Botánica

Pinguicula grandiflora conoce comúnmente como una Butterwort

Botánica, la ciencia de la planta (s), o biología de las plantas (de griego antiguo βοτάνη botane " pastos, hierba, o forraje "y que desde boskein βόσκειν," para alimentar o para apacentar "), es una disciplina de la biología y la ciencia de la planta de la vida . Tradicionalmente, la ciencia incluye el estudio de los hongos, algas y virus. Una persona que trabaje en el estudio de botánica se llama un botánico.

Botánica cubre una amplia gama de disciplinas científicas incluyendo estructura, crecimiento, reproducción, metabolismo, desarrollo, enfermedades, propiedades químicas, y las relaciones evolutivas entre grupos taxonómicos. Botánica comenzó con los esfuerzos humanos tempranos para identificar plantas comestibles, medicinales y venenosas, por lo que es una de las ramas más antiguas de la ciencia. Hoy en día, los botánicos estudian cerca de 400.000 especies de organismos vivos.

Los inicios de los sistemas de clasificación de estilo moderno se remontan a los años 1500 de los años 1600, cuando se hicieron varios intentos para clasificar científicamente plantas. En los siglos 19 y 20, las principales técnicas nuevas fueron desarrolladas para el estudio de las plantas, incluyendo la microscopía, el conteo de cromosomas, y el análisis de la química de la planta. En las dos últimas décadas del siglo 20, el ADN se utilizó para clasificar con mayor precisión las plantas.

Investigación botánica se centra en los grupos de población de plantas, la evolución, la fisiología, la estructura y la sistemática. Sub-disciplinas de la botánica incluyen la agronomía, silvicultura, horticultura, y paleobotánica. Científicos clave en la historia de la botánica incluyen Teofrasto, Ibn al-Baitar, Carl Linnaeus , Gregor Mendel, y Norman Borlaug.

Historia

Botánica Temprana

Las herramientas tradicionales de un botánico

La historia de la botánica incluye muchos escritos y clasificaciones de las plantas que se encuentran en varias culturas antiguas antiguos. Ejemplos de trabajos botánicos primeros se han encontrado en los antiguos textos sagrados de la India, la antigua Escritos zoroástrica y antiguas obras chinas.

Botánica moderna tiene sus raíces en más de veintitrés siglos, al Padre de Botánica, Teofrasto (c. 371-287 aC), alumno de Aristóteles . Inventó y describe muchos de los principios de la botánica moderna. Sus dos obras más importantes, Investigación de Plantas y sobre las causas de las plantas constituye la contribución más importante a la ciencia botánica durante la Antigüedad y la Edad Media, y mantuvo esa posición durante unos diecisiete siglos después de que fueron escritos. Además de Grecia, Dioscórides, en la mitad del primer siglo, escribió De Materia Medica, una enciclopedia de cinco volúmenes sobre la medicina a base de hierbas que fue muy leído por más de 1.500 años. Obras del mundo musulmán medieval incluidos De Ibn Wahshiyya nabateo Agricultura, De (828-896) Abu Hanifa Dinawari el Libro de las plantas, y Ibn Bassal es la clasificación de suelos. A principios del siglo 13, Abu al-Abbas al-Nabati, y Ibn al-Baitar (m. 1248) también escribió sobre botánica.

Botánica moderna temprana

Classis cruciformium de Crantz, 1769

Alemán médico Leonhart Fuchs (1501-1566) fue uno de "los tres padres alemanes de la botánica", junto con Otto Brunfels (1489-1534) y Hieronymus Bock (1498-1554) (también llamado Hieronymus Tragus).

Valerio Cordo (1515-1544) fue autor de un farmacopea de importancia duradera, la Dispensatorium en 1546. Conrad von Gesner (1516-1565) y Nicholas Culpeper (1616-1654) publicó también hierbas que cubren los usos medicinales de las plantas. Ulisse Aldrovandi (1522-1605) fue considerado como el "padre de la historia natural", que incluyó el estudio de las plantas. En 1665, utilizando un microscopio temprano, Robert Hooke descubrió las células , un término que él acuñó, en corcho, y un poco más tarde en el tejido vegetal vivo.

Durante el siglo 18, se desarrollaron sistemas de clasificación que son comparables a las claves de diagnóstico, donde taxones se agrupan artificialmente en parejas. La secuencia de los taxones de llaves es a menudo sin relación con sus agrupaciones naturales o filéticas. En el siglo 18 un número creciente de nuevas plantas había llegado a Europa desde países recién descubiertos y las colonias europeas en todo el mundo y un mayor número de plantas estuvieron disponibles para el estudio. Guías botánicas de este tiempo fueron escasamente ilustrados. En 1754 Carl von Linné (Carl Linnaeus) dividido el reino vegetal en 25 clases en un taxonomía con un sistema de nomenclatura binomial normalizada para las especies animales y vegetales. Él utilizó un esquema de nombres de dos partes, donde el primer nombre representaba el género y el segundo la especie. Una de las clasificaciones de Linneo, el Cryptogamia, incluidas todas las plantas con las partes reproductivas ocultas (musgos, hepáticas y helechos) y algas y hongos.

El mayor conocimiento de anatomía, morfología y ciclos de vida, llevaron a la conclusión de que no había más afinidades naturales entre las plantas que el sistema sexual de Linneo indicado. Adanson (1763), de Jussieu (1789), y Candolle (1819) todos los diferentes sistemas naturales alternativos propuestos que fueron ampliamente siguieron. Las ideas de la selección natural como mecanismo de evolución requiere adaptaciones a la Sistema Candollean, que comenzó los estudios sobre las relaciones evolutivas y clasificaciones filogenéticas de las plantas.

Botánica fue estimulada en gran medida por la aparición de la primera "moderna" libro de texto, Matthias Schleiden Grundzüge der Científico, publicado en Inglés en 1849 como Principios de la Ciencia Botánica. Carl Willdenow examinó la conexión entre la dispersión de semillas y la distribución, la naturaleza de las asociaciones de plantas, y el impacto de la historia geológica. El núcleo de la célula fue descubierta por Robert Brown en 1831.

Botánica moderna

Una cantidad considerable de nuevos conocimientos proviene del estudio plantas modelo como Arabidopsis thaliana. Esta especie de maleza en la familia de la mostaza ( Brassicaceae) fue una de las primeras plantas que tienen su genoma secuenciado. La secuenciación del arroz genoma (Oryza sativa), su genoma relativamente pequeño, y una gran comunidad internacional de investigadores han hecho el arroz un importante cereales / hierba / modelo monocotiledóneas. Otra especie de hierba, Distachyon Brachypodium es también un modelo experimental para la comprensión de la biología genética, celular y molecular. Otros alimentos básicos comercialmente importantes como el trigo , el maíz , la cebada , centeno, mijo y soja también están teniendo sus genomas secuenciados. Algunos de estos son difíciles de secuencia, ya que tienen más de dos haploides (n) conjuntos de cromosomas, una condición conocida como poliploidia, común en el reino vegetal. Un verde alga , Chlamydomonas reinhardtii, es un organismo modelo que ha demostrado ser importante en el avance del conocimiento de la biología celular.

En 1998, la Grupo para la filogenia de las angiospermas publicó un filogenia de plantas florecientes sobre la base de un análisis de ADN secuencias de la mayoría de las familias de plantas con flores. Como resultado de este trabajo, muchas de las preguntas como qué familias representan las primeras ramas de angiospermas ahora han sido contestadas. Investigar cómo las especies de plantas están relacionados entre sí permite que los botánicos para entender mejor el proceso de la evolución de las plantas. A pesar del estudio de las plantas modelo y el creciente uso de pruebas de ADN, hay trabajo en curso y el debate entre los taxonomistas sobre la mejor forma de clasificar las plantas en diferentes taxones.

Alcance e importancia de la botánica

Hibisco

Molecular, genética y bioquímica de nivel medio orgánulos, células, tejidos, órganos, las personas, las plantas poblaciones y comunidades de plantas son todos los aspectos de la vida vegetal que se estudian. En cada uno de estos niveles, un botánico puede estar preocupado con la clasificación ( taxonomía), estructura ( anatomía y morfología), o función ( fisiología) de la vida de la planta.

Históricamente, todos los seres vivos se agruparon como animales o plantas, y la botánica cubre el estudio de todos los organismos que no se consideran animales . Ahora, las plantas son considerados como organismos que obtienen su energía de la luz solar a través de la fotosíntesis , y otra estrechamente relacionados, clorofila-libre plantas parásitas. Organismos estudiados previamente en el campo de la botánica incluyen bacterias (estudiados en bacteriología), hongos ( micología) -incluyendo liquen hongos -Formar ( lichenology), no chlorophyte algas ( ficología) y virus ( virología). Sin embargo, la atención se sigue dado a estos grupos por los botánicos, y hongos (incluyendo líquenes) y fotosintética protistas suelen estar cubiertas en los cursos de botánica introductorias.

El estudio de las plantas es vital, ya que son una parte fundamental de la vida en la Tierra, y generan el oxígeno y los alimentos que permiten a los seres humanos y otros organismos que existen. A través de la fotosíntesis , las plantas absorben dióxido de carbono , un gas de efecto invernadero que en grandes cantidades puede afectar el clima global. Igual de importante para los seres humanos, las plantas liberan oxígeno a la atmósfera durante la fotosíntesis. Además, evitan que el suelo de la erosión y son influyentes en el ciclo del agua . Las plantas son cruciales para el futuro de la sociedad humana, ya que proporcionan alimentos, oxígeno, medicamentos y productos para la gente; así como la creación y la preservación de suelo. Los paleobotánicos estudian plantas antiguas en el registro fósil. La evolución de las plantas fotosintéticas temprano en la historia de la Tierra altera el atmósfera de la Tierra, el cambio de la atmósfera a través de la antigua oxidación.

Nutrición humana

Casi todos los alimentos que comemos viene (directa e indirectamente) a partir de plantas, como este estadounidense de grano largo de arroz

Prácticamente todos los alimentos vienen ya sea directamente de las plantas, o indirectamente de los animales que se alimentan de plantas. Las plantas son la base fundamental de casi todos cadenas de comida debido a que utilizan la energía del sol y los nutrientes del suelo y la atmósfera, convirtiéndolos en una forma que puede ser consumido y utilizado por los animales; esto es lo que los ecologistas llaman a la primera nivel trófico. Los botánicos también estudian cómo las plantas producen alimentos que podemos comer y cómo aumentan los rendimientos y, por tanto, su trabajo es importante en la capacidad de la humanidad para alimentar al mundo y proporcionar la seguridad alimentaria para las generaciones futuras, por ejemplo, a través de fitomejoramiento. Los botánicos también estudian las malas hierbas , plantas que se consideran ser una molestia en un lugar determinado. Las malas hierbas son un problema considerable en la agricultura , y la botánica proporciona parte de la ciencia básica para entender la forma de minimizar el impacto 'maleza' en la agricultura y nativo ecosistemas. Etnobotánica es el estudio de las relaciones entre plantas y personas. Cuando este tipo de estudio se pone en la investigación de las relaciones planta-la gente en tiempos pasados, que se conoce como arqueobotánica o paleoetnobotánica.

Procesos vitales fundamentales

Investigación Botánico siempre ha tenido importancia para la comprensión de los procesos biológicos fundamentales que no sean sólo la botánica. Procesos vitales fundamentales como la división celular y la síntesis de proteínas se puede estudiar el uso de plantas sin los problemas morales que vienen con la realización de estudios sobre animales o humanos. Gregor Mendel descubrió el leyes genéticas de la herencia de esta manera mediante el estudio de Pisum sativum ( guisante ) heredan rasgos tales como la forma. Lo que Mendel aprendió de plantas que estudian ha tenido consecuencias de gran beneficios fuera de la botánica. Del mismo modo, ' genes saltarines 'fueron descubiertas por Barbara McClintock mientras estudiaba maíz .

Medicina y materiales

Muchos medicinal y drogas recreativas, como tetrahidrocannabinol, la cafeína , y nicotina vienen directamente del reino vegetal. Otros son simples derivados de productos naturales botánicos; Por ejemplo, el analgésico aspirina se deriva de ácido salicílico que vino originalmente de la corteza de sauce árboles. Además, el narcóticos analgésicos tales como morfina se derivan de la adormidera. Puede haber muchos nuevas curas para las enfermedades previstas por las plantas, a la espera de ser descubiertos. Popular estimulantes como el café , el chocolate , el tabaco y el té también provienen de plantas. Más bebidas alcohólicas provienen de plantas de fermentación tales como la cebada ( cerveza ), arroz ( sake) y uvas ( vino ).

Cáñamo, algodón , madera , papel, lino, aceites vegetales, algunos tipos de cuerda, y de caucho son ejemplos de materiales a base de plantas. Seda sólo puede hacerse mediante el uso de la planta de morera. La caña de azúcar , colza, soja son algunas de las plantas con un azúcar o aceite contenido altamente fermentable que han sido recientemente objeto de un uso como fuentes de biocombustibles , que son alternativas importantes a los combustibles fósiles (ver biodiesel ).

Cambio ambiental

En muchas maneras diferentes, las plantas pueden actuar un poco como el ' mineros canario ', un sistema de alerta temprana alertarnos sobre cambios importantes en nuestro medio ambiente. Las plantas responden y proporcionan la comprensión de los cambios en el medio ambiente:

Ecología

La biología de la población es mayor que las biologías colectivos de sus individuos. Múltiples miembros de la misma especie en estrecha proximidad constituyen una población. Diferentes poblaciones en las proximidades constituyen una comunidad, que en conjunto con su entorno no vivo constituye una ecosistema. La relación de cada organismo a todos los demás organismos y factores en su hábitat y el medio ambiente constituyen su ecología . Esto incluye la estructura, la genética y las mutaciones, el metabolismo, la diversidad, la aptitud, la adaptación, el clima, el agua y las condiciones del suelo. Las condiciones que constituyen un ciclo de vida de organismos es su hábitat. Ambas interacciones negativas y beneficiosas con otros organismos son partes de la ecología de la planta. Los herbívoros comen plantas, pero las plantas pueden también defenderse. Algunos otros organismos forman relaciones beneficiosas con plantas, llamado mutualismos, por ejemplo con hongos micorrícicos que proporcionan los nutrientes, y las abejas que polinizar las flores. Un bioma es una gran parte de la tierra que tiene muy similares abióticos y factores bióticos, el clima y la geografía , la creación de un ecosistema típico sobre el área que se caracteriza por sus plantas dominantes. Los ejemplos incluyen la tundra y bosque tropical .

Evolución

La Cuadrado de Punnett que muestra una cruz entre dos plantas de guisantes heterocigóticos para la púrpura (B) y blancos (b) flores

ADN contiene la información para la estructura, el metabolismo y la biología de la planta. La genética es la ciencia de la herencia y la gen es su unidad química. Las mismas leyes básicas de la genética se aplican a las plantas y los animales. En la reproducción sexual, descendientes son a menudo más aptos que cualquiera de los padres ya que los genes más fuertes tienden a ser transmitido a la siguiente generación. Mutaciones y resultado de la selección natural en una especie adquisición de nuevos rasgos y eventualmente evolucionar hacia una o más especies nuevas. La genética de poblaciones es el estudio de distribución de frecuencia de los alelos y el cambio bajo la influencia de los cuatro principales procesos evolutivos: la selección natural , deriva genética, mutación y el flujo de genes. Los cambios también pueden ser causados por eventos naturales, como un gran meteoro que golpea la Tierra y la crianza selectiva (selección artificial) de plantas por los seres humanos para los rasgos específicos.

Desde mediados del siglo 20, ha habido un considerable debate sobre cómo las primeras formas de vida evolucionaron y cómo clasificarlos, especialmente en los niveles reino y dominio y los organismos que son o han sido considerados bacterias. Por ejemplo, el separa sistema de tres dominios Las arqueas y bacterias , agrupados previamente en el único reino Monera (bacterias). Archaea se separó porque ha demostrado tener una historia evolutiva diferente. Sin embargo, Thomas Cavalier-Smith rechaza el sistema de tres dominios y coloca el Archaea como subkingdom de bacterias. Las cianobacterias una vez se cree que están relacionados con las algas y, por tanto, estudiado por los botánicos. Incluso ahora que son estudiados por ambos botánicos y bacteriólogos. Del mismo modo, el Hongos (o Myceteae) fueron una vez consideradas las plantas, pero ahora hay incertidumbre sobre cómo clasificarlos.

Las distintas divisiones de algas también son taxonómicamente problemático, ya que algunos están más claramente vinculados a las plantas que en otros. Sus muchas diferencias en características tales como la bioquímica, la pigmentación, y las reservas de nutrientes muestran que divergieron muy temprano en el tiempo evolutivo. La división Chlorophyta (algas verdes) es considerado el ancestro de las plantas verdaderas.

Plantas no vasculares son embryophytes que no tienen vasculares de tejido: musgos , hepáticas, y hornworts. Muchas plantas que se llaman "musgo" no son verdaderos musgos. Por ejemplo, Musgo español (Tillandsia usneoides) está realmente en la Bromeliaceae (piña) de la familia. Las plantas no vasculares no tienen xilema ni floema. Tras el desarrollo de xilema y floema, plantas vascualar desarrollaron a lo largo de dos líneas: criptógamas que se reproducen por esporas y que desarrollaron por primera vez, y spermatophytes, que se reproducen por semillas. Los spermatophytes desarrollaron aún más en gimnospermas, plantas que producen semillas no encerradas en un ovario. Gimnospermas modernas incluyen coníferas, cícadas, Ginkgo, y Gnetales. Las gimnospermas son los antepasados de los Las angiospermas o plantas con flores que producen una semilla encerrada en una estructura tal como una carpelo.

Fisiología

Cinco áreas principales de estudio dentro de la fisiología vegetal

Fisiología vegetal abarca todas las actividades físicas de las plantas asociadas con la vida química interna y. Luz del sol, ya sea a través de la fotosíntesis o la respiración celular, es la base de toda la vida. Fotoautótrofos reúnen energía directamente de la luz solar. Esto incluye todas las plantas verdes, cianobacterias y otras bacterias que pueden realizar la fotosíntesis. Los heterótrofos tomar en moléculas orgánicas y respirar ellos. Esto incluye todos los animales, todos los hongos, todas las plantas completamente parasitarias, y las bacterias no fotosintéticas. La respiración es la oxidación del carbono mediante la cual se divide en estructuras más simples; esencialmente lo contrario de la fotosíntesis.

Los procesos de transporte son aquellos por los que las moléculas se mueven dentro del organismo, tales como: las membranas de transporte de material a través de sí mismos y enzimas electrones en movimiento. Así es como los minerales y el agua reciben de raíces a otras partes de la planta. Difusión, osmosis, y transporte activo son diferentes formas de transporte puede ocurrir. Ejemplos de elementos que las plantas necesitan son: nitrógeno , fósforo , calcio , magnesio y azufre . Las sustancias químicas de la atmósfera, el suelo y el agua en combinación con la luz del sol son la base de metabolismo de la planta. La mayor parte de estos elementos provienen de minerales en un proceso llamado nutrición mineral. Pocas plantas viven en ambientes estables que no cambian. La mayoría de las plantas deben adaptarse a una variedad de factores ambientales, incluyendo cambios de temperatura, luz y humedad. El mejor que una planta puede hacer frente a estas condiciones cambiantes, lo más probable es ser capaz de sobrevivir tanto a corto como a largo plazo, así como erigirse en un ámbito geográfico más amplio.

Estructura

Raíces, tallos, hojas y flores de Lilium superbum

Anatomía de la planta es el estudio de las células y los tejidos de una planta internos; mientras morfología de la planta es el estudio de su forma general y externo.

La comprensión de la estructura y función de las células es fundamental para todas las ciencias biológicas. Todos los organismos tienen células , los tipos de células son únicas y su tienda núcleos la mayor parte del ADN. Biología celular estudia su estructural y propiedades fisiológicas. Esto incluye las respuestas a las estímulos, la reproducción y el desarrollo en la escala macroscópica, escala microscópica y molecular nivel. Las similitudes y diferencias entre la función de una célula son muy variadas. Las células vegetales son eucariotas , es decir, tienen una membrana de encapsulado núcleo que transporta material genético. Con raras excepciones, las células vegetales también tienen una vacuola central, citoplasma, citosol, dictiosoma, retículo endoplásmico, microcuerpos, microfilamentos, microtúbulos, mitocondrias , membrana de plasma, plastidios, protoplasma, ribosomas, productos de almacenamiento, y un pared celular. Las células se dividen por procesos conocidos como karyokinesis y citocinesis.

El cuerpo de una planta consta de tres partes básicas: raíces, tallos y hojas. Roots anclan al suelo, se reúnen agua y nutrientes minerales del suelo, y producen hormonas. Las raíces que se extienden cerca de la superficie, tales como las de los sauces, pueden producir brotes y en última instancia, las nuevas plantas. Raíces pivotantes carnosas, como los de la remolacha y zanahorias, tienda de hidratos de carbono. Tallos proporcionar apoyo a las hojas y almacenar nutrientes. Hojas reúnen la luz del sol y comienzan la fotosíntesis . Grandes, y flexibles, hojas verdes planas se llaman hojas del follaje. Las gimnospermas son plantas productoras de semillas que tienen semillas abiertas, como coníferas, cícadas, Ginkgo, y Gnetophyta. Las angiospermas son plantas productoras de semillas que producen flores , habiendo encerrados semillas. Algunas de las gimnospermas se convirtieron en los ancestros de las angiospermas. Las plantas leñosas, tales como azaleas y robles , se someten a una fase de crecimiento secundario como resultado dos tipos adicionales de tejidos: madera (secundaria xilema) y la corteza (secundaria floema y corcho). Todas las gimnospermas y angiospermas muchos son plantas leñosas. Algunas plantas se reproducen sexualmente, algunos asexualmente, y algunos a través de ambos medios.

Sistemática

Mesa de Linneo del Reino Vegetal ("Regnum Vegetabile") de la primera edición de Systema Naturae (1735)

Clasificación científica en botánica es un método por el cual grupo botánicos y clasificar organismos por tipo biológico, tal como género o especie . La clasificación biológica es una forma de taxonomía científica. Taxonomía moderna tiene sus raíces en la obra de Carlos Linneo , que agrupan especies de acuerdo a las características físicas compartidas. Estas agrupaciones ya se han revisado para mejorar la coherencia con la darwiniana principio de descendencia común. Aunque los científicos no siempre están de acuerdo sobre la forma de clasificar los organismos, filogenética molecular, que utiliza Secuencias de ADN como de datos, ha llevado a muchas revisiones recientes a lo largo de las líneas más eficientes, evolutivos y es probable que continúe haciéndolo. Clasificación botánica pertenece a la ciencia de sistemática vegetal. El sistema de clasificación dominante se denomina Taxonomía de Linneo. Incluye rangos y nomenclatura binomial . La clasificación, taxonomía y nomenclatura de los organismos botánicos es administrado por la Código Internacional de Nomenclatura Botánica (ICN).

La sistema de cinco reinos en gran parte ha sido reemplazado por sistemas modernos de clasificación alternativos. Los libros de texto generalmente comienzan con la sistema de tres dominios: Archaea (originalmente Archaebacteria); Bacterias (originalmente eubacterias); Eucariontes (incluyendo protistas, hongos , plantas y animales ). Estos dominios reflejar si las células tienen núcleos o no, así como las diferencias en la composición química de los exteriores de células y ribosomas.

Además, cada reino se divide de forma recursiva hasta que cada especie se clasifican por separado. El orden es: Dominio; Unido; Filo; Clase; Orden; Familia, Género , Especie . El nombre científico de un organismo se genera a partir de su género y especie, lo que resulta en un solo nombre en todo el mundo para cada organismo. Por ejemplo, el Tiger Lily aparece como Lilium columbianum. Lilium es el género, y columbianum el epíteto específico. Al escribir el nombre científico de un organismo, que es adecuado para capitalizar la primera letra en el género y poner todo el epíteto específico en minúsculas. Además, todo el término es normalmente en cursiva o subrayado. Phylogenetics es el estudio de las similitudes entre las diferentes especies.

Botánicos notables

Escultura de Ibn al-Baitar entre árboles, Benalmádena, Málaga, España

Los siguientes botánicos hicieron importantes contribuciones a las formas en que se ha estudiado la botánica.