Kaip atrodo augalas po apvaisinimo: nuo ląstelių susijungimo iki sėklos formavimosi
Augalų reprodukcija yra sudėtingas procesas, apimantis keletą etapų, tarp kurių svarbiausi yra apdulkinimas ir apvaisinimas. Nors šie du terminai dažnai yra naudojami keičiamai, jie iš tiesų reiškia skirtingus biologinius procesus. Supratimas apie apdulkinimo ir apvaisinimo skirtumus yra svarbus norint geriau suprasti augalų dauginimosi ciklą ir jų vaidmenį ekosistemoje.
Apdulkinimas ir apvaisinimas: esminiai skirtumai
Apdulkinimas yra procesas, kurio metu žiedadulkės pernešamos nuo vieno augalo žiedo vyrinių lytinių organų į kitą augalo žiedo moterinius lytinius organus, esančius straublyje. Tai gali vykti vėjo, vandens, gyvūnų arba dirbtinai, žmogaus rankomis. Apdulkinimas yra būtinas etapas augalų reprodukcijos cikle, kad būtų įmanoma tolesnė apvaisinimo stadija.
Apvaisinimas, savo ruožtu, yra augalų lytinių ląstelių (gametų) susiliejimas. Susidaro nauja ląstelė (zigota), iš kurios vystosi naujas organizmas (gemalas). Apvaisinimas yra procesas, vykstantis po sėkmingo apdulkinimo, kuomet žiedadulkių branduoliai sudygsta ir per žiedadulkių vamzdelį nusileidžia iki kiaušialąstės. Apvaisinimo metu vyksta vyrinio ir moteriško genetinio medžiagos sujungimas, kuris veda prie naujos gyvybės - sėklos - susidarymo. Taigi, apdulkinimas yra pirmas žingsnis, per kurį žiedadulkės pernešamos ant straublio, o apvaisinimas - tai procesas, kai vyksta žiedadulkių ir kiaušialąstės susijungimas, leidžiantis susidaryti sėklai.
Lytinių ląstelių įvairovė ir apvaisinimo tipai
Kai kurių vienaląsčių dumblių apvaisinimas įvyksta susiliejus jų ląstelėms (hologamija). Primityvios sandaros dumblių vyriškosios ir moteriškosios gametos morfologiškai nesiskiria (izogamija). Sudėtingesnės sandaros augalų, tokių kaip samanos ir papartynai, gametos yra dvejopos - didesnės makrogametos (moteriškosios lytinės ląstelės) ir mažesnės mikrogametos (vyriškosios lytinės ląstelės). Jų susiliejimas vadinamas heterogamija. Sėklinių augalų nejudrios moteriškosios gametos vadinamos kiaušialąstėmis. Vyriškosios gametos smulkesnės, jų yra labai daug; nejudrios vadinamos spermiais, o judrios (su žiuželiais) - spermatozoidais.
Dvigubas apvaisinimas gaubtasėkliuose
Gaubtasėklių augalų kiaušialąstė yra mezginėje esančiame gemalo maišelyje, o spermiai susidaro iš kuokelių dulkinėse esančių žiedadulkių generatyvinės ląstelės. Daugelyje kitų augalų vyriškas kuokelis turi stiebelį, o moteriška piestelė - liemenėlį. Abi šios dalys leidžia atsidurti tinkamose vietose apsidulkinimui svarbioms žiedo dalims: vyriškai dulkinei, kurioje subręsta žiedadulkės, ir moteriškai - purkai, ant kurios patenka žiedadulkės. Paprastai žiedadulkės kuokelio kotelio dėka nuo dulkinės patenka ant apdulkintojo (dažniausiai tai būna vabzdys) ir jo yra pernešami ant purkos. Žiedadulkės, gavusios iš purkos vandens, išbrinksta ir sudygsta. Pradeda augti dulkiadaigis, kuris, praaugęs piestelės liemenėlį, atsiduria mezginėje, kur apvaisinama kiaušialąstė.
Gaubtasėklių augalų žiedadulkės generatyvinės ląstelės branduolys, po žiedo apdulkinimo pasidalijęs į 2 lytines ląsteles - spermius, patenka į gemalo maišelį. Vienas spermis susilieja su kiaušialąste, kitas - su gemalo maišelio antriniu branduoliu. Šis procesas, 1898 metais išaiškintas S. Navašino, vadinamas dvigubu apvaisinimu.
Kas vyksta augale po sėkmingo apvaisinimo?
Šio apvaisinimo pasekmėje užsimezga embrionas, augantis sėklos viduje. Aplink embrioną kaupiasi maisto medžiagos, susiformuoja endospermas. Tai yra esminiai pokyčiai, kurie lemia naujo augalo gyvybės atsiradimą ir jo vystymąsi. Po apvaisinimo žiedo dalys, tokios kaip taurėlapiai ir mezginė, gali keisti spalvą ir savybes. Pavyzdžiui, kaštonlapės rodžersijos (Rodgersia aesculifolia var. henrici) taurėlapiai ir mezginė po apvaisinimo pažaliuoja.
Apie augalų būklę po apvaisinimo galima sužinoti ir iš fosilijų. Buvo rasta reta fosilija, turinti šakelę su pritvirtintais vaisiais ir lapais. Šiuolaikiniai mikroskopijos metodai leido į augalų fosilijas pažvelgti dar detaliau. Suakmenėjusiuose vaisiuose buvo matyti mažų besivystančių sėklų mikroatspaudai. Paprastai kuokeliai nukrenta vaisiui vystantis. Tačiau ši fosilija atrodo neįprasta, nes išlaiko savo kuokelius, nors turi subrendusį vaisių su sėklomis, paruoštomis plisti.
Unikalūs apvaisinimo mechanizmai: trigeriniai augalai
Dauguma augalų turi tobulus žiedus, sudarytus iš moteriškos ir vyriškos dalių. Šios dalys išsidėsto šalia viena kitos, bet yra fiziškai atskirtos ir veikia atskirai. Tačiau trigerinių augalų (Stylidium) pavyzdys parodo, kad tokios nuostatos ne visada teisingos. Priešingai nei dauguma dvilyčių žiedų, trigeriniai augalai turi moterišką ir vyrišką žiedo dalis sujungtas kartu. Nepaisant to, gaminamos skirtingos moteriškos ir vyriškos ląstelės, kurioms susijungus, formuojasi sėklos.
Vyriškų ir moteriškų dalių susijungimas - vienas iš išskirtinių trigerinių augalų bruožų, apsprendžiančių jų apsidulkinimo biologijos keistumą. Trigeriniai augalai turi trigerį, kurio botaninis pavadinimas yra kolona. Kolona susidaro susijungus kuokelių koteliams ir piestelės liemenėliui, ir atsiranda susiformavus žiedui.
Daugeliui augalų yra privalumas, jei jų žiedai apdulkinami ne savo pačių žiedadulkėmis, didinant genetinio kintamumo tikimybę. Būtent todėl dulkinės ir purka būna aktyvūs skirtingais žiedo žydėjimo etapais. Žiedadulkės aktyviausiai byra iki tol, kol purka tampa drėgna ir jautri. Kolona gali judėti seismonastijos principu, t.y. jos judesys nepriklauso nuo dirgiklio ir jo krypties. Vieną akimirką kolona atsilenkusi atgal ir pasislėpusi tarp žiedlapių, kitą - vabzdžio galva ir nugara jau padengtos žiedadulkių sluoksniu. Žiedai sudaryti taip, kad paskleistų žiedadulkes tam tikroje vietoje, ir būtent nuo šios vietos kitas tos pačios rūšies žiedas tas žiedadulkes surenka. Tam, kad atlikti šį veiksmą, trigeriniai augalai turi specialią kolonos zoną su aktyviomis, dirgliomis ląstelėmis.
Stylidium debile slaps tiny bee
Trigerinio mechanizmo tyrimai
Apie Stylidium trigerinį mechanizmą buvo paskelbta keletas labai įdomių tyrimų rezultatų. Vakarų mokslininkai pirmą kartą paminėjo šį fenomeną apie 1785 metus. Prancūzų botanikas Charles Morren, 1838 metais paskelbė veikalą, kuriame analizavo augalų judesius, ypač susijusius su dauginimosi funkcija. Paskutiniuosius darbus apie trigerinį mechanizmą atliko dr. Gary Findlay, dr. Nele Findlay ir dr. C. K. Pallaghy. Jie nustatė, kad trigerio judesiui atlikti būtina suteikti kolonai energijos. Gyvi organizmai naudoja junginį, vadinamą adenozin trifosfatu (ATP). Trigeriniai augalai naudoja ATP energiją, kad kolona trinkteltų vabzdžiui apdulkintojui. Tyrimai parodė, kad kolona buvo apsirūpinusi energija iš anksto, ir kad pačiam trigerio judesiui atlikti deguonis nereikalingas.
Ląstelių sienelės yra standžios ir sugeba kaupti energiją kol yra susitraukusios. Signalas keliauja kaip stimulas nuo tos vietos, kur jis pajaučiamas, iki tos kolonos dalies, kuri reaguoja judesiu, ir yra elektrinės prigimties. Augalai gali generuoti elektrinius impulsus, sklindančius dideliu atstumu, panašiai kaip ir žmogaus nervų ląstelės. Findlay et al. atrado, kad trigeriniai augalai kolonos judinimui naudoja tos pačios rūšies mechanizmą, kaip ir pupiniai, jie taip pat perkelia kalio chloridą, kuris įtakoja vandens judėjimą iš vienų ląstelių į kitas.
Apdulkintojų tikslumas
Naudodamiesi savo kolonomis, trigeriniai augalai yra labai tikslūs. Daugelio augalų žiedadulkės yra išbarstomos atsitiktinai ant įvairių apdulkintojų kūno dalių, ir atrodytų, kad apsidulkinimas yra labai padrikas procesas. Kai kurie augalai apibarsto vabzdžio galvą žiedadulkėmis, tikėdamiesi, kad bent viena jų pasieks kito tos pačios rūšies augalo žiedą. Armbruster et al. įrodė, kad tas pats vabzdys gali apdulkinti daugiau nei vieną trigerinio augalo rūšį, ir tas pats vabzdys gali vienu metu sėkmingai pernešti kelių skirtingų rūšių žiedadulkes. Tai įmanoma, nes trigeriniai augalai visada palieka žiedadulkių sankaupą toje pačioje vabzdžio kūno vietoje - kiekvienos rūšies kolonos ilgis ir padėtis yra unikali. Tai reiškia, kad keletas rūšių gali dalintis tuo pačiu apdulkintoju. Žiedadulkių sankaupos yra tokios mažos, kad net kelios rūšys, naudojančios tą pačią vabzdžio kūno dalį, gali sėkmingai paskleisti ant jos žiedadulkes nepersidengdamos viena su kita.
Reprodukcinių struktūrų tyrimas: taksonomijos įžvalgos
Gaubtasėklių taksonus praturtino naujais taksonomijos duomenimis sporogenezės, gametogenezės, apvaisinimo ir embriogenezės požymiai. Žiedadulkių branduolių skaičius plitimo metu neseniai panaudotas taksonomijoje. Nustatyta, kad dvibranduolė žiedadulkių stadija yra primityvi, o skirtingų grupių tribranduolė žiedadulkių stadija kilo iš dvibranduolės stadijos. Sėklos, kaip ir vaisiai, labai svarbios gvazdikinių (Caryophyllaceae) šeimoje. Daugelio šios šeimos genčių sėklos sandara - svarbus taksonomijos kriterijus visiems hierarchijos rangams. Tai iliustruoja naktižiedės (Silene), gvazdiko (Dianthus), žliūgės (Stellaria), posmiltės (Spergularia) ir kežio (Spergula) gentys. Sėklos sandara šiose gentyse paprastai skiriasi vidurūšiniuose ranguose. Keturi europinės šaltininės menuvos (Montia fontana) iš portulakinių (Portulacaceae) šeimos porūšiai atskiriami vien pagal sėklos morfologiją. Daug reikšmingų taksonomijos duomenų gauta, tiriant žiedadulkes, medieną, lapo epidermį ir kutikulą, trichomus bei žioteles. Žiedadulkių charakteristika ypač svarbi praujenės Callitriche rūšių apibūdinimui.
tags: #kaip #atrodo #augalas #po #apvaisinimo
Projektai
Steigėjas
Informacinis rėmėjas
