Se denomina planta gimnosperma a cualquier planta vascular que se reproduce por medio de una semilla expuesta, u óvulo, a diferencia de las angiospermas, o plantas con flores, cuyas semillas están encerradas por ovarios maduros, o frutos.
Las semillas de muchas gimnospermas (literalmente, «semillas desnudas») nacen en conos y no son visibles hasta la madurez.
- Las gimnospermas son plantas sin flores que producen semillas. Pertenecen a la subcategoría Embophyta.
- El término «gimnosperma» significa literalmente «semilla desnuda». Esto se debe a que las semillas producidas por las gimnospermas no están encerradas en un ovario. En su lugar, las semillas de las gimnospermas se encuentran expuestas en la superficie de unas estructuras parecidas a las hojas llamadas brácteas.
- Las cuatro divisiones principales de las gimnospermas son Coniferophyta, Cycadophyta, Ginkgophyta y Gnetophyta.
- Las gimnospermas suelen encontrarse en los biomas de los bosques templados y boreales. Los tipos más comunes de gimnospermas son las coníferas, las cícadas, los ginkgos y las gnetófitas.
¿Qué son las plantas gimnospermas?
El término gimnosperma proviene de la palabra compuesta en griego: γυμνόσπερμος (γυμνός, gymnos, ‘desnudo’ y σπέρμα, sperma, ‘semilla’), que significa literalmente ‘semillas desnudas’. El nombre se basa debido a la condición no encerrada de sus semillas (llamadas óvulos en su estado no fecundado).
La condición no cerrada de sus semillas contrasta con las semillas y óvulos de las plantas con flor (angiospermas), que están encerrados en un ovario. Las semillas de las gimnospermas se desarrollan en la superficie de las escamas o de las hojas, que a menudo se modifican para formar conos, o solitarias como en el tejo, la Torreya y el Ginkgo.
Tienen una fase esporofítica diploide dominante y una fase gametofítica haploide reducida que depende de la fase esporofítica.
Las gimnospermas y las angiospermas forman conjuntamente las espermatofitas o plantas con semillas. Las gimnospermas se subdividen en cinco divisiones, cuatro de las cuales, la Cycadophyta, la Ginkgophyta, la Gnetophyta y la Pinophyta (también conocida como Coniferophyta) siguen existiendo, mientras que la Pteridospermatophyta se ha extinguido.
El grupo más numeroso de gimnospermas vivas son las coníferas (pinos, cipreses y parientes), seguidas de las cícadas, las gnetófitas (Gnetum, Ephedra y Welwitschia) y el Ginkgo biloba (una única especie viva). Cerca del 65% de las gimnospermas son dioicas, pero las coníferas son casi todas monoicas.
Algunos géneros tienen micorrizas, asociaciones de hongos con las raíces (Pinus), mientras que en algunos otros (Cycas) se asocian pequeñas raíces especializadas llamadas raíces coraliformes con cianobacterias fijadoras de nitrógeno.
Los botánicos y biológos reconocen cuatro divisiones distintas de plantas gimnospermas existentes (no extintas) -Pinophyta, Cycadophyta, Ginkgophyta y Gnetophyta- con 88 géneros y más de 1.000 especies distribuidas por todo el mundo.
Aunque desde el Cretácico (hace unos 145 millones a 66 millones de años) las gimnospermas han sido desplazadas paulatinamente por las angiospermas, de evolución más reciente, siguen teniendo éxito en muchas partes del mundo y ocupan grandes áreas de la superficie terrestre.
Los bosques de coníferas, por ejemplo, cubren vastas regiones de las tierras templadas del norte, y las gimnospermas suelen crecer en latitudes más septentrionales que las angiospermas.
Características de las plantas gimnospermas
En todos los grupos de gimnospermas vivas, la parte visible del cuerpo de la planta (es decir, el tallo y las ramas en crecimiento) representa la generación esporofita, o asexual, en lugar de la generación gametofita, o sexual.
Normalmente, un esporófito tiene un tallo con raíces y hojas y lleva las estructuras reproductivas.
Como plantas vasculares, las gimnospermas contienen dos tejidos conductores, el xilema y el floema. El xilema conduce el agua y los minerales desde las raíces al resto de la planta y también proporciona soporte estructural.
El floema distribuye los azúcares, aminoácidos y nutrientes orgánicos fabricados en las hojas a los tejidos no fotosintéticos de la planta.
En la mayoría de las gimnospermas, los conos de polen masculinos, llamados microstrobios, contienen hojas reducidas llamadas microsporófilos. Los microsporangios, o sacos de polen, nacen en las superficies inferiores de los microsporófilos. El número de microsporangios puede variar desde dos en muchas coníferas hasta cientos en algunas cícadas. Dentro de los microsporangios hay células que sufren una división meiótica para producir microsporas haploides.
La fase de gametofito comienza cuando la microspora, mientras aún está dentro del microsporangio, empieza a germinar para formar el gametofito masculino. Un solo núcleo de microspora se divide por mitosis para producir unas cuantas células. En esta fase, el gametofito masculino (llamado grano de polen) se desprende y es transportado por el viento o los insectos.
Los conos ovulares femeninos, llamados megastrobiles, pueden nacer en la misma planta que porta los microstrobiles (como en las coníferas) o en plantas separadas (como en las cícadas y el Ginkgo).
Un megastrobilus contiene muchas escamas, llamadas megasporófilos, que contienen megasporangios. Dentro de cada megasporangio, una sola célula sufre una división meiótica para producir cuatro megasporas haploides, tres de las cuales suelen degenerar.
La megaspora restante se somete a mitosis para formar el gametofito femenino. A medida que el número de núcleos libres se multiplica, el megasporangio y la pared de la megaspora se expanden. En esta fase, el óvulo está listo para ser fecundado.
Sin embargo, antes de que se produzca la fecundación, el gametofito masculino maduro (el grano de polen) debe ser transportado hasta el gametofito femenino: el proceso de polinización. En muchas gimnospermas, una «gota de polinización» pegajosa rezuma de un pequeño agujero en el megasporangio femenino para atrapar los granos de polen.
La gota se reabsorbe en el megasporangio para la fecundación. En otras especies, el grano de polen se deposita en la superficie del megasporangio, donde el gametofito masculino sigue desarrollándose.
Un tubo de polen emerge del grano y crece a través del megasporangio hacia la estructura multicelular que contiene el óvulo, llamada arquegonio. El óvulo y el esperma siguen madurando, y el núcleo de este último sufre divisiones adicionales que dan lugar a dos gametos masculinos, o espermatozoides.
En las gimnospermas, cuando los núcleos de los dos espermatozoides se encuentran con el óvulo, uno de los núcleos muere y el otro se une al núcleo del óvulo para formar un cigoto diploide. El óvulo fecundado se somete a mitosis para iniciar el desarrollo de una nueva generación de esporofitos, el embrión multicelular de la semilla.
El alimento para el embrión en desarrollo lo proporciona el enorme gametofito femenino lleno de almidón que lo rodea. El intervalo de tiempo entre la polinización y la maduración del embrión en una nueva generación de esporofitos varía entre los distintos grupos.
Coniferophyta
La división Coniferophyta contiene las coníferas, que tienen la mayor variedad de especies entre las gimnospermas. La mayoría de las coníferas son de hoja perenne (conservan sus hojas durante todo el año) e incluyen algunos de los árboles más grandes, altos y antiguos del planeta.
La palabra conífera significa «portador de conos», una característica distintiva común a las coníferas.
Los conos albergan las estructuras reproductivas masculinas y femeninas de las coníferas. La mayoría de las coníferas son monoicas, lo que significa que tanto los conos masculinos como los femeninos pueden encontrarse en el mismo árbol.
Otro rasgo fácilmente identificable de las coníferas son sus hojas en forma de aguja. Las diferentes familias de coníferas, como Pinaceae (pinos) y Cupressaceae (cipreses), se distinguen por el tipo de hojas que presentan.
Los pinos tienen hojas simples parecidas a agujas o agrupadas a lo largo del tallo.
Los cipreses tienen hojas planas y escamosas a lo largo del tallo. Las coníferas del género Agathis tienen hojas gruesas y elípticas, y las del género Nageia tienen hojas anchas y planas.
Las coníferas son miembros conspicuos del bioma del bosque de la taiga y tienen adaptaciones para la vida en el entorno frío de los bosques boreales. La forma alta y triangular de los árboles permite que la nieve se desprenda más fácilmente de las ramas y evita que se rompan bajo el peso del hielo.
Las coníferas de hoja de aguja también tienen una capa de cera en la superficie de la hoja para ayudar a prevenir la pérdida de agua en el clima seco.
Cycadophyta
La división Cycadophyta de las gimnospermas incluye las cícadas. Las cícadas se encuentran en bosques tropicales y regiones subtropicales. Estas plantas de hoja perenne tienen una estructura de hojas parecida a la de las plumas y largos tallos que extienden las grandes hojas sobre el grueso tronco leñoso.
A primera vista, las cícadas pueden parecerse a las palmeras, pero no están relacionadas.
Estas plantas pueden vivir muchos años y tienen un proceso de crecimiento lento. La palmera King Sago, por ejemplo, puede tardar hasta 50 años en alcanzar los 3 metros.
A diferencia de muchas coníferas, las cícadas sólo producen conos masculinos (producen polen) o conos femeninos (producen óvulos). Las cícadas femeninas que producen conos sólo producirán semillas si hay un macho en las proximidades. Las cícadas dependen principalmente de los insectos para la polinización, y los animales ayudan a la dispersión de sus grandes y coloridas semillas.
Las raíces de las cícadas están colonizadas por las bacterias fotosintéticas cianobacterias.
Estos microbios producen ciertos venenos y neurotoxinas que se acumulan en las semillas de la planta. Se cree que las toxinas proporcionan protección contra bacterias y parásitos fúngicos. Las semillas de las cícadas pueden ser peligrosas para los animales domésticos y los seres humanos si se ingieren.
Ginkgophyta
Los ginkgo biloba son las únicas plantas que sobreviven de la división Ginkgophyta de las gimnospermas.
En la actualidad, las plantas de ginkgo que crecen de forma natural son exclusivas de China. Los ginkgos pueden vivir miles de años y se caracterizan por sus hojas caducas en forma de abanico que se vuelven amarillas en otoño. Los Ginkgo biloba son bastante grandes, y los árboles más altos alcanzan los 50 metros.
Son árboles viejos ytienen troncos gruesos, así como raíces profundas.
Los ginkgos prosperan en zonas bien soleadas que reciben mucha agua y tienen un buen drenaje del suelo. Al igual que las cícadas, las plantas de ginkgo producen conos masculinos o femeninos y tienen espermatozoides que utilizan flagelos para nadar hacia el óvulo en el óvulo femenino.
Estos árboles duraderos son resistentes al fuego, a las plagas y a las enfermedades, y producen sustancias químicas que se consideran de valor medicinal, como varios flavinoides y terpenos con propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y antimicrobianas.
Gnetophyta
La división de gimnospermas Gnetophyta tiene un pequeño número de especies (65) que se encuentran en tres géneros: Ephedra, Gnetum y Welwitschia. Muchas de las especies del género Ephedra son arbustos que se pueden encontrar en las regiones desérticas de América o en las regiones altas y frescas de las montañas del Himalaya en la India.
Algunas especies de Ephedra tienen propiedades medicinales y son la fuente del fármaco descongestionante efedrina. Las especies de Ephedra tienen tallos delgados y hojas en forma de escamas.
Las especies de Gnetum contienen algunos arbustos y árboles, pero la mayoría son enredaderas leñosas que trepan alrededor de otras plantas. Habitan en las selvas tropicales y tienen hojas anchas y planas que se asemejan a las de las plantas con flores.
Los conos reproductores masculinos y femeninos se encuentran en árboles separados y suelen parecerse a las flores, aunque no lo son. La estructura del tejido vascular de estas plantas también es similar a la de las plantas con flor.
La Welwitschia tiene una sola especie, la Welwitschia mirabilis. Estas plantas sólo viven en el desierto africano de Namibia. Son muy inusuales porque tienen un gran tallo que permanece cerca del suelo, dos grandes hojas arqueadas que se dividen en otras hojas a medida que crecen, y una raíz pivotante grande y profunda.
Esta planta puede soportar el calor extremo del desierto, con máximas de 50°C, así como la falta de agua (1-10 cm anuales). Los conos masculinos de W. mirabilis son de colores brillantes, y tanto los conos masculinos como los femeninos contienen néctar para atraer a los insectos.
Ciclo de vida de las gimnospermas
En el ciclo de vida de las gimnospermas, las plantas alternan entre una fase sexual y una fase asexual.
Este tipo de ciclo vital se conoce como alternancia de generaciones. La producción de gametos se produce en la fase sexual o generación gametofítica del ciclo. Las esporas se producen en la fase asexual o generación esporofítica.
A diferencia de las plantas no vasculares, la fase dominante del ciclo de vida de las plantas vasculares es la generación esporofítica.
En las gimnospermas, el esporófito de la planta se reconoce como el grueso de la misma, incluyendo las raíces, las hojas, los tallos y los conos. Las células del esporófito vegetal son diploides y contienen dos juegos completos de cromosomas.
El esporófito es responsable de la producción de esporas haploides mediante el proceso de meiosis. Con un juego completo de cromosomas, las esporas se convierten en gametofitos haploides. Los gametofitos de la planta producen gametos masculinos y femeninos que se unen en la polinización para formar un nuevo cigoto diploide.
El cigoto madura en un nuevo esporofito diploide, completando así el ciclo. Las gimnospermas pasan la mayor parte de su ciclo vital en la fase de esporofito, y la generación de gametos depende totalmente de la generación de esporofitos para sobrevivir.
Reproducción de las gimnospermas
Los gametos femeninos (megasporas) se producen en estructuras gametofíticas denominadas arquegonias, situadas en los conos de ovulación. Los gametos masculinos (microsporas) se producen en los conos de polen y se convierten en granos de polen.
Algunas especies de gimnospermas tienen conos masculinos y femeninos en el mismo árbol, mientras que otras tienen árboles productores de conos masculinos o femeninos separados. Para que se produzca la polinización, los gametos deben entrar en contacto entre sí. Esto suele ocurrir a través del viento, los animales o los insectos.
La fecundación en las gimnospermas se produce cuando los granos de polen entran en contacto con el óvulo femenino y germinan.
Los espermatozoides se dirigen al óvulo dentro del óvulo y lo fecundan. En las coníferas y gnetófitas, los espermatozoides no tienen flagelos y deben llegar al óvulo mediante la formación de un tubo polínico. En las cícadas y los ginkgos, los espermatozoides flagelados nadan hacia el óvulo para fecundarlo.
Tras la fecundación, el cigoto resultante se desarrolla dentro de la semilla de la gimnosperma y forma un nuevo esporofito.
Fuentes y bibliografía
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[PDF] PTERIDOFITAS Y GIMNOSPERMAS, JMO Rodríguez, JCM Castro, BFH Valencia… – academia.edu
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Introducción al estudio de las gimnospermas. LA Fournier-Origgi – sidalc.net
Soy Carolina. Cursé estudios de el Grado en Ingeniería Agrícola por la Universidad de La Rioja.
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