Beporzás – a pollenszemek útja és a megtermékenyítés folyamata

A virágos növényekben a virágpornak el kell jutnia egyik virágból a másikba. Ez két fő módon történhet: nem élő dolgok, például a szél vagy a víz, vagy élőlények, például rovarok vagy madarak segítségével.

• Kukorica és a szél

A kukoricát (a világ egyes részein kukoricának nevezik) a szél porozza be. A hím pollenek elengedik a virágporukat, és az átfújódik egy másik kukoricanövényen lévő közeli nőstény virágra. A legtöbb virág a kukoricanövényen vagy hím- vagy nőivarú (egylaki), nem pedig mindkét nemű egy virágon (hermafrodita).

A kukorica virágai úgy fejlődtek (idővel megváltoztak), hogy a beporzáshoz a szelet használják. Nincs szükségük szép szirmokra. A virágpor könnyű, így körbe tud fújni, és a női részek (stigma) végei bolyhosak, hogy felfogják az összes apró pollenszemet.

• Paradicsom és méhek

A paradicsomnövények esetében a méhek a virágport az egyik virág hímivarú részeiről (porzó) a másik virág nőivarú részeire (stigma) szállítják. A méh a virágok között mozog, miközben a virágok által termelt nektárt gyűjti. A méhek a nektárt és némi virágport visszaviszik a kaptárukba, és a paradicsompalánták szaporodni kezdenek (új paradicsompalántákat hoznak létre).

Mivel a paradicsomvirágok a méhek vonzására fejlődtek ki, szétterülő szirmokkal rendelkeznek, és az emberi szem számára fehérek (a méhek, mint a legtöbb rovar, az ultraibolya tartományban is látnak, csakúgy, mint a mi vizuális hullámhossz-tartományunkban). A virágpor gyakran a pollinia nevű csomókban ragad össze, amelyek viszont a méhre tapadnak. A méhek rendkívül szőrösek, és apró elektromos töltéseket hordoznak, amelyek a virágport a testükre vonzzák. A mézelő méheknek speciális pollenkosaraik vannak, általában a hátsó lábukon; a virágport a testükről ezekbe a zsebekbe ápolják.

A virágpor nagy része visszakerül a fészekbe vagy a kaptárba, ahol fehérjeforrásként szolgál, amelyre a lárváknak van leginkább szükségük. Egy része a következő virágra dörzsölődik, ahol a nőstény stigmája ragadós. A pollencső lefelé nő, hogy a hímivarsejt megtermékenyíthessen egy petesejtet, és magot hozzon létre.

A virágos növények 90%-át állatok porozzák be, és csak 10%-uk használja az abiotikus (nem élő) beporzást. Az abiotikus beporzás 98%-át a szél, és mindössze 2%-át a víz végzi.

Ami a beporzás után történik, az a megtermékenyítés. A növényeknél ez kettős megtermékenyítés, amelynek során két spermium megtermékenyíti a növényi petefészek sejtjeit. Ezek közül az egyik normál megtermékenyítés, amelyből az embrió keletkezik. A másik egy egyedi megtermékenyítés, amely a mag endospermiumát hozza létre.

A folyamat akkor kezdődik, amikor a pollenszem a porzó porzójának (női szaporítószerv) stigmájához tapad. Ezután kicsírázik, és hosszú pollencsövet növeszt. Miközben ez a pollencső növekszik, egy haploid sejt halad lefelé a csőben a csőmag mögött. Ez a sejt mitózis útján két haploid spermiumsejtre osztódik.

Ahogy a pollencső növekszik, a porzócső a bibétől a pálcán keresztül a petefészekbe jut. Itt a pollencső eléri a petesejtet, és kibocsátja tartalmát (amely magában foglalja a spermiumokat is). Az egyik spermium utat tör magának, hogy megtermékenyítse a petesejtet, így egy diploid (2n) zigóta jön létre. A második spermiumsejt két sejtmaggal egyesül, így triploid (3n) sejt jön létre.

Ahogy a zigóta embrióvá fejlődik, a triploid sejtből kifejlődik az endospermium, amely az embrió táplálékául szolgál. A petefészek most terméssé fejlődik, a petesejt pedig maggá.

Bizonyítékok vannak arra, hogy a triász időszakban egyes gymnospermák beporzása rovarok által történt, de az állatok általi beporzás nem a fő módszer ebben a csoportban. A legtöbbjüket szélporozta be. Egyes gymnospermák és rovarbeporzóik a beporzáshoz együttesen fejlődtek ki. A legismertebb példák a Cycadales rend tagjai és a hozzájuk tartozó bogárfajok.

Az állati beporzás igazán széles körben elterjedt és specializálódott az angiospermákkal (virágos növények). A virágos növények különböző családjai általában egy adott beporzási módra specializálódnak. Néha néhány nemzetség áttér egyik módszerről a másikra. ^p53

• Ranunculaceae: rovarok által beporzott. Csak egy nemzetséget poroz be a szél.
• Compositae (Asteraceae): ezt a legnagyobb családot szinte kizárólag rovarok porozzák be. A nemzetségek két csoportja áttért a szél általi beporzásra.
• Cyperaceae: szinte teljes mértékben szélbeporzású. Egy nemzetség rovarporzású.
• Moraceae: ez, az eperfafélék családja a legjobb példa arra, hogy a szél általi beporzásról a rovarok általi beporzásra való átállás széles körben elterjedt. Minden rokon családja (Ulmaceae, Cannabaceae, Urticaceae) szélbeporzású.
• Gramineae (Poaceae): a fűfélék szél általi beporzáshoz való alkalmazkodása rendkívül fejlett. Csak két nemzetség állt át a rovarmegporzásra.

A beporzási szindróma azon adaptív tulajdonságok összessége, amelyek segítik a virágok beporzását.

Szél általi beporzás

A szél által beporzott virágok általában kicsik és nem feltűnőek (nem hivalkodóak). Nincs illatuk, és nem termelnek nektárt. A porzók nagyszámú pollenszemet termelhetnek, míg a porzók általában hosszúak és kiállnak a virágból. A porzószemek nagyok és tollasak lehetnek, hogy felfogják a pollenszemeket. Rovarok is felkereshetik őket, hogy virágport gyűjtsenek; van néhány példa olyan virágra, amely szél- és rovarporzású is.

Állati beporzás

Bogár beporzás

A bogárbeporzású virágok általában nagyok, zöldes vagy törtfehér színűek és erősen illatosak. Az illat lehet fűszeres, gyümölcsös vagy bomló szerves anyaghoz hasonló. A legtöbb bogárbeporzású virág lapított vagy tányér alakú, a virágpor könnyen hozzáférhető. Lehetnek csapdáik, hogy a bogarat tovább tartsák. A növény petefészkei általában jól védettek a bogarak harapós szájszerveitől. A bogarak fontos beporzók a világ egyes részein, például Dél-Afrika és Dél-Kalifornia száraz területein, valamint a dél-afrikai KwaZulu-Natal montán gyepterületein.

Légy általi beporzás

Egyes legyek felnőttként nektárral és virágporral táplálkoznak (különösen a méhlegyek és a légpárnás legyek). Az általuk látogatott virágok gyakran erős illatúak, és általában lila, lila, kék és fehér színűek.

Másrészt a hím gyümölcslegyek vonzódnak néhány olyan vadon élő orchideához, amelyek nem termelnek nektárt. Ehelyett a légy szexferomonjának előanyagát termelik. A legyeket, amelyek általában döglött állatokat vagy trágyát látogatnak, vonzzák az ezeket a szagos tárgyakat utánzó virágok. Nem kapnak jutalmat, és gyorsan távoznának, de a növényen csapdák lehetnek, amelyek lelassítják őket. Ezeknek a növényeknek erős, kellemetlen szaguk van, és barna vagy narancssárga színűek.

Puszta számuk és egyes legyek egész éves jelenléte miatt számos növény számára fontos beporzók. A legyek általában fontos beporzók a magashegységekben és a magas szélességi fokokon, ahol nagy számban fordulnak elő, és más rovarcsoportok hiányozhatnak.

Méh beporzás

A méhek által beporzott virágok általában sárga vagy kék színűek, gyakran ultraibolya nektárvezetőkkel és illattal. A nektárt és/vagy a virágport különböző mennyiségben kínálják jutalomként. A nektárban lévő cukor általában többnyire szacharóz. Különböző méhfajok léteznek, amelyek méretben, nyelvhosszban és viselkedésben különböznek egymástól (egyesek magányosan, mások koloniálisan). Egyes növényeket csak méhekkel lehet beporozni, mert a porzóik belsőleg bocsátják ki a virágport, és azt zümmögéssel ("szonikálással") kell kirázni. A poszméhek az egyetlen állatok, amelyek ezt megteszik.

A mobil méhcsaládokból történő beporzás nagy gazdasági értéket képvisel az olyan gyümölcsösökben, mint az alma vagy a mandula.

Darázs beporzás

A darazsak számos növényfaj beporzásáért is felelősek, mivel fontos pollenszállítók, és egyes esetekben még a méheknél is hatékonyabb beporzók.

Lepidoptera beporzás

A pillangóbeporzású virágok általában nagyok és mutatósak, rózsaszínűek vagy levendulaszínűek, gyakran van leszállóhelyük, és általában illatosak. Mivel a pillangók nem emésztik meg a virágport (egy kivétellel), több nektárt kínálnak, mint virágport. A virágok egyszerű nektárvezetőkkel rendelkeznek, a nektáriumokat általában keskeny csövek vagy sarkantyúk rejtik, amelyeket a lepkék hosszú nyelvével érnek el.

A fontosabb lepkék beporzói közé tartoznak a sólyommolyok (Sphingidae). Viselkedésük a kolibrikéhez hasonló: gyors szárnycsapásokkal lebegnek a virágok előtt. A legtöbbjük éjszakai vagy szürkületi táplálkozó. A lepkék által beporzott virágok tehát általában fehérek, éjszaka nyílnak, nagyok és mutatósak, csöves virágkoszorúkkal és erős, édes illattal, amelyek este, éjszaka vagy kora reggel keletkeznek. Sok nektárt termelnek, hogy a repülésükhöz szükséges magas anyagcsereteljesítményt táplálják.

Más lepkék lassan repülnek és letelepednek a virágon. Nekik nincs szükségük annyi nektárra, mint a gyorsan repülő sólyommolyoknak, és a virágok általában kicsik (bár előfordulhat, hogy fejekbe tömörülnek).

Madármegporzás

A kolibrik a legismertebb nektárral táplálkozó madarak az észak-amerikaiak számára, de a világ más részein is vannak hasonló fajok. A virág előtt lebegő kolibrik számára vonzó virágok általában nagy, piros vagy narancssárga csövek, amelyeken napközben sok híg nektár termelődik. Mivel a madarak nem reagálnak erősen az illatokra, általában szagtalanok. Az ülő madaraknak jelentős leszállóhelyre van szükségük, ezért a napmadarak, mézelőmadarak és hasonlók kevésbé kötődnek a csöves virágokhoz.

Denevér beporzás

A denevérbeporzású virágok általában nagyok és mutatósak, fehérek vagy világos színűek, éjszaka nyílnak és erős illatúak. Gyakran nagyok és harang alakúak. A denevérek isszák a nektárt, és ezek a növények jellemzően hosszú ideig kínálnak nektárt. A látás, a szaglás és a visszhangos helymeghatározás segítségével találják meg kezdetben a virágokat, és a kiváló térbeli memória segítségével ismételten felkeresik őket. Sőt, a denevérek a nektárt termelő virágokat is képesek azonosítani az echolokáció segítségével. A denevérek által beporzott növényeknek nagyobb a virágporuk, mint rokonaiknak.

Mézes útmutatók

A mézvezető, nektárvezető vagy virágvezető a virágokon található jelölések, amelyek jelzik a rovaroknak, hogy hová menjenek nektárért (sok rovar lát az ultraibolya tartományban). A legtöbb ilyen útmutató az ember számára láthatatlan, hacsak nem ultraibolya fényben látja. A növény számára az az előny, hogy az útmutatók viszonylag alacsony költséggel növelik a beporzók kínálatát.

A beporzás teljes megértése meglehetősen új keletű.

1672-ben Nehemiah Grew-nak volt némi elképzelése arról, hogy a magasabb rendű növényekben a pollen a megtermékenyítés eszköze. Mikroszkóp segítségével ő volt az első, aki részletesen leírta a virágport. Ez vezetett annak felfedezéséhez, hogy egy fajon belül minden pollenszem egyforma. A pollenszemek tanulmányozását palinológiának nevezik. A mikropaleontológiában is sokat használják. A növények nemét 1694-ben fedezték fel, amikor Rudolf Camerarius egy levélben megfogalmazta felfedezését.

Christian Sprengel (1750-1816) 1793-ban publikálta a virágok rovarok általi beporzásáról szóló művét, amely minden lényeges pontot tartalmazott. Sajnos "munkája annyira kívül esett a korszak szokásos gondolkodásán és érdeklődési körén, hogy szinte teljesen figyelmen kívül hagyták".

Két munkasorozat oldotta meg a fő problémákat. Az egyik annak vizsgálatával, hogy a pollensejtek hogyan működnek a petesejt megtermékenyítésében, a másik pedig az állati beporzók és a virágzó növények együttes fejlődésének felismerésével. Mindkét munkasorozat lényegében a XIX. század közepén vált "modernné".