Как работает пыльца

У растений пыльца появилась как средство размножения более 375 миллионов лет назад, и с тех пор они не оглядывались назад [источник: Данн ]. Большая часть растений, распространенных сегодня по всей планете, демонстрирует эту эволюционную изобретательность. Основная причина того, что пыльца - и, как следствие, процесс опыления - так важна, заключается в том, что она означает, что растениям не нужно полагаться на воду для транспортировки биологических компонентов, необходимых для оплодотворения. Растения, несущие пыльцу, также имеют тенденцию защищать свое потомство после оплодотворения в виде твердых семян - а в некоторых случаях эти семена даже гнездятся внутри мясистых плодов.

По сути, пыльцевые зерна - это сперматозоиды растений. Или, возможно, более технически, седаны со спермой. Внутри они содержат мужскую часть ДНК, необходимую для размножения растений. Когда дело доходит до размера пыльцевых зерен, существует большая разница, и нет никакой корреляции между размером растения и размером пыльцы, которую оно производит. Крупные растения могут производить мельчайшие зерна пыльцы, в то время как крошечные растения могут давать пыльцу, которая их опозорит. Пыльцевые зерна могут выглядеть не очень; невооруженным глазом они часто выглядят как пыльные пятнышки, но при ближайшем рассмотрении они принимают бесконечное множество завораживающих форм со всевозможными текстурами и особенностями.

Будь то коническая, сферическая, цилиндрическая или какая-то другая фантастическая форма, многие зерна пыльцы напоминают что-то еще, будь то коралл, суккулент, морская ракушка или морской анемон . Некоторые зерна усеяны небольшими шипами; у других есть сетчатые поверхности. Еще многие выглядят заплетенными в веревочные клубки, в то время как другие имеют тонкие ямочки или ребра, которые напоминают полосы на арбузе.

Многие из этих уникальных приспособлений призваны помочь пыльце попасть туда, куда ей нужно, а именно - к женскому аналогу ее собственного вида. Особенности поверхности помогают зерну прилипать к различным способам транспортировки, таким как птичьи перья, пчелиные лапки или мех животных. Или они помогают пыльце перемещаться по воздуху на придатках, которые напоминают крылья самолета или воздушные шары. Некоторые из этих функций даже помогают успешно функционировать пыльцевому зерну, когда оно достигает места назначения. Мы обсудим, что происходит, когда это счастливое событие происходит на следующей странице.

1. Процесс опыления
2. Сила цветов и опыление
3. Переносчики пыльцы
4. Пыльца и люди

У большинства растений, продуцирующих пыльцу, зерно пыльцы успешно завершает свой путь, когда оно перемещается от мужской части экземпляра растения к соответствующей женской части. В идеале, он попадает на совершенно другое растение, чтобы увеличить ауткроссинг в результате перекрестного опыления . Однако это не всегда является жестким и быстрым требованием, хотя важно отметить, что у многих видов растений есть способы предотвратить самоопыление конкретного растения. Некоторые даже генетически несовместимы с самими собой.

Как только пыльца достигает женской части растения, в большинстве случаев яйцеклетки , один из счастливых сперматозоидов (обычно из двух), попавших в пыльцу, оплодотворяет яйцеклетку внутри. После оплодотворения семяпочка постепенно разовьется в семя , и это семя перенесет свое зародышевое растение в новый дом.

Растения, следующие по этому основному репродуктивному пути, известны как голосеменные . Деревья с сосновыми шишками и подобными репродуктивными структурами, как и большинство хвойных пород, являются примерами голосеменных. Давайте подробнее рассмотрим хвойные деревья , самые многочисленные и широко распространенные голосеменные на Земле сегодня, и в частности сосны, поскольку они являются одними из самых известных видов.

Сосновые шишки обычно бывают мужскими и женскими, и они могут быть самых разных форм, текстур и размеров, в зависимости от вида. Один производит пыльцу, а другой ее получает. Как только пыльцевое зерно достигает семяпочки - обычно прилипая с помощью липкого вещества, вырабатываемого женской шишкой, - оно поглощает воду, прорастает и начинает медленно расти пыльцевую трубку , чтобы поместить внутрь вновь образовавшуюся сперму. Происходит оплодотворение, и в конечном итоге формируется семя. Время, необходимое для завершения всего процесса, сильно варьируется; у многих видов сосны процесс опыления от начала до конца занимает более года. Как только он закончится, семя высвобождается из конуса и продолжает свой путь.

Но хотя развитие процесса опыления было революционным, в нем все же были некоторые недостатки, которые можно было устранить. На следующей странице мы рассмотрим растения, которые извлекли эволюционное железо и сделали этот метод более надежным.

Предупреждение об аллергии

Многие люди страдают аллергическим ринитом , и пыльца играет большую роль. Разные виды растений производят разные пыльцы, и эти разные пыльцы состоят из разных белков. Некоторые из этих белков заставляют иммунную систему людей, страдающих аллергией, работать с перегрузкой.

Некоторые растения - покрытосеменные - эволюционировали, чтобы продвинуть процесс опыления на новый уровень. Это цветущие растения, и они не только дают семена, они также цветут и дают защитные плоды. Эти системы репродуктивной защиты также лучше привлекают мобильные организмы, помогая им успешно завершить свой жизненный цикл; фактически, многие из них эволюционировали в тандеме с существами, которые управляют процессом опыления. В видовом отношении покрытосеменные - наиболее плодовитый тип; многие виды деревьев и кустарников, а также всевозможные фрукты, овощи, злаки, кактусы и полевые цветы считаются покрытосеменными [источник: Raven].

Итак, давайте посмотрим, как это работает в вашем типичном цветке, и немного углубимся в процесс развития пыльцы в целом. Пыльцевые зерна создаются в процессе мейоза , во время которого клетки делятся и увеличиваются в количестве. Зерна пыльцы часто располагаются в пыльцевых мешочках на концах тычинок (мужские части цветка), которые обычно окружают плодолистик (женские части цветка). Тычинки обычно состоят из двух частей: двухлепесткового пыльника , в котором находятся мешочки с пыльцой, и нити , стебля, на котором находится пыльник. У каждого зерна постепенно образуется прочная внешняя стена, защищающая его во время путешествия.

Попав в пункт назначения, частицы пыльцы оседают на рыльце цветка - входе в завязь. Как и у голосеменных, за оплодотворением следует прорастание и образование пыльцевых трубок, но на этот раз используются оба сперматозоида. В то время как один оплодотворяет яйцеклетку, другой отвечает за оплодотворение другой клетки, которая разовьется в эндосперм , который потребляют растущие зародыши растений до и во время процесса прорастания.

Различные цветы растут в разных конфигурациях, и хотя многие, фактически большинство покрытосеменных, несут как тычинки, так и компоненты запястья, некоторые нет. У этих видов мужские и женские репродуктивные части могут быть найдены на разных цветках одного и того же растения - аналогично тому, как обычно имеют шишки голосеменных. Или, в некоторых случаях, каждый конкретный образец растения может иметь только одно или другое, немного изменяя процесс.

Пыльца может переноситься ветром, переноситься водой или перемещаться любыми существами, будь то пчелы , жуки, птицы или летучие мыши , и откладываться на женской репродуктивной части другого цветка. Это может показаться удачным или неудачным, и именно поэтому растения, особенно голосеменные, производят много пыльцы.

Чтобы растения могли успешно распространять свою пыльцу, многие из них эволюционировали вместе с другими существами, чтобы выполнять свою работу чаще и эффективнее. Это произошло несколькими способами. Например, у цветущих растений те, у которых была самая вкусная пыльца, с большей вероятностью привлекали опылителей, поэтому у них были лучшие шансы на размножение своего вида. Цветущие растения также используют форму, цвет и аромат, чтобы привлечь больше клиентов, иногда неожиданным образом. Многих видов жуков привлекают цветы, которые источают запахи, которые мы считаем крайне непривлекательными. Некоторые из этих растений, в том числе обыкновенный домашний филодендрон, привлекают жуков, нагреваясь в результате химической реакции. Это заставляет их производить запах, напоминающий разлагающееся органическое вещество, к которому жуки естественным образом притягиваются.Одно суматранское растение, известное как язык дьявола, пахнет настолько отвратительно, что, как сообщается, люди теряют сознание. Это опылитель? Вид жука-падальщика.

Яркие красочные цветы, скорее всего, привлекут дневных существ, в то время как белые или светло-желтые, скорее всего, будут замечены ночными животными. Также есть производство нектара. Многие опытные опылители, такие как пчелы, летучие мыши и колибри, питаются нектаром, поэтому создание чашек для нектара, подходящих для ротового аппарата опылителя, было еще одной важной специализацией, которую нужно было развивать. Наконец, изменилось и расположение половых частей растений. Наиболее успешными оказались те экземпляры, расположение которых лучше всего соответствовало привычкам питания потенциального опылителя. Таким образом, тычинки, о которых опылитель с наибольшей вероятностью задевал - и, следовательно, с большей вероятностью их смахнули и унесли, - были наиболее подходящими для эволюционной стойкости.

Колени пчелы

Пчелы являются прекрасным примером совместной эволюции в действии и являются невероятно важными опылителями. Они потребляют нектар и пыльцу, собирая и то, и другое во время кормления. Цветы превратились в определенные сочетания цвета, аромата и формы, которые делают их привлекательными и доступными для пчел (и часто непривлекательными или недоступными для их конкурентов). Пчелы отплатили за такие цветы, развивая определенные части тела, которые делают их более эффективными при сборе - и непреднамеренной передаче определенных частей - пыльцы во время своего обхода.

Очевидно, что растения, пыльца и опылители имеют большое значение для человека. Люди, несомненно, передавали знания о растениях на протяжении долгой эволюции нашего вида, но около 11000 лет назад мы радикально изменили игру [источник: Старр]. Примерно в то же время люди начали одомашнивать культурные растения - отбирать любимые образцы диких пород и выращивать их для достижения определенных желаемых качеств, таких как высокая урожайность, устойчивость к вредителям или термостойкость. Перенесемся в сегодняшний день, и наши методы растениеводства снова резко изменились по сравнению с тем ранним началом. Сейчас многие сельскохозяйственные культуры представляют собой генетически модифицированные организмы или ГМО, и наше искусственное вмешательство заставило многих людей задуматься о том, какое влияние это окажет на естественно возникшие организмы.

Ученые изучают, могут ли и при каких обстоятельствах ГМО-культуры скрещиваться с обычными культурами, а также с родственными видами. Одно исследование, проведенное в Африке, районе, где ГМО могут оказать значительное влияние, показало, что пчелы там отваживаются на расстоянии около 4 миль (3 км) от гнезда во время кормления [источник: Science Daily ]. Такой диапазон может позволить трангенам интродуцированных ГМО-культур проникать в дикие виды. Чтобы контролировать случаи перекрестного опыления, международные организации, такие как Европейское бюро сосуществования, выступают за определенные меры изоляции. К ним относятся пространственные и временные шаги; Другими словами, посадка сельскохозяйственных культур на определенном расстоянии от растений, которые могут подвергаться перекрестному опылению, а также выбор времени для таких посадок, чтобы виды цвели в разное время года.

Пыльца также полезна для изучения по другим причинам. Взяв образцы керна, ученые, специализирующиеся в областях палинологии - изучении пыльцы, спор и подобных микроскопических растений, - могут получить хорошее представление о том, какие растения были распространены в разные эпохи истории Земли. Например, пыльца и другие палиноморфы могут помочь определить, когда в определенной области начинается или прекращается возделывание сельскохозяйственных культур, когда участок земли был засажен лесом или лугом, или когда произошли изменения климата.

На следующей странице вы узнаете больше о пыльце и о том, что делать, когда вы начинаете чихать .

Статьи по Теме