Изменчивая сексуальность растений как естественный инструмент жизни

Несмотря на заявления политиков и адептов тех или иных религий, сексуальность представителей всего древа жизни планеты Земля чрезвычайно разнообразна. Хорошим примером этой простой и много раз подтвержденной мысли являются в том числе растения.

К сперматофитам, то есть растениями, имеющим семена, относятся голосеменные и покрытосеменные. Первая группа насчитывает около 800 видов, среди которых наиболее известными представителями являются сосны, ели и кипарисы. Ко второй группе относится порядка 300 000 видов, включая все растения, дающие эффектные цветы и плоды, почти все из которых поддерживают и разнообразят наш рацион, от зерновых до фруктовых деревьев.

Стратегии сперматофитов по созданию потомства весьма разнообразны. Сексуальность и так называемый поиск партнера стали для них беспрецедентным эволюционным двигателем, потому что сидячим организмам приходится сложнее. В их случае мужские гаметы, переносимые пыльцой, образующейся в пыльниках, должны оплодотворить семязачатки, расположенные у основания пестиков. Чтобы это произошло, растения должны использовать несколько векторов опыления: ветер, вода или животные, которые ищут в цветах вознаграждение.

Пол сперматофитов определяется их хромосомами, различными генами и их взаимодействием, эпигенетическими факторами и гормонами. Это молекулярные каскады, иногда модулируемые факторами окружающей среды и различающиеся у видов и внутри них, а иногда – в пределах одних и тех же особей.

Распределение ресурсов по каждому полу вариативно: виды с гермафродитными цветками и раздельнополые – это всего лишь две крайности непрерывного градиента, в котором обнаруживаются самые разные комбинации сексуальности.

У однодомных видов цветки однополые, но у всех особей появляются как мужские, так и женские цветки. Также существуют виды с различным сочетанием гермафродитных, мужских и женских цветков внутри каждой особи (гиномоно-, андромоно- и андрогин-однодомные виды), а также виды со всеми возможными сочетаниями гермафродитных, мужских и женских особей (гино-двудомные, андро- и андрогино-домные, гиномонодиоэтные, андромонодио- и однодомные).

Более того, большинство раздельнополых видов демонстрируют некоторую лабильность в своем сексуальном проявлении: в какой-то момент жизни особи превращаются из самца в самку или наоборот. В ряде случаев это не изолированные особи, а целые популяции, находящиеся в разных условиях и различающиеся половой системой.

С другой стороны, не все растения-гермафродиты одинаковы. В то время как некоторые используют свою двуполость для самооплодотворения без необходимости искать партнера, другие избегают этого и используют другие механизмы. У каждой из этих стратегий есть свои плюсы и минусы: отказ от самооплодотворения способствует генетическому разнообразию, а его предпочтение – обеспечивает потомство в условиях, когда поиск партнера может быть затруднен.

Бесполые растения, которые размножаются апомиксисом (образуют собственные семена без необходимости оплодотворения) или вегетативно (например, побеги клубники), воплощают максимальное выражение стратегии самодостаточности.

Среди гермафродитов, полагающихся на самооплодотворение, есть клейстогамные виды, у которых цветки самооплодотворяются, даже не раскрываясь; и самоопыляющиеся с маленькими, незаметными цветками без запаха и нектара, поскольку им не требуются привлекать опылителей. Яркий пример – желтушник седой Erysimum incanum. Он способен к самоопылению активными движениями, когда пыльники трутся о рыльце при раскрытии цветка.

Среди гермафродитов, избегающих самооплодотворения, есть самонесовместимые виды: дихогамность и гетеростилия.

Первые представляют собой генетические механизмы, которые блокируют доступ пыльцы к семяпочке, что иногда заставляет ее отторгать пыльцу некоторых своих сородичей. У дихогамных видов есть цветы, которые сначала мужские, а затем женские – протандрические, или наоборот – протогинные; или же половина особей в каждой популяции является протандрическими, а другая половина – протогинными.

В популяциях гетеростильных видов также есть два разных типа особей, известных как морфы, чьи женские и мужские половые органы расположены на разной высоте и реципрокно. Две морфы опыляются и оплодотворяются за счет точного переноса пыльцы в разные части тела опылителя. Эта гипотеза, предложенная еще Дарвином, недавно получила подтверждение.

Исследователи, наблюдавшие за корреляциями между цветочными признаками, обнаружили, что гетеростилия развивается в цветочных линиях с узкой цветочной трубкой и опылителями, такими как бабочки и мотыльки, частями, которые складываются вместе, как пазл, так что пыльца может точно передаваться от одной морфы к другой.

Сперматофиты – не самая разнообразная группа живых существ, но на их долю приходится большая часть наземной биомассы. Множество их репродуктивных стратегий может служить иллюстрацией того, что сексуальное разнообразие является естественной и повсеместной реальностью.