Takuose: nuo sporų iki sėklų

Takuose: nuo sporų iki sėklų

Kairė pusė: Samanos ir paparčiai: sporofito (2N) ir gametofito (1N) kartų kaita. Sperma plaukia, kad ant gametofitų pasiektų kiaušinėlius. Dešinė pusė: Sėkliniai augalai: moteriškas gametofitas ir jo kiaušinėlis (1N) nėra nepriklausomi, bet yra uždaryti besivystančioje sėkloje (2N, po apdulkinimo) ant motininio augalo (2N). (Mandagumo vaizdas / Kathy Hocker)

Paprastai visi jie yra apsauginiame palte. Jų dydis įvairus – nuo ​​į dulkes panašių orchidėjų sėklų iki kokosų. Ir jie gali atsekti savo kilmę sporose.

Pirmieji sausumos augalai išsivystė iš žaliųjų dumblių, galbūt prieš 500 milijonų metų ar daugiau, ir išsklaidė savo palikuonis sporų pavidalu; šiuolaikinės samanos ir paparčiai vis dar tai daro. Praėjo daug laiko, kol sėklos išsivystė (ir, žinoma, jos nenustojo vystytis). Botanikai padarė išvadą, kad sporos išsivystė į kelias kartas, ir spėliojo, kokios naujoviškos savybės padarė jas sėkmingas, kad kitos kartos išlaikė ir tęsė tuos bruožus. Maniau, kad gali būti įdomu įsivaizduoti tuos žingsnius, pradėti suprasti, kas buvo susiję su procesu.

Pradėkite nuo sporų: Sporos sudygsta ir sudaro mažyčius organizmus, vadinamus gametofitais, nes gamina lytines ląsteles (spermą ir kiaušinėlius), turinčias vieną genetinių chromosomų rinkinį (vienas rinkinys vadinamas 1N). Spermatozoidai plaukioja aplinkui, ieško kiaušinėlių, kuriuos būtų galima apvaisinti, kartais prisijungia prie to paties gametofito kiaušinėlio. Apvaisintą kiaušinėlį ir embrioną su dviem chromosomų rinkiniais (vadinamus 2N) laiko gametofitas, kai jis išauga į atpažįstamą samaną ar papartį, kuris subręs ir gamins sporas (taigi vadinamas sporofitu). Taigi gyvavimo ciklas baigtas – sporofitų kartos kaitaliojimas su gametofitų karta (žr. diagramą).

Daugumos sporas turinčių rūšių sporos yra panašios, todėl susidaro gametofitai, kurie gamina ir spermą, ir kiaušinėlius. Tačiau daugelyje giminių lytys išsiskyrė ir buvo skirtingos, o šios tapo daug mažesnės. Botanikai teigė, kad vienoje iš šių linijų lyčių atskyrimas buvo vienas iš svarbių ankstyvųjų evoliucijos etapų, vedančių į sėklinius augalus. Kokie galėjo būti šio susitarimo pranašumai? Abi lytys gamintų dviejų rūšių gametofitus, kurie dabar galėtų išsivystyti skirtingomis savybėmis ir skirtingais būdais panaudoti įgytas savybes. Patelės galėtų visas savo jėgas investuoti į spermą. Lyčių atskyrimas taip pat padėjo sumažinti savaiminio apvaisinimo greitį, taip sumažinant giminystės riziką.

Kita svarbi naujovė buvo moteriškų gametofitų su embrionais išlaikymas ant sporofito. Šie gametofitai tapo dar mažesni; fosilijos rodo nuoseklius pavyzdžius, kaip motinos audiniai galiausiai suformavo gametofitą ir embrioną supančius sluoksnius, taip sudarydami apsauginę dangą, kurią vadiname sėklos apvalkalu. Visa pakuotė vadinama kiaušialąste, kuri subręsta į sėklą. Tai atsitiko maždaug prieš tris šimtus 50 milijonų metų.

Tikriausiai tos primityvios sėklos buvo tiesiog išmestos, kaip ir sporos, kad būtų išsklaidytos vėjams. Daigumas – tai, ko negali padaryti dauguma sporų.

Tada, maždaug prieš 160 milijonų metų, esminis padalijimas iš esmės. Kai kurie augalai, vadinami gimnosėkliais (plikomis sėklomis), išlaikė savo kiaušialąstes ir sėklas atviras sporas turinčios struktūros paviršiuje. Kitas augalų rinkinys, vadinamas gaubtasėkliais (uždaroji sėkla), tikriausiai susilenkia į lapus panašią kiaušialąstę laikančią struktūrą, kad apgaubtų ir apsaugotų bręstančias sėklas nuo išdžiūvimo ir vartotojų, tokių kaip vabalai. (Gimnosėkliai tokias problemas būtų išsprendę kitaip). Ši struktūra vystėsi daugybe skirtingų krypčių gaubtasėkliuose, sudarant mums pažįstamų gėlių piestelius. Apatinė piestelės dalis tapo kiaušidėmis, kuriose buvo laikomos sėklos, o viršutinė dalis tapo žiedadulkėms jautriu paviršiumi (stigma).

Žiedadulkių evoliucija yra sudėtinga, tačiau ji nutraukė spermatozoidų priklausomybę nuo vandens. Vietoj to

plaukimo, vėjo ar gyvūnų nešamos žiedadulkės tapo spermos tiekimo sistema. Tam tikrą spermatozoidų gamybą gamina vyriški gametofitai, kurie gamino du spermatozoidus.

Gimnosėkliuose vienas spermatozoidas apvaisina kiaušinėlį, o kitas tiesiog išsigimsta. Embriono ir daigų maitinimą teikia moteriškasis gametofitas, kaip buvo sporoms, tačiau dabar gametofitas ir embrionas yra sėklos viduje.

Kažkokiu būdu gaubtasėkliuose atsirado naujas išradimas: vienas spermatozoidas apvaisina kiaušialąstę, o nevaisinantis spermatozoidas susijungia su tam tikrais kiaušialąstės branduoliais, kad susidarytų gyvybiškai svarbios maistinės medžiagos (dažniausiai krakmolas ar aliejus). (Tai darė ir orchidėjų gaubtasėklių protėviai, tačiau orchidėjų sėklos prarado sukauptą maistą ir yra priklausomos nuo mikorizinių grybų.)

Po šių pagrindinių žingsnių natūrali atranka gaubtasėkliuose paskatino žiedų evoliuciją ir daugybę apdulkinimo būdų bei vaisių rūšių. Didžioji to įvairinimo dalis buvo susijusi su sąveika su gyvūnais.

Ačiū Kathy Hocker už gyvenimo ciklų diagramą.

• Mary F. Willson yra išėjusi į pensiją ekologijos profesorė. On The Trails pasirodo kiekvieną trečiadienį Juneau imperijoje.


Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.