum telmateia.

Una altra araceae, la Monstera deliciosa, també té la seva inflorescència en forma de estròbil.

Els seus fruits tenen la forma i l'estructura típica d'un estròbil..

Tan gran és la semblança de la inflorescència de Monstera deliciosa amb un estròbil que fins i tot repeteix fidelment l'estructura hexagonal dels esporangiòfors de l´Equisetum telmateia. En el cas de la Monstera deliciosa les flors masculines estan amagades entre les flors femenines hexagonals. Es veu sortir el pol·len entre els hexàgons. Aquest és potser l'exemple més demostratiu de la repetició d'un model evolutiu exitós.

 Imatge combinada amb la comparació dels hexàgons de l´Equisetum telmateia i la Monstera deliciosa.

I per a acabar aquestes bellíssimes inflorescències morades de l´Arum pictum, endemisme tirrènic que creix a Còrcega, Sardenya, Mallorca i Menorca. El seu espàdix quasi negre també te l´estructura en estròbil.



Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada