Kwiaty

Kwiaty nie zostały stworzone tylko ku naszej radości. Nadrzędną rolą kwiatów jest wysłanie precyzyjnej informacji adresatowi jakimi są zwierzęta. Przy okazji kwiaty także czerpią z tego korzyści. Zwierzęta w podziękowaniu za dostarczenie pokarmu odpłacają się poprzez zapylenie gospodarza. Przenosząc ziarno pyłku z pręcika (męski element kwiatu) na znamię słupka (żeński element kwiatu) zwierzęta pośrednio uczestniczą w rozmnażaniu roślin. Ziarna pyłku kiełkując tworzą łagiewki, wewnątrz których rozwijają się męskie komórki rozrodcze. Tak więc podstawowym celem istnienia kwiatu jest zapłodnienie, polegające na połączeniu się męskiej komórki rozrodczej z komórką żeńską.
Zastanówmy się teraz jakich informacji dostarczają kwiaty zwierzętom. Zestaw cech, który przystosowuje rośliny do procesu zwanego zoidiogamią (zapylenie z udziałem zwierząt. Kwiaty takie określamy terminem zwierzęcopylne, a same zwierzęta – "zapylacze") został ukształtowany na drodze ewolucji.

Kwiaty, które wabią owady są przeważnie duże i znajdują się na szczycie rośliny. Drobne kwiaty tworzą najczęściej skupienia zwane kwiatostanami. Bardzo często zdarza się, że w obrębie kwiatostanów następuje podział funkcji. Jako przykład podam słonecznika zwyczajnego. Znajdujące się na obrzeżu kwiaty języczkowe są bezpłodne, a ich zadaniem jest właśnie zwabianie owadów.

Wygląd kwiatów dopasowany jest do sposobu postrzegania zapylaczy np. pszczoły choć nie rozróżniają barwy czerwonej doskonale spostrzegają kwiaty maku. Jest to spowodowane specyficznym sposobem widzenia tych owadów. Ich zmysł wzroku jest wrażliwy na promieniowanie ultrafioletowe, które jest w dużych ilościach odbijane przez płatki maku.

Kolejnym sposobem zwrócenia na siebie uwagi jest zapach. Aromatyczne substancje wydzielane przez rośliny parują i są unoszone prądami powietrza. Dzięki temu dostarczają istotnej informacji o położeniu kwiatów. Zwabione w ten sposób zwierzę odnosi przy okazji korzyści dla siebie. Najczęściej jest nią nektar, ale też i pyłek zawierający duże ilości białek, cukrów, tłuszczy i witamin. Niektóre kwiaty produkują go w nadmiarze jakby z "myślą" o zwierzętach. Przykładem może być kwiat maku, który produkuje 2.6 mln ziaren pyłku.

U większości kwiatów występuje bardzo często rodzaj "specjalnej promocji towarów". Niektóre są najatrakcyjniejsze o określonej porze dnia czy nocy np. pachną najsilniej, produkują największą ilość pyłku, otwierają się tylko na parę godzin. Zjawisko to można zaobserwować u Selenicereus grandiflorus. Otwierają się one tylko jeden raz między godz. 21.00 a 22.00. Żartobliwie można to porównać do kampanii promocyjnej: OKAZJA! KUP WŁAŚNIE TERAZ! CZAS PROMOCJI OGRANICZONY!

Z kolei realizacja hasła KLIENT NASZ PAN przejawia się w różny sposób. Magnolie zapewniają zapylającym im chrząszczom "dach nad głową", ponieważ kwiatki magnolii zamykając się na wieczór więzią w nich chrząszcze, które w ten sposób mają luksusowy nocleg. Temperatura wewnątrz kwiatu jest około 10 stopni wyższa niż otoczenie. Natomiat figowce stanowią pewien rodzaj inkubatorów dla przybywających do nich owadów. Wewnątrz tej rośliny rozwijają się jaja złożone przez samicę bleskotki. W ciągu jednego sezonu wegetacyjnego powstają trzy typy fig, w których rozwijają się trzy pokolenia owadów.

Powyższe przystosowania kwiatów zwiększają prawdopodobieństwo przypadkowego przeniesienia pyłku. Pyłek jest lepki, więc z łatwością przylepia się do ciała zwierzęcia. Później pyłek przykleja się słupka. Znamię słupka pokryte jest kleistą substancją, ułatwiającą utrzymanie się na nim ziarna pyłku.

Rozmieszczenie poszczególnych elementów kwiatu ma ogromne znaczenie w kierowaniu zwierząt w odpowiednie okolice kwiatu. Barwne plamy i lśniące włoski wskazują drogę do ukrytych w głębi kwiatu miodników. Zapach kwiatów może wydobywać się z określonych rejonów, dostarczając zwierzęciu bodźców chemicznych.

U berberysu zwyczajnego mechanizm ten jest bardziej wymyślny. Pręciki w jego kwiatach maja nietypową cechę – są wrażliwe na dotyk i w momencie podrażnienia ich nitki przeginają się w stronę słupka. W ten oto sposób owad który poszukuje nektaru podrażnia pręciki wywołując ich ruch. Unoszący ssie w górę pręcik obsypuje owada pyłkiem. Zwierzę przelatują na inny kwiat przenosi równocześnie pyłek na znamię słupka. Czasem zdarza się, że zwierzęta staja się ofiarami. Ma to miejsce w kwiatach i kwiatostanach pułapkowych. Przetrzymują one zapylające je zwierzęta do momentu aż owad "spełni swoją" powinność. Takie pułapki można spotkać między innymi u obuwika pospolitego, ciemiężyka białokwiatowego.

Perswazja, podstęp, a także przemoc świadczą o niezwykłej inteligencji kwiatów, która jest wynikiem ewolucyjnego kształtowania się roślin kwiatowych. Aby została zachowana musi zostać przekazana następnym pokoleniem, z kolei to wiąże się z procesem zapylania.

Tym procesie duże znaczenie ma pochodzenie uczestniczącego w nim ziarna pyłku. Biorąc pod uwagę pochodzenie pyłku rozróżniamy następujące rodzaje zapylenia:
Samopylność, czyli samozapylenie (autogamia) – jeśli pyłek pochodzi z tego samego kwiatu

Zapylenia sąsiedzkie – geitonogamia, gdy pyłek został wyprodukowany w innym kwiecie wyrastającym z tej samej rośliny

Zapylenie krzyżowe, czyli allogamia (ksenogamia), polegające na przeniesieniu pyłku z kwiatów innego osobnika – jest ono zazwyczaj skuteczne, gdy obie rośliny macierzyste należą do tego samego gatunku.

Wyróżniamy również anemogamię, czyli wiatropylność. Warunkiem jej powodzenia jest jak najdłuższe utrzymywanie się pyłku w powietrzu, dlatego ważną cechą roślin wiatropylnych jest produkcja bardzo lekkich i odpornych na niekorzystne warunki atmosferyczne ziaren pyłku. Przykładem takiego przystosowania jest pyłek sosny. Każde jego ziarno jest zaopatrzone w dwa worki powietrzne, przez co stosunek masy ziarna pyłku do jego objętości jest niewielki.

Istnieją też rośliny okrytozalążkowe, które są zapylane z udziałem wody. Są to rośliny wodopylne (hydrogamiczne). Ten sposób transportu pyłku wymaga zarówno zabezpieczenia ziaren przed nasiąkaniem, a także wytworzenia mechanizmów zwiększających prawdopodobieństwo, że napotka on znamię słupka. Przykładem takiej rośliny wodopylnej jest walisneria spiralna (nurzaniec spiralny). U tej rośliny kwiaty żeńskie wyposażone w słupki wynurzają się na długich szypułkach i zakwitają, unosząc się w wodzie. Kwiaty męskie odrywają się od kwiatostanów, wypływają na powierzchnię gdzie się otwierają. Wypukłe listki okwiatu unoszą je na wodzie, funkcjonując jednocześnie jako "żagielki". Zapylenie odbywa się na powierzchni wody, kiedy żeglujące po tafli wodnej kwiaty męskie napotkają kwiaty żeńskie.

Zajmijmy się jednak bliżej procesem samozapylenia (autogamia). Należy postawić pytanie czy proces ten to sukces czy porażka w świecie roślin. Trzeba pamiętać, że na znamię słupka, a w przypadku roślin nagonasiennych bezpośrednio na zalążek mogą jednorazowo trafić liczne ziarna pyłku pochodzące z różnych źródeł. Bardzo często pyłek obcego gatunku nie kiełkuje. Pomiędzy pozostałymi ziarnami rozgrywa się walka. Wygrywa ten kto wytworzy najsilniejszą łagiewkę, która jako pierwsza dotrze do woreczka zalążkowego i uwolni męskie komórki rozrodcze. Zapylenie jest najczęściej dziełem przypadku, dlatego też liczba produkowanych ziaren pyłku jest tak znaczna np. pręciki traw mają długie i wiotkie nitki i drżą nawet przy najmniejszym podmuchu wiatru, uwalniając ogromne ilości pyłku.

U niektórych kwiatów wytworzył się mechanizm "eliminujący z gry "własny pyłek. Nazywamy go samopłonnością gdy hamuje rozwój łagiewki lub samosterylnością gdy prowadzi do degeneracji męskich komórek rozrodczych.

Do mechanizmów zapobiegających samozapyleniu należą między innymi: obecność specyficznych białek wstrzymujących kiełkowanie łagiewki w rodzinie psiankowatych, zamieranie nasion powstałych na tej drodze w przypadku lucerny siewnej. U przedstawicieli z rodzaju kapusta podczas rozchylania się płatków pojawia się warstwa kutykuli okrywająca znamię, którą mogą przebyć łagiewki kiełkujące z obcych ziaren pyłku. Jeszcze innym sposobem zapobiegającym autogamii jest uniemożliwienie dostania się własnego pyłku na znamię. U kwiatów obupłciowych jest to możliwe poprzez odpowiednie ułożenie żeńskich i męskich elementów.

Zdarza się też, że wielkość ziaren pyłku jest niedopasowana do budowy znamienia słupka. Można wysnuć wniosek, że pyłek wyprodukowany w kwiecie krótkoszyjkowym może zapylić tylko słupek o długiej szyjce. Żjawiskami, które również zapobiegają autogamii jest tzw. dwupienność (kwiaty męskie powstają na innych osobnikach niż żeńskie) oraz dichogamia (pręciki rozwijają się w innym momencie niż słupki). Tak jest np. u sasanki czy u dzwonków.

Zastanówmy się teraz nad korzyściami płynącymi z samozapłodnienia. Proces ten jest niezwykle korzystny, gdy z różnych przyczyn nie dochodzi do zapylenia krzyżowego. Jest to wybór "mniejszego zła". Wysiłek związany z wytworzeniem kwiatu nie zostanie zmarnowany. Autogamia może pojawić się także u roślin zapylanych przez owady takich jak np. kruszczyk, buławnik, gnieźnik.

Niektóre rośliny (niektóre gatunki pszenicy, jęczmienia, fiołek wonny) mają specyficzne cechy przystosowane do zapylania własnym pyłkiem. Jest to proces klejstogamii, podczas którego kwiaty są cały czas zamknięte, co uniemożliwia dostanie się pyłku z zewnątrz. Płatki korony i pręciki są niedorozwinięte, a pyłek wysypuje się na znamiona we wnętrzu kwiatów lub kiełkuje jeszcze w obrębie pręcików. Zjawisko zapylenia u zbóż to nie tylko proces czysto biologiczny, a rośliny te to organizmy pozbawione wrażliwości. Proces ten precyzyjnie opisał polski botanik January Kołodziejczyk: "Jest to chwila największego napięcia, chwila godów. Podłużne pylniki na cienkich nitkach zwieszają się na zewnątrz kwiatu i wytrząsają z siebie dojrzały pyłek; duże złociste piórkowate znamiona słupka wychylają się wstydliwie z kwiatu i przyjmują złoty pył, jak gdyby pierwszy pocałunek nieznanego oblubieńca."

Niestety nie zbadano jeszcze przyczynę występowania różnic pomiędzy populacjami zdolnymi do autogamii. Prawdopodobnie może to być wynik mutacji lub "pozostałość po przodkach" w procesie ewolucji. Należy przy tym pamiętać, że wśród tych gatunki mogły zdarzać się wypadki zapylenia krzyżowego.
Reasumując proces samozapłodnienia musi przynosić korzyści roślinie skoro występują rośliny całkowicie zależne od niego.