Sex ukrytý v kvete: tajná reč samčích a samičích partnerov rastlín

Tiež rastliny prežívajú intímny život. Na rozdiel od ľudí alebo zvierat v ňom ale veľa nežností nie je. Čo sa počas opeľovania deje v kvete? Ako vo vnútri obojpohlavných rastlín funguje dorozumievanie?

24.04.2022 06:00
rastlina kvet Foto:
debata

Peľové zrná a komunikáciu medzi samčími a samičími pohlavnými partnermi študujú vedci z Ústavu experimentálnej botaniky Akadémie vied Českej republiky (AV ČR) pod vedením Davida Honysa.

Drobné peľové zrno zdvihol zo zeme vietor a unáša ho krajom. Je iba otázkou náhody, kam dopadne. Vopred sa pripravilo na dráhu vrcholového športovca. V zásobe má proteíny, ktoré bude potrebovať na rast, na boj s konkurentmi a komunikáciu so samičou bunkou pri cieľovej páske. Jeho hlavnou a jedinou úlohou je dopraviť k nej samčiu genetickú informáciu a cestou sa nikde nezdržiavať. Poletujúce peľové zrno má šťastie. Nespadlo do kaluže alebo na chodník, kde by spolu s ostatnými nešťastníkmi tvorilo žltý povlak a jeho kariéra by skončila. Vietor je priaznivý a zavial ho na bliznu v kvete, kde sa ďalšie stovky zrniek pripravujú na tvrdý boj.

Rastlina je veľmi vyberavá, chce len toho pravého. So zrnkami peľu na blizne preto komunikuje pomocou biochemických signálov. Rozumie si ale len s tými, ktoré patria k rovnakému druhu, prípadne blízko príbuznému. Strapec buniek na blizne vypúšťa tekutinu, v ktorej môžu vybrané zrná vyklíčiť do peľového vrecúška. Aj naše peľové zrno dostáva signál k štartu, vstupenku na olympiádu, počas ktorej musí dorásť cez kaskádu prekážok vodiacimi pletivami až k cieľovej páske. A nie je to práve boj mierový ani fair play.

mlok Čítajte aj Mloky ohrozuje klimatická zmena. Bránia sa rôznou rýchlosťou metabolizmu

Peľové vrecúška spolu neľútostne súperia a používajú silné zbrane. Proteíny a ďalšie látky, ktoré majú v zásobe, znepríjemňujú život konkurentom vo vodiacich pletivách a zároveň vysielajú k vajíčkam dôležitú informáciu: Ja som tá pravá, najsilnejšia a najrýchlejšia! Peľovému vrecúšku sa v boji darí, od hlavných rozhodcovských pretekov, vajíčka obsahujúceho aj samičie pohlavné bunky, ale dostáva nemilý chemický signál, patrí medzi tie menej šťastné, cesta do cieľa je obsadená. Spomaľuje teda svoj rast a cestu stráca. Kandidáta na víťazstvo naopak samičia bunka láka pomocou proteínov smerom k vajíčku.

Tesne pred cieľom ale dochádza k dramatickému zvratu. Víťazné vrecúško totiž na poslednú chvíľu zablúdilo alebo nepuklo, bolo odmietnuté alebo sa pohlavné bunky jednoducho len nenašli a nesplynuli. Nie vždy komunikácia funguje bezchybne a nebezpečenstvo zámeny s cudzincom či patogénom je príliš veľké. Oplodnenie sa síce nepodarilo, ako sa rastlinám stáva v desiatich percentách prípadov, šanca bola ale ešte jedna.

K druhému pokusu si samička vyberá naše peľové vrecúška, ktoré už zoslabli a pomaly sa lúčia so životom. Prišla však nečakaná vzpruha, novými signálmi ich vajíčko znova vábi smerom k sebe a oplodneniu sa darí – ruka je obrazne povedané v rukáve, samčiu genetickú informáciu pustila samička až k vajíčku.

„Celý komunikačný systém v poslednej fáze pred oplodnením je modifikáciou toho, ako sa rastlina bráni napadnutiu patogénom, jej imunitnej odpovede,“ opisuje David Honys z Ústavu experimentálnej botaniky AV ČR, ktorý skúma peľ krytosemenných rastlín. Medzinárodnému tímu, ktorého bol súčasťou, sa podarilo popísať, ako prebiehala kolonizácia súše rastlinami na genetickej úrovni alebo ako vo vnútri obojpohlavných rastlín funguje dorozumievanie medzi samčími a samičími pohlavnými partnermi. „Snažíme sa ukázať, že komunikácia peľových vrecúšok so samičkou nie je jednostranná. Malo sa za to, že aktívne komunikujú len samičie bunky. Popísali sme ale množstvo proteínov, ktoré dokazujú, že signály vysiela aj samčí partner, teda peľ. S ich pomocou sa vyrovnáva cestou k vajíčku a ďalej k vlastným pohlavným bunkám s nástrahami a trafí, kam má,“ hovorí David Honys.

dvojrozmerny Čítajte aj Dvojrozmerný materiál môže čiastočne nahradiť kremík v elektronike

Modelky z ríše rastlín

Kvet je jedným z najpôsobivejších výskumných modelov. Vedcom sa fascinujúci svet v jeho útrobách na úrovni DNA otvoril relatívne nedávno. Umožnili to moderné techniky molekulárnej biológie a pokročilé zobrazovacie techniky. V roku 2000 biológovia prvýkrát osekvenovali genóm rastliny – konktrétne arábkovky thalovej. Zistili, že má asi 30-tisíc génov, teda podobne ako človek.

Následne sa medzinárodnému tímu na Univerzite v Leicestri vo Veľkej Británii podarilo vôbec prvýkrát odhaliť vývoj určitej bunky pri rastline v prirodzených podmienkach. Bol pri tom tiež David Honys: „Popísali sme pri peli, ktoré gény sú v ňom aktívne, že sa niektoré počas vývoja exprimujú viac, iné naopak zoslabujú. Ako peľ prechádza rôznymi vývojovými štádiami a ako niektoré štádiá izolovať,“ vysvetľuje. Vedci po celom svete z dát výskumu čerpajú už dvadsať rokov.

Zrodenie kvetu

Pohlavné rozmnožovanie je u rastlín na rozdiel od ľudí a zvierat oveľa zložitejšie. Sú totiž sediace, strávia na jednom mieste celý život. Navyše nemajú možnosť vyhľadávať sexuálnych partnerov aktívne a sú často závislé od sprostredkovateľa, opeľovača – od hmyzu alebo od vetra. V prípade nevydareného „rande“ nemôžu len tak utiecť.

Keď rastliny prešli pred asi pol miliardou rokov z vody na súš, museli sa adaptovať v novom prostredí tak, aby nevyschli a mohli sa rozmnožovať aj bez vody. V oceánoch si hľadali partnerov pomocou buniek s bičíkmi. Tie si voľne plávali a keď narazili na toho vhodného, ​​splynuli s ním. To ale na súši nešlo. Potrebovali svoje rozmnožovacie stratégie rozšíriť.

dinosaurus, asteroid Čítajte aj Objavili fosíliu dinosaura, ktorý zahynul v deň, keď Zem zasiahol asteroid

Z prvých rastlín s jednoduchou stavbou tela sa postupne vyvinuli paprade a ďalšie výtrusné rastliny, neskôr nahosemenné, a nakoniec aj krytosemenné. Ako napríklad tulipán, slnečnica či lipa, ktoré svoje samčie a samičie pohlavné orgány a vlastne celú pohlavnú generáciu ukryli do kvetov. „Zrodenie kvetov bol geniálny krok. Rastliny do nich schovali vajíčka nesúce samičie pohlavné bunky, ale aj samčí gametofyt, peľ. Jeho úlohou je okrem iného dopraviť svoju neporušenú genetickú informáciu na bliznu,“ vysvetľuje David Honys.

Na prepravu peľu na bliznu sa rastliny naučili využívať služby tretieho partnera, pomocníka, opeľovača. Už prvým suchozemským rastlinám pomáhal s roznáškou vietor. Potrebovali ale ďalší spôsob, a tak svojimi farbami a vôňami začali kvety lákať hmyzie opeľovače a odmeňovať ich peľom alebo nektárom.

Dodnes nevyriešenou otázkou je, čo bolo predtým – kvet alebo hmyz? Popri koevolúcii, teda spoločnom vývoji, všeobecne prevažuje názor, že prvé boli kvety. Výskumy ale naznačujú, že by tomu mohlo byť aj naopak a opeľovači boli na svete skôr. Túto hypotézu podporuje napríklad zloženie nektáru, ktorý produkuje ginko dvojlaločné (Ginkgo biloba). Ide ale o vetroprašnú rastlinu, jej prostredníkom v rozmnožovaní je teda vietor. Predkovia ginka preto mohli byť opeľovaní hmyzom.

Pohlavné rozmnožovanie je dnes najrozšírenejším spôsobom u vyšších rastlín. Majú rôzne systémy, ktoré v mnohých prípadoch kombinujú. Niektoré uprednostňujú opelenie cudzím peľom, pokiaľ ale nie sú vhodné podmienky, napríklad je nedostatok opeľovačov, neváhajú sa opeliť svojim vlastným. Hermafroditných je 96 percent krytosemenných rastlín.

argentopolybazit Čítajte aj Po dobšináite má Slovensko opäť nový minerál. Už 25-ty.

Hrozby zmeny klímy

Rozmnožovanie rastlín je všeobecne citlivé na zmeny klímy. Kvôli globálnemu otepľovaniu, ale aj rozšíreniu intenzívneho poľnohospodárstva a používaniu pesticídov sa vedľa sucha stretávajú aj s úbytkom opeľovačov – hmyzu. Tento problém môže mať pre ekosystém nedozerné následky. U nás nie je ešte tak viditeľný, ale napríklad v teplejšom Izraeli už dospeli do fázy, kedy rastliny opeľujú umelo pomocou technológií, stromy napríklad malými dronmi. Hľadať ďalšie možné riešenia pri nedostatku opeľovačov pomáhajú aj výsledky vedcov z laboratória biológie peľu v Ústave experimentálnej botaniky AV ČR, ktorí s izraelskými kolegami spolupracujú.

Peľové zrno, ktoré sa unášané vetrom prilepilo na bliznu a vyhralo tvrdý súboj, dopravilo k samičím pohlavným bunkám genetickú informáciu a umožnilo rastline sa rozmnožiť. Muselo ale ešte pred pretekmi svojho života obetovať niektoré obranné mechanizmy. Aby bolo najrýchlejšie a najsilnejšie, nesmelo sa zdržiavať a plytvať energiou na ich vytvorenie. Je preto náchylné na prehriatie. Veľkým stresorom je preň aj sucho. Na klimatické zmeny kvôli nedostatku obranných mechanizmov je vôbec najcitlivejší z celého rozmnožovacieho systému.

Peľ a peľové vrecúška počas svojej cesty vylučujú niekoľko sto proteínov. Vedcom sa zatiaľ podarilo rozlúštiť význam iba niektorých. „Postupne sa snažíme rozlúštiť ďalšie a pochopiť, čo znamenajú a vedia. Sme síce ešte ďaleko od pochopenia celého systému fungovania rozmnožovania rastlín, pokiaľ mu ale budeme viac rozumieť, môžeme lepšie riešiť dôsledky zmien, ktorými rastliny prechádzajú,“ dodáva David Honys.

Zdroj: Zuzana Šprinclová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR

debata chyba
Viac na túto tému: #príroda #sex #Zvieratá #ľudia #kvety #rastliny #intímny život #opeľovanie