Botânica

Pinguicula grandif vulgarmente conhecido como um Butterwort

Botânica, fitotecnia (s), ou a biologia da planta (de grego botane βοτάνη " pasto, grama, ou forragens "e que a partir de boskein βόσκειν," para alimentar ou pastar "), é uma disciplina da biologia e da ciência de planta vida . Tradicionalmente, a ciência incluiu o estudo de fungos, algas e vírus. Uma pessoa envolvida no estudo da botânica é chamado de um botânico.

Botânica abrange uma vasta gama de disciplinas científicas, incluindo estrutura, crescimento, reprodução, metabolismo, desenvolvimento, doenças, propriedades químicas, e relações evolucionárias entre grupos taxonômicos. Botânica começou com os esforços humanos adiantados para identificar plantas comestíveis, medicinais e venenosas, fazendo dela uma das mais antigas ramificações da ciência. Hoje em dia, os botânicos estudam aproximadamente 400.000 espécies de organismos vivos.

Os primórdios dos sistemas de classificação de estilo moderno podem ser rastreados para o ano de 1500 de 1600, quando foram feitas várias tentativas para classificar cientificamente plantas. Nos séculos 19 e 20, foram desenvolvidos importantes novas técnicas para estudar plantas, incluindo microscopia, contagem cromossômica, e análise de planta química. Nas duas últimas décadas do século 20, o DNA foi utilizado para classificar as plantas com mais precisão.

Pesquisa botânica concentra-se em grupos de população de plantas, evolução, fisiologia, estrutura e sistemática. Sub-disciplinas da botânica incluem agronomia, silvicultura, horticultura, e paleobotânica. Cientistas importantes na história da botânica incluem Teofrasto, Ibn al-Baitar, Carl Linnaeus , Gregor Mendel, e Norman Borlaug.

História

Botânica cedo

As ferramentas tradicionais de um botânico

A história da botânica inclui muitos escritos antigos e classificações de plantas encontradas em várias culturas antigas. Exemplos de trabalhos botânicos primeiros foram encontrados em antigos textos sagrados da Índia, antiga Escritos zoroastristas e antigas obras chinesas.

Botânica moderna tem raízes mais de vinte e três séculos, para o Pai de Botânica, Theophrastus (c. 371-287 aC), um aluno de Aristóteles . Ele inventou e descreveu muitos dos princípios da botânica moderna. Seus dois trabalhos principais, Inquérito sobre plantas e sobre as causas das plantas constituem a mais importante contribuição para a ciência botânica durante a Antiguidade e na Idade Média, e manteve essa posição por alguns dezessete séculos depois que eles foram escritos. Também a partir de Grécia, Dioscórides, no meio do primeiro século, escreveu De Materia Medica, uma enciclopédia de cinco volumes sobre medicina herbal que foi amplamente lido por mais de 1.500 anos. Obras do mundo muçulmano medieval incluído De Ibn Wahshiyya Nabatean Agricultura, De (828-896) Abū Hanifa Dīnawarī o Livro de plantas, e Ibn Bassal é a Classificação de Solos. No início do século 13, Abu al-Abbas al-Nabati, e Ibn al-Baitar (d. 1248) também escreveu sobre botânica.

Botânica moderna adiantada

Classis cruciformium de Crantz, 1769

Alemão médico Leonhart Fuchs (1501-1566) foi um dos "três pais alemães da botânica", juntamente com Otto Brunfels (1489-1534) e Hieronymus Bock (1498-1554) (também chamado Hieronymus Tragus).

Valerius Cordus (1515-1544) autor de um farmacopeia de importância duradoura, a Dispensatorium em 1546. Conrad von Gesner (1516-1565) e Nicholas Culpeper (1616-1654) também publicou ervas que cobrem os usos medicinais das plantas. Ulisse Aldrovandi (1522-1605) foi considerado o "pai da história natural", que incluiu o estudo das plantas. Em 1665, utilizando um microscópio de início, Robert Hooke descobriu células , um termo que ele cunhou, em cortiça, e pouco tempo depois no tecido vegetal vivo.

Durante o século 18, os sistemas de classificação foram desenvolvidos que são comparáveis às chaves de diagnóstico, onde táxons são artificialmente agrupados em pares. A sequência dos táxons em chaves é muitas vezes alheios a seus agrupamentos naturais ou filéticas. Por volta do século 18, um número crescente de novas usinas haviam chegado na Europa de países recém-descobertas e as colônias europeias a nível mundial e um número maior de plantas tornou-se disponível para o estudo. Guias de botânica desta vez foram escassamente ilustrado. Em 1754, Carl von Linné (Carl Linnaeus) dividiu a planta Unido em 25 classes em um taxonomia com um sistema de nomenclatura binomial padronizado para espécies animais e vegetais. Ele usou um esquema de nomeação de duas partes, onde o primeiro nome representou o gênero ea segunda a espécie. Uma das classificações de Lineu, o Cryptogamia, incluídas todas as plantas com partes reprodutivas escondidas (musgos, hepáticas e samambaias), e as algas e fungos.

O aumento do conhecimento de anatomia, morfologia e ciclos de vida, levou à constatação de que não havia mais afinidades naturais entre plantas do que o sistema sexual de Linnaeus indicados. Adanson (1763), de Jussieu (1789), e Candolle (1819) todos os vários sistemas naturais alternativas propostas que foram amplamente seguidas. As idéias de seleção natural como mecanismo de evolução necessária adaptações ao Candollean sistema, que começou os estudos sobre relações evolutivas e classificações filogenéticas de plantas.

Botany foi muito estimulada pelo aparecimento do primeiro livro de texto "moderno", Grundzüge der Matthias Schleiden wissenschaftlichen, publicado em Inglês em 1849 como Princípios de Botânica Scientific. Carl Willdenow examinada a ligação entre dispersão de sementes e distribuição, a natureza das associações de plantas, eo impacto da história geológica. O núcleo da célula foi descoberto por Robert Brown em 1831.

Botânica moderna

Uma quantidade considerável de novos conhecimentos vem estudando plantas tais como modelo Arabidopsis thaliana. Esta espécie de convivência na família da mostarda ( Brassicaceae) foi uma das primeiras plantas a ter o seu genoma sequenciado. A sequenciação do arroz genoma (Oryza sativa), o seu genoma relativamente pequeno, e uma grande comunidade de investigação internacional do arroz fez um importante cereal / grama / modelo monocot. Outra espécie de grama, Brachypodium distachyon é também um modelo experimental para a compreensão genética, biologia celular e molecular. Outros alimentos básicos comercialmente importantes, como trigo , milho , cevada , centeio, milheto e soja também estão tendo seus genomas sequenciados. Alguns deles são difíceis de sequência, porque eles têm mais do que dois (n) conjuntos haplóides de cromossomos, uma condição conhecida como polyploidy, comum no reino vegetal. Um verde alga , Chlamydomonas reinhardtii, é um organismo modelo que tem se mostrado importante no avanço do conhecimento da biologia celular.

Em 1998, a Angiospermas Phylogeny Group publicou um filogenia das plantas com flores com base em uma análise de DNA sequências da maioria das famílias de plantas com flores. Como resultado deste trabalho, muitas das questões tais como famílias que representam os primeiros ramos de angiospermas já foram respondidas. Investigando como espécies de plantas estão relacionados uns aos outros botânicos permite compreender melhor o processo de evolução nas plantas. Apesar do estudo de plantas modelo e aumento do uso de provas de DNA, há trabalhos em curso e discussão entre os taxonomistas sobre a melhor forma de classificar as plantas em vários táxons.

Âmbito de aplicação e importância da botânica

Hibisco

Molecular, genética e bioquímica nível através organelas, , células tecidos, órgãos, indivíduos, planta populações e comunidades de plantas são todos os aspectos da vida das plantas que são estudadas. Em cada um destes níveis, um botânico pode estar preocupado com a classificação ( taxonomia), estrutura ( anatomia e morfologia) ou função ( fisiologia) da vida vegetal.

Historicamente, todas as coisas vivas foram agrupados como animais ou plantas, ea botânica abrangeu o estudo de todos os organismos não considerados animais . Agora, as plantas são considerados organismos que obtêm sua energia da luz solar através da fotossíntese , e outros intimamente relacionados, plantas parasitas sem clorofila. Organismos previamente estudadas no campo da botânica incluem bactérias (estudados em bacteriologia), fungos ( micologia) -incluindo líquen -forming fungos ( lichenology), não- clorofíceae algas ( ficologia), e vírus ( virologia). No entanto, a atenção ainda é dada a esses grupos por botânicos e fungos (incluindo líquenes) e fotossintético protistas são geralmente cobertos em cursos de botânica.

O estudo das plantas é vital, porque eles são uma parte fundamental da vida na Terra, e gerar o oxigênio e comida que permitem que os seres humanos e outros organismos de existir. Através da fotossíntese , as plantas absorvem dióxido de carbono , um gás de efeito estufa que, em grandes quantidades pode afetar o clima global. Tão importante quanto para os seres humanos, as plantas liberam oxigênio na atmosfera durante a fotossíntese. Além disso, eles impedir que o solo da erosão e são influentes no ciclo da água . As plantas são cruciais para o futuro da sociedade humana como eles fornecem alimentos, oxigênio, medicamentos e produtos para pessoas; bem como a criação e preservação do solo. Paleobotanists estudar plantas antigas no registro fóssil. A evolução de plantas fotossintéticas no início da história da Terra alteraram o atmosfera da Terra, mudando a atmosfera por meio antigo oxidação.

Nutrição humana

Quase todos os alimentos que comemos vem (direta e indiretamente) a partir de plantas, tal como este americano de grãos longos arroz

Praticamente todos os alimentos vêm, quer directamente a partir de plantas ou indirectamente pelos animais que comem plantas. As plantas são a base fundamental de quase todos cadeias de alimentos, porque eles usam a energia do sol e nutrientes do solo e da atmosfera, convertendo-os em uma forma que pode ser consumida por animais e utilizado; isto é o que os ecologistas denominam o primeiro nível trófico. Botânicos também estudar a forma como as plantas produzem alimento que podemos comer e como para aumentar a produtividade e, portanto, o seu trabalho é importante na capacidade da humanidade para alimentar o mundo e fornecer segurança alimentar para as gerações futuras, por exemplo, através de melhoramento de plantas. Botânicos também estudar as ervas daninhas , plantas que são considerados um incômodo em um determinado local. As ervas daninhas são um problema considerável para a agricultura , ea botânica fornece algumas das ciências básicas usado para entender como para minimizar o impacto "erva daninha" na agricultura e nativa ecossistemas. Etnobotânica é o estudo das relações entre as plantas e as pessoas. Quando esse tipo de estudo é voltado para a investigação das relações planta-pessoas em tempos passados, que é referido como arqueobotânica ou paleoethnobotany.

Processos de vida fundamentais

Pesquisa botânica há muito tempo tem relevância para a compreensão de outras que apenas botânica processos biológicos fundamentais. Processos vitais fundamentais, tais como e divisão celular síntese de proteínas podem ser estudadas usando plantas sem as questões morais que vêm com a realização de estudos sobre animais ou seres humanos. Gregor Mendel descobriu o leis genéticas de herança dessa forma, estudando Pisum sativum ( ervilha ) herdou traços tais como a forma. O que Mendel aprendeu estudando plantas teve um alcance muito além da botânica. Do mesmo modo, ' genes saltadores 'foram descobertos por Barbara McClintock, enquanto ela estava estudando milho .

Medicina e materiais

Muitos e medicinal drogas recreativas, como tetra-hidrocanabinol, cafeína , e nicotina vêm diretamente do reino vegetal. Outros são simples derivados de produtos naturais botânicos; por exemplo, o analgésico aspirina é derivado ácido salicílico, que vieram original do casca de salgueiro árvores. Assim, o narcóticos analgésicos tais como a morfina são derivados da papoula do ópio. Pode haver muitos novas curas para doenças fornecidas por plantas, esperando para ser descoberto. Popular estimulantes como café , o chocolate , tabaco e chá também vêm de plantas. Mais bebidas alcoólicas vêm plantas de fermentação, tais como cevada ( cerveja ), arroz ( saquê) e uvas ( vinho ).

Cânhamo, algodão , madeira , papel, linho, óleos vegetais, alguns tipos de corda, e de borracha são exemplos de materiais à base de plantas. Seda só pode ser feita usando o planta de amoreira. Sugarcane , colza, soja são algumas das plantas com um teor de açúcar ou óleo altamente fermentável que foram recentemente colocadas em uso como fontes de biocombustíveis , que são alternativas importantes aos combustíveis fósseis (ver biodiesel ).

Transformações ambientais

Em muitas maneiras, plantas podem agir um pouco como o ' mineiros 'canário', um sistema de alerta alertando-nos para importantes mudanças em nosso ambiente. Plantas responder e fornecer uma compreensão de mudanças no ambiente:

Ecologia

A biologia de uma população é maior do que as biologias coletivas de seus indivíduos. Vários membros da mesma espécie, em estreita proximidade constituem uma população. Diferentes populações na proximidade constituem uma comunidade, que em conjunto com o seu ambiente não vivo constituem um ecossistema. A relação de cada organismo a todos os outros organismos e fatores em seu habitat e do ambiente tornar-se a sua ecologia . Isso inclui estrutura, genética e mutações, o metabolismo, a diversidade, fitness, adaptação, clima, água e condições do solo. As condições que constituem um ciclo de vida de organismos é a sua habitat. Ambas as interações negativas e benéficas com outros organismos são partes da ecologia de uma planta. Herbívoros comem plantas, mas as plantas podem também se defender. Alguns outros organismos formar relacionamentos benéficos com plantas, chamado mutualismos, por exemplo, com fungos micorrízicos que fornecem nutrientes, e as abelhas que polinizar as flores. Um bioma é uma grande parte da terra que tem muito semelhante abiótico e fatores bióticos, clima e geografia , criando um ecossistema típico sobre a área que se caracteriza por suas plantas dominantes. Exemplos incluem tundra e floresta tropical .

Evolução

A Quadro de Punnett que mostra uma cruz entre duas plantas de ervilha heterozigotos para o roxo (B) e branco (B) flores

DNA fornece as informações para uma planta estrutura, metabolismo e biologia. Genética é a ciência da herança e da gene é a sua unidade química. As mesmas leis básicas da genética se aplica a ambas as plantas e animais. Na reprodução sexual, descendência são frequentemente mais apto do que qualquer um dos pais desde os genes mais fortes tendem a ser passada para a próxima geração. Mutações e resultado da seleção natural em uma espécie aquisição de novos traços e, eventualmente, evoluir para um ou mais novas espécies. Genética de populações é o estudo da distribuição de freqüência do alelo e mudança sob a influência dos quatro principais processos evolutivos: a seleção natural , deriva genética, e mutação fluxo gênico. As alterações também podem ser causados por eventos naturais, tais como um grande meteoro atingir a Terra e reprodução seletiva (seleção artificial) de plantas por seres humanos para características específicas.

Desde meados do século 20, houve um debate considerável sobre a forma como as primeiras formas de vida evoluiu e como classificá-los, especialmente nos níveis e organismos do reino e domínio que sejam ou tenham sido consideradas bactérias. Por exemplo, a separa sistema dos três domínios Archaea e Bacteria , anteriormente agrupados em um único reino Monera (bactérias). Archaea foi separada, porque foi demonstrado que têm uma história evolutiva diferente. No entanto, Thomas Cavalier-Smith rejeita o sistema dos três domínios e coloca o Archaea como um subreino de bactérias. As cianobactérias foram uma vez que se acredita estar relacionado com algas e, portanto, estudada por botânicos. Mesmo agora eles são estudados por ambos os botânicos e bacteriologists. Da mesma forma, o Fungi (ou Myceteae) já foram considerados plantas, mas agora há incerteza sobre como classificá-los.

As várias divisões de algas também são taxonomicamente problemáticos como alguns estão mais claramente ligados às plantas do que outros. Suas muitas diferenças em características como a bioquímica, pigmentação e reservas de nutrientes mostrar que eles divergiram muito cedo no tempo evolutivo. A divisão Chlorophyta (algas verdes) é considerado o ancestral de plantas verdadeiras.

Plantas não-vasculares são embryophytes que não possuem tecidos vasculares: musgos , hepáticas, e hornworts. Muitas plantas que são chamados de "musgo" não são verdadeiros musgos. Por exemplo, Musgo espanhol (usneoides Tillandsia) é, na verdade, no Bromeliaceae (abacaxi) família. Plantas não-vasculares não tem xilema nem floema. Após o desenvolvimento do xilema e floema, plantas vascualar desenvolvido ao longo de duas linhas: criptogâmicas que se reproduzem por esporos e que desenvolveu o primeiro, e spermatophytes, que se reproduzem por sementes. Os spermatophytes desenvolvido em gimnospermas, plantas que produzem sementes não estejam fechadas num ovário. Gimnospermas modernas incluem coníferas, cicas, Ginkgo, e Gnetales. Gimnospermas são os ancestrais dos Angiospermas ou plantas com flores que produzem uma semente encerradas numa estrutura, tal como um carpelo.

Fisiologia

Cinco áreas-chave de estudo dentro de fisiologia vegetal

Fisiologia vegetal abrange todas as atividades físicas de plantas associadas com a vida interna e química. Luz Solar, quer através da fotossíntese ou respiração celular, é a base de toda a vida. Fotoautótrofos reunir energia diretamente da luz solar. Isto inclui todas as plantas verdes, cianobactérias e outras bactérias que podem fotossíntese. Heterotróficos retiram em moléculas orgânicas e respiram-los. Isto inclui todos os animais, todos os fungos, as plantas completamente todos os parasitas e bactérias não fotossintéticos. A respiração é a oxidação de carbono através do qual ele é dividido em estruturas mais simples; essencialmente o contrário da fotossíntese.

Processos de transporte são aqueles pelos quais moléculas são movidos dentro do organismo, tais como: membranas transportar material através de si e enzimas elétrons em movimento. Esta é a forma como os minerais e água começar a partir de raízes de outras partes da planta. Diffusion, osmose, e transporte ativo são diferentes formas de transporte podem ocorrer. Exemplos de elementos que as plantas necessitam são: azoto , fósforo , cálcio , magnésio e enxofre . Produtos químicos do ar, solo e água em combinação com a luz solar formam a base de metabolismo da planta. A maioria destes elementos provenientes de minerais em um processo chamado de nutrição mineral. Poucas plantas vivem em ambientes estáveis imutáveis. A maioria das plantas têm de se adaptar a uma variedade de fatores ambientais, incluindo mudanças de temperatura, luz e humidade. Quanto melhor a planta pode lidar com essas condições de mudança, o mais provável é ser capaz de sobreviver ao longo tanto a curto como a longo prazo, bem como estabelecer-se em uma faixa geográfica mais ampla.

Estrutura

Raízes, caules, folhas e flores de Lilium superbum

Anatomia da planta é o estudo das células internas e tecidos de uma planta; enquanto que morfologia da planta é o estudo da sua forma geral e externa.

Compreensão da estrutura e função das células é fundamental para todas as ciências biológicas. Todos os organismos têm células , os tipos de células são únicos e o seu armazenamento de núcleos a maior parte do ADN. Biologia celular estuda sua situação estrutural e Propriedades fisiológicas. Isto inclui respostas a estímulos, reprodução e desenvolvimento no escala macroscópica, escala microscópica e molecular nível. As semelhanças e diferenças entre a função de uma célula são muito variados. As células vegetais são eucariótica , ou seja, tem um revestido de membrana núcleo que transporta o material genético. Com raras exceções, as células vegetais também têm um vacúolo central, citoplasma, citosol, dictiossomos, retículo endoplasmático, microcorpos, microfilamentos, microtúbulos, mitocôndrias , membrana plasmática, plastids, protoplasma, ribossomas, produtos de armazenamento, e uma parede celular. As células se dividem por processos conhecidos como cariocinese e citocinese.

O corpo de uma planta contém três partes básicas: raízes, caules e folhas. Raízes ancorá-la no chão, recolher água e nutrientes minerais do solo e produzir hormônios. Raízes que se espalham para fora perto da superfície, tais como os de salgueiros, pode produzir brotos e, finalmente, as novas instalações. Taproots carnudas, como as de beterraba e cenoura, loja de carboidratos. Hastes fornecer suporte para as folhas e armazenar nutrientes. Folhas reunir luz solar e começar a fotossíntese . Grande e plana, flexível, folhas verdes são chamados de folhas folhagem. Gimnospermas são plantas produtoras de sementes que têm sementes abertas, como coníferas, cicas, Ginkgo, e Gnetophyta. Angiospermas são plantas produtoras de sementes que produzem flores , tendo fechado sementes. Algumas das gimnospermas se tornaram os ancestrais dos angiospermas. Plantas lenhosas, tais como azáleas e carvalhos , passar por uma fase de crescimento secundário resultando em dois tipos adicionais de tecidos: madeira (secundários xilema) e casca (secundária e floema cortiça). Todas as gimnospermas e angiospermas são muitas plantas lenhosas. Algumas plantas se reproduzem sexualmente, alguns de forma assexuada, e alguns através de ambos os meios.

Systematics

Mesa de Linnaeus do Reino Vegetal ("Regnum Vegetabile") a partir da primeira edição do Systema Naturae (1735)

Classificação científica em botânica é um método pelo qual grupo botânicos e categorizar os organismos por tipo biológico, tais como gênero ou espécie . A classificação biológica é uma forma de taxonomia científica. Taxonomia moderna está enraizada no trabalho de Carolus Linnaeus , que agrupam as espécies de acordo com características físicas comuns. Estes agrupamentos já foram revistas para melhorar a coerência com o darwiniana princípio da descendência comum. Enquanto os cientistas nem sempre concordam sobre como classificar os organismos, filogenética molecular, que usa Sequências de DNA como dados, tem levado muitas revisões recentes ao longo de linhas evolutivas, mais eficientes e é provável que continue a fazê-lo. Classificação botânica pertence à ciência da sistemática vegetal. O sistema de classificação dominante é chamado o Taxonomia de Lineu. Ele inclui fileiras e nomenclatura binomial . A classificação, taxonomia e nomenclatura de organismos botânicos é administrado pelo Código Internacional de Nomenclatura para algas, fungos e plantas (ICN).

O sistema de cinco reino tem sido amplamente substituída por modernos sistemas de classificação alternativos. Livros didáticos geralmente começam com o sistema dos três domínios: Archaea (originalmente Archaebacteria); Bacteria (originalmente Eubacteria); Eucariotos (incluindo protistas, fungos , plantas e animais ). Estes domínios reflectir se as células têm núcleos ou não, bem como as diferenças na composição química das células exteriores e ribossomas.

Além disso, cada reino é dividido recursivamente até que cada espécie é classificada separadamente. A ordem é: Domínio; Unido; Filo; Classe; Ordem; Família; Gênero ; Espécies . O nome científico de um organismo é gerado a partir do seu género e espécie, resultando em um único nome de todo o mundo para cada organismo. Por exemplo, a Tiger Lily está listada como Lilium columbianum. Lilium é o gênero, e columbianum o epíteto específico. Ao escrever o nome científico de um organismo, é apropriado para capitalizar a primeira letra do gênero e colocar todo o epíteto específico em letras minúsculas. Além disso, todo o termo é normalmente em itálico ou sublinhado. Filogenética é o estudo de semelhanças entre diferentes espécies.

Botânicos Notáveis

Escultura de Ibn al-Baitar entre árvores, Benalmádena, Málaga, Espanha

Os seguintes botânicos fez grandes contribuições para as maneiras pelas quais botânica foi estudado.