Vědci dokázali, že hmyz opyluje kvetoucí rostliny již nejméně 100 milionů let. Jsou přesvědčeni, že to bylo opylení hmyzem, které umožnilo kvetoucím rostlinám stát se nejrozmanitějším oddělením rostlinné říše.
Oddělení krytosemenných rostlin (angiosperms, Magnoliophyta, nebo Angiospermae) vzniklo na počátku křídy, asi před 130 miliony let, a jeho rozdělení do všech moderních tříd, soudě podle výsledků posledních výzkumů, došlo velmi rychle. Zdá se, že v této době již existovaly všechny hlavní řády hmyzu, které se v zásadě mohly zapojit do křížového opylení.
krytosemenné (Magnoliophyta, nebo Angiospermae) – oddělení vyšších rostlin, které mají květy. Existuje přes 400 čeledí, více než 12 000 rodů a pravděpodobně nejméně 235 tisíc druhů. Počet druhů kvetoucích rostlin výrazně převyšuje všechny ostatní.
skupiny vyšších rostlin dohromady.
Plodnice (plody) kvetoucích rostlin jsou uzavřeny (na rozdíl od plodnic nahosemenných) ve víceméně uzavřené dutině plodnice, tvořené jedním nebo více srostlými plodolisty. Nejcharakterističtějším znakem kvetoucích rostlin a hlavním rozdílem mezi květem a strobili nahosemenných je přítomnost blizny (která se u primitivních forem táhne podél švu plodolisty).
Jedním z charakteristických rysů kvetoucích rostlin je dvojité hnojení, které je ostře odlišuje od všech ostatních skupin rostlinného světa. Spočívá v tom, že jedna ze dvou spermií splyne s vajíčkem (vlastní oplodnění neboli syngamie) a druhá se 2 polárními jádry (trigamie). V důsledku syngamie vzniká zygota a v důsledku trigamie primární jádro endospermu (s charakteristickou trojitou chromozomovou sadou), které slouží k výživě vyvíjejícího se embrya. Trojité sloučení pravděpodobně vyplynulo z extrémního zjednodušení
Samičí gametofyt je obvykle téměř úplně zbaven živin a je účinnou adaptací pro jejich rychlou kompenzaci.
Semena kvetoucích rostlin jsou uzavřena v plodech (odtud jejich druhé jméno – krytosemenné rostliny). U relativně primitivnějších rostlin, jako je magnólie, pivoňka nebo lilie, jsou plody rozléhavé, a proto je semeno rozptylovacím orgánem, u specializovanějších kvetoucích rostlin, například hvězdnicovitých nebo obilnin, jsou plody neopadavé a plodem je rozptylový orgán.
Na rozdíl od všech ostatních vyšších rostlin mají kvetoucí rostliny sítovité floémové prvky vybavené doprovodnými buňkami. A konečně, většina kvetoucích rostlin se vyznačuje přítomností cév, které chybí pouze u některých primitivních skupin. Podle úrovně svého evolučního vývoje zaujímají kvetoucí rostliny stejné místo ve světě rostlin jako savci ve světě zvířat.
Otázka, kdy se samotné rostliny naučily k tomuto účelu využívat hmyz, však zůstala otevřená. V této době stále neexistují žádné přímé důkazy o opylování rostlin hmyzem.
Vědcům z univerzit na Floridě a v Indianě se podařilo zjistit, že spojení květin a hmyzu je staré nejméně 96 milionů let. Práce byla publikována v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences. Navíc, jak odborníci zjistili, v této době již převážný počet krytosemenných rostlin přešel na zkřížené biotické opylování pomocí hmyzu jako prostředníka.
K získání takových výsledků museli odborníci analyzovat starověký pyl, což byly plnohodnotné reprodukční buňky rostlin asi před 96 miliony let.
První fází studie, kterou provedli američtí paleobotanici pod vedením Shusheng Hu z Northwestern Branch of Indiana University, byla správná analýza devíti vzorků fosilizovaného pylu objeveného ve třech paleontologických vykopávkách dakotského souvrství v americkém státě Minnesota. Všechny patří ke spodní hranici svrchní křídy, jejich stáří je necelých 100 milionů let.
pyl je sbírka pylových zrn ze semenných rostlin. Pyl je bohatý na živiny (cukry, tuky, minerální soli, bílkoviny), které se spotřebovávají při klíčení pylových zrn; obsahuje enzymy, karotenoidy, vitamíny a další biologicky aktivní látky, které hrají důležitou roli při hnojení. Pyl používají včely k výrobě včelího chleba. Životaschopnost pylu různých rostlinných druhů je různá: například v liliích si pyl zachovává svou schopnost hnojení po dobu 60-65 dnů, v kukuřici – až 2 dny.
Právě první etapa studia se ukázala jako nejdůležitější, protože paleobotanici již dříve objevili vzorky starověkého pylu, ale dosud nebyly takové zbytky identifikovány jako rostlinné pohlavní buňky, ale jako fragmenty prašníků květních tyčinek, popř. jako hmyzí exkrementy. V této studii byli vědci zabývající se pylem schopni extrahovat zkamenělé zbytky prachové hmoty z vápence a bahna, takže odborníci mohli provést důkladnější analýzu.
Kromě toho výzkumníci použili údaje o strukturálních změnách, ke kterým došlo v oddělení krytosemenných rostlin, zejména je zajímaly informace o raných prototypech tyčinky a prašníku, rostlinných orgánů, které se podílejí na vytlačování pylu z prašníku a tím vytváření pyl dostupný pro hmyz. Současně vědci provedli statistickou analýzu metod opylení, které existovaly mezi stále živými rostlinami a jejich předky.
Výsledkem bylo, že američtí paleobotanici byli poprvé schopni popsat biologickou strukturu pylu z období křídy a zároveň se dozvědět mnoho o tom opylujícím hmyzu, který se podílel na rozmnožování rostlin a vyvíjel se společně s dalšími organismy ekosystém – zejména s oddělením kvetení.
„Naše studie starověkého pylu naznačuje podíl hmyzu na opylování, přičemž entomofilie (opylení hmyzem) se zdá být nejproduktivnějším a nejefektivnějším typem reprodukce jak pro moderní, tak pro staré rostliny,“ řekl profesor paleobotaniky David Dilcher z Florida Museum of Natural. Dějiny.
Nejdůležitějším výsledkem studie bylo uznání skutečnosti, že rostliny využívaly entomofilní opylení již na začátku pozdní křídy, což znamená, že hmyz, který se účastnil této fáze rozmnožování květů, již měl řadu adaptací, které zajišťují přenos pylu z jedné květiny do druhé.
Podle Dilchera výsledky analýzy zkamenělých vzorků pylu podporují mezi vědci široce známou teorii o rozšíření starověkých kvetoucích rostlin.
Podle této hypotézy to byl hmyz, který měl schopnost dodávat pylová zrna z tyčinky do blizny, co ovlivnilo adaptaci krytosemenných rostlin. Účast hmyzu v procesu reprodukce se ukázala být zvláště důležitá, když kvetoucí rostliny již tvořily velmi rozmanité a početné oddělení vyšších rostlin, jejichž zástupci zaujímali stále více nových ekologických nik.
Dnes krytosemenné rostliny, které využívají takové opylování, produkují v průměru 5 až 100 pylových tělísek, která se zase skládají z pylových buněk. Těla jsou propojena v jednu hmotu, polinarium, při jejímž šíření již nejsou rostliny odkázány na pomoc větru či vody, které se podílejí na opylování trav, jehličnatých a listnatých stromů, ale i vodních rostlin.
Opylení u rostlin
přenos pylu z prašníků na bliznu pestíku u krytosemenných nebo do vajíčka u nahosemenných.
Po opylení se z prachových částic vyvinou pylové láčky, které dodávají samčí reprodukční buňky – spermie – do vajíčka umístěného ve vajíčku, kde dochází k oplodnění a vývoji embrya. Krytosemenné rostliny mají dva způsoby opylení: cizosprašné a samosprašné. Při křížovém opylení se pyl z jedné květiny přenese na bliznu jiné, umístěné na stejném jedinci (geitonogamie) nebo na jiném (xenogamie). Při samoopylení (autogamii) se pyl z tyčinek přenese na bliznu téhož květu.
V důsledku křížového opylení, kdy pyl pochází z květu jiné rostliny, má embryo vlastnosti obou rodičů. Při samoopylení zpravidla nedochází k obohacení dědičnosti v dceřiném organismu, proto má křížení výhodu oproti samosprašnosti. Mnohé druhy rostlin se však opylují pouze samosprašně. Jejich květy jsou vždy oboupohlavné, prašníky dozrávají současně s pestíky a pyl z nich snadno padá na bliznu.
Během procesu evoluce se u rostlin vyvinulo mnoho rysů spojených s opylováním. Jedná se např. o dvoudomost květin a zejména rostlin (dvoudomost). U oboupohlavných květů dozrávají prašníky a pestíky často v různé době (dichogamie); v tomto případě častěji dozrávají prašníky dříve než pestíky (protandry), méně často dozrávají dříve pestíky (protogynie). U některých rostlin mají různé květy různé délky tyčinek a pestíků (heterostyly). U mnoha cizosprašných rostlin pyl klíčí špatně nebo vůbec neklíčí na blizině jeho pestíku, což samosprašnost vylučuje. Křížové opylení se provádí pomocí zvířat (zoofilie),
vítr (anemofilie) a voda (hydrofilie).
Největší počet druhů kvetoucích rostlin je opylován zvířaty, především hmyzem (entomofilie), méně ptáky (ornitofilie) a ještě méně savci (chiropterani, hlodavci a další). Zvířata navštěvují květiny pro nektar nebo pyl. Pyl zoofilních rostlin je obvykle velký s nerovným a často lepkavým povrchem, což mu pomáhá přilnout k tělu zvířete. Struktura jejich květů je obvykle taková, že zvíře, které je navštíví, se dotýká prašníků a blizny.
Květy těchto rostlin mají zpravidla jasnou barvu a více či méně silnou vůni, což pomáhá zvířeti najít květinu.
Živočišní opylovači také vyvinuli speciální úpravy pro extrakci nektaru a (nebo) pylu z květin. Některé rostliny jsou opylovány pouze přesně definovaným hmyzem, jehož vývojový cyklus úzce souvisí s rytmem vývoje těchto rostlin; Opylování fíků tedy provádějí pouze blastofágní vosy a opylování juky provádějí moli pronuba.
Vítr opyluje především rostliny na volném prostranství a mnoho stromů. Anemofili mají zpravidla vícekvětá květenství snadno kymácející se větrem, dlouhé tyčinky s pohyblivými prašníky, vysoce rozvětvené blizny s velkým receptivním povrchem, obrovské množství drobného suchého pylu přenášeného větrem na velké vzdálenosti, periant je špatně vyvinuté nebo zcela chybí. Kvetou buď před rozkvětem listů, nebo se jejich květenství zvedají nad listy (obilniny, ostřice).
Hydrofilních rostlin je málo. Jejich prašníky se otevírají pod vodou a pyl, padající do vody, je jí nesen na stigma pestíku; u mnoha z nich (například u úhoru) je pyl vláknitý nebo prachové částice vyklíčí při otevření prašníku a pylové láčky jim pomáhají přilnout k blizně. Některé rostliny mohou být opylovány různými způsoby; Kopinaté a jitrocele tak mohou být opylovány jak hmyzem, tak větrem. U mnoha cizosprašných rostlin na konci kvetení
K samoopylení dochází, pokud ke křížovému opylení dříve nedošlo.
Jedná se o zásadně novou strategii pro rozvoj kvetoucích rostlin, která je charakteristická pro moderní kvetoucí rostliny, ale rozšířila se před téměř 100 miliony let, poznamenávají vědci. Pylová zrna o velikosti 14–19 mikronů již byla shromážděna do prachové hmoty a tato vlastnost pylu je pozorována pouze u rostlin, které využívají biotické opylování.
Zároveň, jak poznamenal nezávislý odborník Conrad Labandeira, paleobiolog ze Smithsonian Institution, který studuje typy interakcí mezi rostlinami a hmyzem, skutečnost, že vědci byli schopni prokázat přítomnost entomofilního opylení u raných krytosemenných rostlin, dodává mnoho nejistota k otázce existence několika typů opylení u rostlin.které žili v období střední křídy.
„Tato data jsou srovnatelná s výsledky jiných paralelních studií, které studovaly stavbu květů a stavbu ústního aparátu hmyzu. Získané informace naznačují, že před cenomanským věkem křídy (začínajícím před 97,5–95 miliony let a trvajícím přibližně 6,5 milionů let) bylo používáno několik koexistujících typů opylení,“ dodal Labandeira.
Přihlaste se k odběru Gazeta.Ru na Zen a Telegram.
Chcete-li nahlásit chybu, zvýrazněte text a stiskněte Ctrl + Enter
Čínské voskovky kradou pyl z nahosemenných rostlin. Gnetum luofense a snížit účinnost jejich opylení moly. K tomuto závěru došli specialisté, kteří dva roky studovali vztah tohoto rostlinného druhu s hmyzem. Možná, že na zloděje pylu trpěly i staré nahosemenné rostliny, které opyloval hmyz – a to posloužilo jako podnět ke vzniku kvetoucích rostlin. Výsledky výzkumu byly publikovány v odborném článku Ekologie.
Většina nahosemenných rostlin je opylována větrem. Přesto k tomu některé z nich, stejně jako úspěšnější kvetoucí rostliny, využívají služeb hmyzu. Pyl mnoha druhů cykasů (Cycadophyta) přenášejí brouci nebo třásněnky (Thysanoptera). Dalším příkladem nahosemenných rostlin opylovaných hmyzem jsou stromy a liány rodu Gnetum (Gnetum). Tyto prastaré rostliny vznikly nejméně před 270 miliony let a dnes se v tropech Ameriky, Afriky, Asie a Oceánie běžně vyskytuje asi čtyřicet jejich druhů. Opylují je noční můry, které kvůli cukernaté tekutině navštěvují sněti a přenášejí pyl ze samčích pohlavních orgánů (mikrostrobila) na samičí (megastrobilae).
Do strobili gnetum se slétává i další hmyz, ale ne každý se podílí na opylování těchto rostlin. Biologové například nedávno zjistili, že v čínských deštných pralesích žijí čínské včely voskové (Apis cerana) sbírat pyl ze samčí strobily druhu Gnetum luofense, ale nenavštěvujte dámské. To znamená, že tento hmyz jednoduše ukradne gnetum, aniž by přispěl k jejich opylení. Zajímavé je, že na rozdíl od můr včely navštěvují strobili během denního světla, kdy nevylučují sladkou tekutinu, tedy jsou přitahovány právě pylem.
Tým specialistů, vedený Yan-Bing Gongem z Wuhanské univerzity, se rozhodl zjistit, jak velké škody včely napáchají na skřítcích. Vědci se vydali na ostrov Hainan a dva roky pozorovali opylovače, kteří tyto rostliny navštěvují. Podařilo se jim zjistit, že včely navštěvují strobili blatouchů pouze od konce dubna do začátku května. Pozorování zároveň potvrdila, že tento hmyz často sbírá pyl na samčích strobili ve večerním šeru a za svítání, ale nikdy nepřistane na samicích.
Gong a jeho spoluautoři vypočítali, že každý prašník G. luofense obsahuje průměrně 7428 pylových zrn. Poté, co včely večer přiletí k mikrostrobilům, se tato hodnota sníží o 22,3 procenta – na 5594 pylových zrn. Noční opylovači, především motýli, odnesou ze strobily v průměru 2,1 procenta pylových zrn. Ranní návštěvy včel snižují nabídku pylových zrn o dalších 25,4 procenta. V každém prašníku tak zůstane pouze 2638 XNUMX pylových zrn. Pokud však po večerech včely skutečně kradou sněti, pak po ránu fungují spíše jako mrchožrouti, kteří sbírají pyl z již uschlých prašníků.
Na samce gnetum strobili se vědcům podařilo chytit 13 můr, na samice 12. Všichni kromě jednoho jedince nosili na těle pyl. Tento hmyz je tedy skutečně účinnými opylovači skřítků (ačkoli je navštěvuje poměrně zřídka). Během aktivní sezóny včel však motýli nesou mnohem méně pylových zrn než v jiných měsících roku (9500 31200 zrn na jednotlivce oproti XNUMX XNUMX), přestože navštěvují strobili se stejnou frekvencí jako obvykle. Důvodem je podle autorů to, že včely kradou pyl. Výsledkem je, že v dubnu až květnu, kdy včely aktivně navštěvují strobili, je nasazená semena na blechách asi o deset procent horší.
Podle autorů čínské včely voskové pravděpodobně kradou pyl Gnetum v celé oblasti výskytu rodu v Asii. Podobná pozorování byla učiněna zejména pro G. luofense v Hongkongu. Některé rysy sněti, například spoléhání se na noční opylovače a rychlé ranní vadnutí prašníků, mohou být zároveň snahou chránit se před zloději pylu. Gong a jeho kolegové dokonce naznačují, že vztah včel s blanokřídlými (a dalšími nahosemennými rostlinami, z nichž tento hmyz krade pyl: některé jehličnany, jinany a cykasy) může odrážet raná stádia evoluce opylovačů. Možná to byly pravidelné krádeže pylu z nahosemenných rostlin opylovaných hmyzem, které asi před sto miliony let podnítily vznik kvetoucích rostlin.
Mnoho rostlin se spoléhá na konkrétní opylovače – a chcete-li zjistit, které z nich, můžete se někdy jen podívat na jejich květy. Udělejte si náš test “Pro koho to kvete?” a zkuste uhodnout, kdo opyluje deset neobvyklých květin.
Sergej Kolenov
Našli jste překlep? Vyberte fragment a stiskněte Ctrl + Enter.
Prasata vousatá pomohla botanikům objevit první palmu s podzemními květy a plody
Roste na ostrově Borneo
Botanici popsali první palmu, na které se pod zemí vyvíjejí květy a plody. Druh, zvaný Pinanga subterranea, je rozšířen v tropických lesích Bornea. Místním obyvatelům je známa již dlouho, ale vědci ji objevili teprve před pár lety. Kdo přesně opyluje podzemní květy neobvyklé palmy, zůstává nejasné, ale už se ví, že její semena roznášejí vousatí prasata. Popis nového druhu vyšel v článku pro časopis Palms a komentář k němu vyšel v časopise Plants, People, Planet. Pod zemí kvete nebo plodí asi 170 druhů rostlin z 33 čeledí. Například květy podzemnice olejné (Arachis hypogaea) se nacházejí nad povrchem půdy, kam mohou přilákat opylovače a po oplodnění se vaječníky díky růstu gynoforu zaboří do půdy a promění se v plody. Zpravidla se buď květy nebo plody rostliny vyvíjejí pod zemí. Případy, kdy se oba tyto procesy vyskytují v půdě u jednoho druhu, jsou velmi vzácné. Dosud byly za jediný příklad takového zcela podzemního reprodukčního cyklu považovány australské orchideje z rodu Rhizanthella. Tým botaniků pod vedením Agusti Randi z National University of Singapore objevil další rostlinu, u které se v půdě vyvíjejí květy i plody. Při expedici do malajské části ostrova Borneo v roce 2017 objevili vědci ve zdejších tropických pralesích neznámý druh palem z rodu Pinanga. Navenek tato rostlina vypadala naprosto nevýrazně: měla velmi krátký stonek a čtyři až šest listů. Na rozdíl od všech vědě známých palem se však její květenství a plody nacházely pod zemí nebo alespoň pod vrstvou spadaného listí. Žádný jiný druh z čeledi palmových nemá podzemní květy ani plody. Na základě tohoto znaku pojmenovali objevitelé neobvyklý druh Pinanga subterranea. Později se vědcům podařilo zjistit, že tato rostlina je rozšířena v lesích západního Bornea, a to jak v malajské, tak v indonéské části ostrova. V současnosti není existence podzemní palmy ohrožena, i když odlesňování jí může v budoucnu uškodit. Zajímavé je, že malajští botanici si poprvé všimli neobvyklé palmy na konci minulého století, ale neprovedli její vědecký popis. A to je místním obyvatelům známo ještě déle. Jedí sladké, masité plody podzemního pinangu jako svačinu při lovu nebo trávení času v lese. Vědci poznamenávají, že ještě musí přesně určit, kdo opyluje malé zeleno-bílé květy P. podzemí. S největší pravděpodobností to dělá nějaký hmyz. Již nyní je však známo, že semena této rostliny roznášejí prasata vousatá (Sus barbatus). Jasně červené plody pinangu vyhrabou a snědí, načež semena opustí jejich tělo s trusem ve značné vzdálenosti od mateřské rostliny a vyklíčí. Vědci byli schopni potvrdit, že prasata šíří podzemní semena pinangu úspěšným pěstováním semen extrahovaných z prasečích exkrementů. Podle Randyho to byla prasata, která vykopala půdu poblíž jednoho z exemplářů pinangu a vynesla jeho plody ze země, co ho přimělo věnovat této rostlině pozornost. Loni botanici popsali první masožravou rostlinu s podzemními lapacími láčky. Druh zvaný Nepenthes pudica roste pouze na severu Bornea a živí se hlavně mravenci.
