Twoja wyszukiwarka

HALINA GALERA
SAMOZAPYLENIE-SUKCES CZY PORAŻKA
Wiedza i Życie nr 7/1998
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 7/1998

WIĘKSZOŚĆ ROŚLIN UNIKA ZAPYLENIA KWIATÓW WŁASNYM PYŁKIEM. DLA NIEKTÓRYCH JEDNAK SAMOZAPYLENIE JEST SPOSOBEM NA PRZEŻYCIE.

...Żadna istota organiczna nie może utrzymać się przy życiu przez wiele pokoleń w drodze samozapłodnienia, a do trwałego utrzymania przy życiu gatunku niezbędne jest krzyżowanie choćby tylko okolicznościowe i co pewien czas się powtarzające... - stwierdził w ubiegłym wieku Karol Darwin, obserwując zapylanie kwiatów storczyków. Dla ewolucji gatunku samozapylenie (czyli autogamia1) oznacza bowiem brak wymiany materiału genetycznego przy powstawaniu osobnika potomnego. Nic więc dziwnego, że w procesie zapylenia tak duże znaczenie ma pochodzenie uczestniczącego w nim ziarna pyłku.

U begonii (ukośnicy, Begonia) kwiaty są rozdzielnopłciowe. Kwiat żeński (A) ma wyłącznie słupki, kwiat męski (B) - tylko pręciki

Trzeba zdać sobie przy tym sprawę, że na znamię słupka (a u roślin nagonasiennych - bezpośrednio na zalążek) mogą jednorazowo trafić bardzo liczne ziarna pyłku pochodzące z rozmaitych źródeł. Pyłek obcego gatunku najczęściej w ogóle nie kiełkuje i "odpada w przedbiegach". Pomiędzy pozostałymi ziarnami rozgrywa się wyścig - jego stawką jest nowe życie. Wygrywa ten, kto wytworzy najsilniejszą łagiewkę2, która jako pierwsza dotrze do woreczka zalążkowego, uwalniając doń męskie komórki rozrodcze.

Zdarza się jednak, że w tym wyścigu nie wszyscy mają równe szanse. U niektórych kwiatów wytworzył się mechanizm "eliminujący z gry" własny pyłek. Jest on nazywany samopłonnością, gdy hamuje rozwój łagiewki, albo samosterylnością, jeśli prowadzi do degeneracji męskich komórek rozrodczych lub nawet zapłodnionej już komórki jajowej.

U przedstawicieli rodzaju kapusta (Brassica) w momencie rozchylania się płatków kwiatu pojawia się bariera w postaci warstwy kutykuli okrywającej znamię, którą mogą przebyć tylko łagiewki kiełkujące z obcych ziaren pyłku. W rodzinie psiankowatych (np. u petunii, Petunia) przeszkodę stanowią specyficzne białka, wstrzymujące kiełkowanie łagiewki. U lucerny siewnej (Medicago sativa) natomiast nasiona powstałe na drodze samozapylenia i samozapłodnienia zamierają.

Kwiaty pierwiosnków Primula o wydłużonej rurce korony są zapylane przez owady o długich ssawkach. Jeśli motyl odwiedzi kwiat typu A, gdzie pręciki są osadzone nisko, to wysypujący się z nich pyłek oblepi ssawkę zwierzęcia w jej dolnej części. Owad zapyla nim kwiat B wyposażony w słupek o krótkiej szyjce, zbierając równocześnie ziarna jego pyłku na samą nasadę trąbki. Powrót do kwiatu A oznacza zapylenie jego wysoko umieszczonego znamienia pyłkiem z kwiatu B

Inna strategia zapobiegająca autogamii polega na uniemożliwieniu dostania się własnego pyłku na znamię. W przypadku kwiatów obupłciowych jest to uzyskiwane przez odpowiednie ułożenie ich żeńskich i męskich elementów. Mogą oddzielać je na przykład specjalne "kurtyny" i "przepierzenia", tak jak ma to miejsce u barwinka pospolitego (Vinca minor), u którego znamię znajduje się pod tarczką - "parasolem" osłaniającym je przed deszczem pyłku opadającego z umieszczonych wyżej pręcików.

Czasami jeden gatunek wytwarza dwa (lub rzadko trzy) typy kwiatów, różniących się długością pręcików i słupków, co widać na przykład u pierwiosnka (Primula) - w obu kwiatach główki pręcików i znamiona są rozmieszczone na innych poziomach. Jednak podstawową przeszkodą do zapylenia wewnątrz tego samego kwiatu pierwiosnka jest niedopasowanie wielkości ziaren pyłku do budowy znamienia słupka. W rezultacie pyłek wyprodukowany w kwiecie krótkoszyjkowym może zapylić tylko słupek o długiej szyjce.

Rozdzielenie płci w przestrzeni przyjmuje także bardziej radykalne formy - mamy wówczas do czynienia z kwiatami rozdzielnopłciowymi: męskimi, zaopatrzonymi w pręciki oraz żeńskimi ze słupkami. Wyklucza to autogamię, gdyż kwiaty męskie powstają na innych osobnikach niż żeńskie (zjawisko dwupienności). Roślinami dwupiennymi są, przykładowo, konopie, chmiel, jałowiec i wierzby oraz palma daktylowa [patrz: Dla kogo kwitną kwiaty, "WiŻ" nr 6/1998].

U egzotycznego Aeschynanthus acuminatus występuje przedprątność, polegająca na wcześniejszym dojrzewaniu pręcików. Kwiat A znajduje się na etapie pylenia, w kwiecie B zaś pręciki są już zaschnięte, a znamię słupka - gotowe do zapylenia. W przypadku przedsłupności jako pierwsze osiągają dojrzałość słupki

Ostatni wreszcie sposób uniknięcia samozapylenia wykorzystuje element czasu - pręciki rozwijają się w innym momencie niż słupki (zjawisko dichogamii). W obupłciowych kwiatach sasanki (Pulsatilla) najpierw dojrzewają słupki, a po ich zwiędnięciu uwalniany jest pyłek. Zupełnie odwrotnie jest u dzwonków (Campanula) - wcześniej pylą pręciki, potem dojrzałość uzyskują słupki.

Klejstogamiczne kwiaty fiołka wonnego (Viola odorata) charakteryzują się niedorozwiniętą koroną, podczas gdy pozostałe kwiaty mają duże barwne płatki

W przypadku wymienionych wyżej gatunków stopień pokrewieństwa roślin macierzystych dla prawidłowego procesu zapylenia i zapłodnienia odgrywa istotną rolę. Istnieje jednak spora grupa roślin, których kwiaty nie mają przystosowań zmniejszających prawdopodobieństwo zapylenia własnym pyłkiem. Strategia taka jest opłacalna zwłaszcza w sytuacji, gdy z jakichś przyczyn długo nie dochodzi do zapylenia krzyżowego. Samozapylenie oznacza w tym przypadku wybór "mniejszego zła", dzięki czemu nie zostanie zmarnowany wysiłek związany z wytworzeniem kwiatu. Autogamia zdarza się nawet u roślin wyraźnie przystosowanych do zapylania przez owady, takich jak przedstawiciele rodziny storczykowatych: kruszczyk (Epipactis), buławnik (Cephalanthera) i gnieźnik (Neottia).

Zwieszone kwiaty gruszyczki jednokwiatowej (Moneses uniflora) mogą zostać zapylone własnym pyłkiem, wysypującym się z usytuowanych nad znamieniem główek pręcików

W skrajnym przypadku, tzw. klejstogamii, kwiaty są cały czas zamknięte, co uniemożliwia dostanie się pyłku z zewnątrz. Mają one zazwyczaj specyficzne cechy wynikające z przystosowania do zapylania własnym pyłkiem. Płatki korony i pręciki są niedorozwinięte, a pyłek wysypuje się na znamiona we wnętrzu kwiatów lub kiełkuje jeszcze w obrębie pręcików. Zjawisko klejstogamii występuje u dobrze nam znanych roślin, takich jak niektóre gatunki pszenicy (Triticum) i jęczmienia (Hordeum) czy pospolitego w Polsce fiołka wonnego (Viola odorata). Rzadko jednak wszystkie kwiaty danej rośliny są klejstogamiczne.

Gatunki niezdolne do samozapłodnienia tworzą populacje osobników zróżnicowanych genetycznie, lecz różnice pomiędzy poszczególnymi populacjami są niewielkie. U gatunków rozmnażających się autogamicznie jest odwrotnie: zmienność w obrębie danej populacji jest niewielka, poszczególne populacje natomiast bywają znacząco inne. Podobieństwo osobników jednej populacji wynika z braku wymiany genów. Trudniej przychodzi wyjaśnić, w jaki sposób powstały różnice między populacjami należącymi do gatunku zdolnego wyłącznie do autogamii. Przypuszcza się, że jest to wynik mutacji lub "pozostałość po przodkach" w procesie ewolucyjnym. Nie można też wykluczyć, że sporadycznie mogły zdarzać się wśród nich wypadki zapylenia krzyżowego.

Autogamia, niezależnie od przyczyn tego zjawiska, musi dawać roślinie korzyści, skoro istnieją organizmy całkowicie na nią zdane. Racjonalizm natury bywa jednak czasem głęboko przed nami ukryty.

Rysunki autorki

1Termin autogamia jest używany również w nieco innym znaczeniu. W odniesieniu do zwierząt oznacza on samozapłodnienie, czyli połączenie się komórek rozrodczych pochodzących z tego samego osobnika.

2 Łagiewka pyłkowa powstaje w momencie kiełkowania ziarna pyłku na znamieniu słupka. Jej zadanie polega na dostarczeniu rozwijających się w niej męskich komórek płciowych do wnętrza zalążka, gdzie następuje zapłodnienie.

Mgr HALINA GALERA pracuje na stanowisku asystenta w Ogrodzie Botanicznym CZRB PAN w Powsinie. Zajmuje się badaniami nad florą ogrodów botanicznych oraz działalnością popularyzatorską, a artykuły ilustruje własnymi rycinami.

Od redakcji: W numerach majowym i czerwcowym "WiŻ" z br. zamieściliśmy dwa artykuły pt. Dla kogo kwitną kwiaty? i Uczucia na wietrze opisujące tajemnice intymnego życia roślin.

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
(05/98) DLA KOGO KWITNĄ KWIATY
(06/98) UCZUCIA NA WIETRZE
(08/98) PODWODNE ZALOTY
(11/98) LEŚNE OWOCE