Polenizare | Descrie modul în care boabele de polen ajung la părțile feminine ale unei plante

La plantele cu flori, polenul trebuie să ajungă de la o floare la alta. Acest lucru se poate întâmpla în două moduri principale: prin intermediul unor organisme neviețuitoare, cum ar fi vântul sau apa, sau prin intermediul unor organisme vii, cum ar fi insectele sau păsările.

• Porumbul și vântul

Porumbul (numit porumb în unele părți ale lumii) este polenizat de vânt. Anterele masculine își eliberează polenul și acesta este purtat de vânt până la o floare femelă aflată în apropiere, pe o altă plantă de porumb. Cele mai multe flori sunt fie masculine, fie feminine pe o plantă de porumb (monoice), mai degrabă decât ambele sexe într-o singură floare (hermafrodite).

Florile de porumb au evoluat (s-au schimbat în timp) pentru a folosi vântul pentru polenizare. Ele nu au nevoie de petale frumoase. Polenul este ușor pentru a putea fi purtat de vânt, iar capetele părților feminine (stigmatul) sunt pufoase pentru a prinde toate boabele mici de polen.

• Roșiile și albinele

În cazul plantelor de tomate, albinele transportă polenul de la părțile masculine ale unei flori (antere) la părțile feminine ale altei flori (stigmate). Albina se deplasează între flori pe măsură ce colectează nectarul pe care îl produc florile. Albinele duc nectarul și o parte din polen înapoi în stup, iar plantele de tomate se reproduc (fac noi plante de tomate).

Deoarece florile de roșii au evoluat pentru a atrage albinele, acestea au petale întinse și sunt albe pentru ochii oamenilor (albinele, ca majoritatea insectelor, pot vedea în gama ultravioletă, precum și în gama noastră vizuală de lungimi de undă). Polenul este adesea lipit împreună în aglomerări numite polenuri, care la rândul lor se lipesc de albine. Albinele sunt extrem de păroase și poartă mici încărcături electrice care atrag polenul pe corpul lor. Albinele melifere au coșuri speciale pentru polen, de obicei pe picioarele din spate; ele curăță polenul de pe corpurile lor și îl introduc în aceste buzunare.

O mare parte din polen este dus înapoi în cuib sau în stup, unde este folosit ca sursă de proteine, de care au nevoie cel mai mult larvele. O parte se freacă pe următoarea floare, unde stigmatul femelei este lipicios. Un tub de polen crește în jos pentru a permite gameților masculi să fertilizeze un ovul și să producă o sămânță.

90% dintre plantele cu flori sunt polenizate de animale și doar 10% folosesc polenizarea abiotică (non-vie). Dintre aceste polenizări abiotice, 98% se realizează prin vânt și doar 2% prin apă.

Ceea ce se întâmplă după polenizare este fertilizarea. La plante, este vorba de o fertilizare dublă, în care doi spermatozoizi fertilizează celulele din ovarul plantei. Una dintre acestea este o fertilizare normală, care produce embrionul. Cealaltă este un tip unic de fertilizare care produce endospermul semințelor.

Procesul începe atunci când un bob de polen se lipește de stigmatul pistilului (structura reproductivă feminină). Apoi, acesta germinează și crește un tub de polen lung. În timp ce acest tub de polen crește, o celulă haploidă se deplasează în josul tubului, în spatele nucleului tubului. Această celulă se divide prin mitoză în două spermatozoizi haploizi.

Pe măsură ce crește, tubul de polen își croiește drumul dinspre stigmat, coboară pe stil și ajunge în ovar. Aici, tubul polenului ajunge la ovul și își eliberează conținutul (care include spermatozoizii). Un spermatozoid ajunge să fertilizeze ovulul, producând un zigot diploid (2n). Cel de-al doilea spermatozoid fuzionează cu două nuclee celulare, producând o celulă triploidă (3n).

Pe măsură ce zigotul se transformă în embrion, celula triploidă se transformă în endosperm, care servește ca sursă de hrană a embrionului. Ovarul se va transforma acum într-un fruct, iar ovulul se va transforma într-o sămânță.

Există dovezi că unele gimnosperme au fost polenizate de insecte în perioada triasică, dar polenizarea prin animale nu este metoda principală în acest grup. Majoritatea sunt polenizate de vânt. Unele gimnosperme și insectele polenizatoare au evoluat împreună pentru polenizare. Cele mai cunoscute exemple sunt membrii ordinului Cycadales și speciile de gândaci asociate acestora.

Polenizarea animală cu adevărat răspândită și specializată a apărut odată cu angiospermele (plante cu flori). Diferitele familii de plante cu flori sunt, de obicei, specializate într-o anumită metodă de polenizare. Uneori, câteva genuri trec de la o metodă la alta.^p53

• Ranunculaceae: polenizate de insecte. Doar un singur gen este polenizat de vânt.
• Compositae (Asteraceae): aceasta, cea mai mare familie, este aproape în întregime polenizată de insecte. Două grupuri de genuri au trecut la polenizarea eoliană.
• Cyperaceae: aproape în întregime polenizate de vânt. Un gen este polenizat de insecte.
• Moraceae: această familie de mure este cel mai bun exemplu de trecere generalizată de la polenizarea prin vânt la cea prin insecte. Toate familiile înrudite (Ulmaceae, Cannabaceae, Urticaceae) sunt polenizate de vânt.
• Gramineae (Poaceae): gramineele au adaptări extreme pentru polenizarea eoliană. Doar două genuri au trecut la polenizarea prin insecte.

Sindromul de polenizare este un set de trăsături adaptative care ajută florile să fie polenizate.

Polenizarea prin vânt

Florile polenizate de vânt sunt, de obicei, mici și discrete (nu sunt ostentative). Ele nu au miros și nu produc nectar. Anterele pot produce un număr mare de grăunțe de polen, în timp ce staminele sunt în general lungi și ies din floare. Stigmatele lor pot fi mari și plumoase pentru a prinde boabele de polen. Insectele le pot vizita pentru a colecta polenul; există câteva exemple de flori care sunt polenizate atât de vânt, cât și de insecte.

Polenizarea animală

Polenizarea cu gândaci

Florile polenizate de gândaci sunt de obicei mari, de culoare verzuie sau alb-deschis și puternic parfumate. Mirosul poate fi picant, fructat sau similar cu cel al materialelor organice în descompunere. Majoritatea florilor polenizate de gândaci sunt aplatizate sau în formă de farfurie, iar polenul este ușor de obținut. Acestea pot avea capcane pentru a reține gândacul mai mult timp. Ovarele plantei sunt, de obicei, bine protejate de organele bucale mușcătoare ale gândacilor. Gândacii sunt polenizatori importanți în unele părți ale lumii, cum ar fi zonele uscate din Africa de Sud și din sudul Californiei, precum și în pajiștile montane din KwaZulu-Natal din Africa de Sud.

Polenizarea cu muște

Unele muște se hrănesc cu nectar și polen la vârsta adultă (în special muștele albinărești și hoverflies). Florile pe care le vizitează au adesea un miros puternic și tind să fie mov, violet, albastru și alb.

Pe de altă parte, muștele de fructe masculine sunt atrase de unele orhidee sălbatice care nu produc nectar. În schimb, acestea produc un precursor al feromonului sexual al muștelor. Muștele care în mod normal vizitează animale moarte sau bălegar sunt atrase de florile care imită aceste elemente urât mirositoare. Ele nu primesc nicio recompensă și ar pleca rapid, dar planta poate avea capcane pentru a le încetini. Aceste plante au un miros puternic și neplăcut și sunt de culoare maro sau portocalie.

Numărul lor și prezența unor muște pe tot parcursul anului le fac să fie polenizatori importanți pentru multe plante. Muștele tind să fie polenizatori importanți la altitudini și latitudini mari, unde sunt numeroase, iar alte grupuri de insecte pot lipsi.

Polenizarea albinelor

Florile polenizate de albine au tendința de a fi galbene sau albastre, adesea cu ghizduri de nectar și parfum ultraviolet. Nectarul și/sau polenul sunt oferite ca recompensă în cantități variabile. Zahărul din nectar tinde să fie în principal zaharoză. Există diferite tipuri de albine, care diferă în ceea ce privește mărimea, lungimea limbii și comportamentul (unele solitare, altele coloniale). Unele plante pot fi polenizate numai de albine, deoarece anterele lor eliberează polenul în interior, iar acesta trebuie scuturat prin zumzet ("sonicare"). Bondarii sunt singurele animale care fac acest lucru.

Polenizarea albinelor de la stupii mobili are o mare valoare economică pentru livezi precum cele de mere sau migdale.

Polenizarea cu viespi

Viespile sunt, de asemenea, responsabile de polenizarea mai multor specii de plante, fiind vectori importanți de polen și, în unele cazuri, polenizatori mai eficienți decât albinele.

Polenizarea lepidopterelor

Florile polenizate de fluturi au tendința de a fi mari și aspectuoase, de culoare roz sau lavanda, au adesea o zonă de aterizare și sunt de obicei parfumate. Deoarece fluturii nu digeră polenul (cu o singură excepție), se oferă mai mult nectar decât polen. Florile au ghidaje simple pentru nectar, cu nectarele de obicei ascunse în tuburi înguste sau pinteni, la care fluturii ajung cu ajutorul limbii lungi a fluturilor.

Printre cei mai importanți polenizatori de molii se numără moliile șoim (Sphingidae). Comportamentul lor este asemănător cu cel al colibriilor: plutesc în fața florilor cu bătăi rapide ale aripilor. Majoritatea se hrănesc în timpul nopții sau în amurg. Așadar, florile polenizate de molii tind să fie albe, cu deschidere nocturnă, mari și aspectuoase, cu corole tubulare și un parfum puternic și dulce, produse seara, noaptea sau dimineața devreme. Se produce o cantitate mare de nectar pentru a alimenta ratele metabolice ridicate necesare pentru a le alimenta zborul.

Alte molii zboară încet și se așează pe floare. Acestea nu au nevoie de atât de mult nectar ca moliile de șoim care zboară rapid, iar florile tind să fie mici (deși pot fi grupate în capete).

Polenizarea păsărilor

Colibri sunt cele mai cunoscute păsări care se hrănesc cu nectar pentru nord-americani, existând specii analoge în alte părți ale lumii. Florile atractive pentru păsările colibri, care plutesc în fața florii, tind să fie tuburi mari, roșii sau portocalii, cu mult nectar diluat produs în timpul zilei. Deoarece păsările nu au un răspuns puternic la miros, acestea tind să fie inodore. Păsările care se cocoață au nevoie de o platformă de aterizare substanțială, astfel încât păsările de soare, păsările cu miere și altele asemenea sunt mai puțin asociate cu florile tubulare.

Polenizarea liliacului

Florile polenizate de liliac au tendința de a fi mari și aspectuoase, albe sau deschise la culoare, se deschid noaptea și au mirosuri puternice. Acestea sunt adesea mari și în formă de clopot. Liliecii beau nectarul, iar aceste plante oferă de obicei nectar pentru perioade lungi de timp. Vederea, mirosul și ecolocația sunt folosite pentru a găsi inițial florile, iar memoria spațială excelentă este folosită pentru a le vizita în mod repetat. De fapt, liliecii pot identifica florile producătoare de nectar cu ajutorul ecolocației. Plantele polenizate de lilieci au un polen mai mare decât rudele lor.

Ghiduri pentru miere

Ghidurile de miere, ghidurile de nectar sau ghidurile florale sunt marcaje de pe flori care indică insectelor unde să se ducă pentru nectar (multe insecte pot vedea în domeniul ultraviolet). Cele mai multe dintre aceste ghiduri sunt invizibile pentru oameni, cu excepția cazului în care sunt văzute în lumină ultravioletă. Beneficiul pentru plantă este că aceste ghiduri cresc oferta de polenizatori cu un cost relativ scăzut.

Înțelegerea deplină a polenizării este destul de recentă.

În 1672, Nehemiah Grew avea ideea că polenul este mijlocul de fertilizare la plantele superioare. Folosind un microscop, el a fost primul care a descris în detaliu polenul. Acest lucru a dus la descoperirea faptului că toate boabele de polen dintr-o specie sunt identice. Studiul boabelor de polen se numește palinologie. Acesta este foarte utilizat în micropaleontologie. Sexul la plante a fost descoperit în 1694, când Rudolf Camerarius și-a consemnat descoperirea într-o scrisoare.

În 1793, Christian Sprengel (1750-1816) a publicat o lucrare despre polenizarea florilor de către insecte, în care a prezentat toate punctele esențiale. Din nefericire, "lucrarea sa era atât de departe de gândirea și interesele standard ale perioadei, încât a fost aproape complet ignorată".

Două linii de lucru au rezolvat principalele probleme. Una a fost realizată prin studii privind modul în care celulele de polen acționează pentru a fertiliza ovulul, iar cealaltă a fost recunoașterea coevoluției polenizatorilor animali și a plantelor cu flori. Ambele linii de lucru au devenit în esență "moderne" la mijlocul secolului al XIX-lea.