Biologia kwiatów

Biologia kwiatów to dziedzina badań ekologicznych, która bada czynniki ewolucyjne, które ukształtowały struktury, zachowanie i aspekty fizjologiczne związane z kwitnieniem roślin . Dziedzina jest szeroka i interdyscyplinarna i obejmuje badania wymagające wiedzy z wielu dyscyplin, które mogą obejmować botanikę, etologię, biochemię, entomoloniki. Nieco węższy obszar badań w ramach biologii kwiatów jest czasami określany jako biologia zapylania lub antekologia .

Kwiaty to struktury wytwarzane przez rośliny okrytozalążkowe , a ich ewolucja jest misternie związana z ich zapylaczami, zwłaszcza owadami. Kwiaty to kosztowne struktury, które celują w zapylacze, oferując im nagrody, aby zwiększyć zapylenie krzyżowe. Ewolucja wielkości kwiatów, ich struktury i charakteru nagród oraz sposób, w jaki te sygnały są przekazywane i odbierane przez potencjalnych zapylaczy, są zazwyczaj badane pod kątem ponoszonych kosztów i narosłych korzyści. Czas kwitnienia , czas trwania kwitnienia i sposób, w jaki przestają funkcjonować po spełnieniu swojej roli, to wszystkie obszary badań w dziedzinie biologii kwiatów.

Badania biologii kwiatów mogą mieć zastosowanie, ponieważ zapylanie i zawiązywanie owoców to kluczowe czynniki, które wpływają na plony wszystkich roślin uprawnych.

Historia pola

Okładka książki Sprengla z 1793 roku

Początki dziedziny biologii kwiatów sięgają generalnie dzieła Christiana Konrada Sprengla Entdeckte Geheimniss der Natur im Bau in der Befruchtung der Blumen (Odkryta tajemnica natury w formie i zapłodnieniu kwiatów) (1793). Sprengel mógł jednak pozostawać pod wpływem wcześniejszych prac Josepha Gottlieba Kölreutera z 1761 r. Sprengel rozpoczął studia w 1787 r., Zaczynając od drewna żurawia Geranium sylvaticum . Zauważył, że dolne partie płatków miały miękkie włoski. Wierzył w mądrość „Stwórcy” iw to, że ani jedna twarda nie może być bezcelowa. Zasugerował, że włosy były obecne, aby chronić nektar przed deszczem, podobnie jak brwi i rzęsy, zapobiegając spływaniu potu do oczu. Zajęło mu to sześć lat obserwacji, w czasie których zbadał 461 roślin. Zauważył, że orchidee nie mają nektaru, ale mają przewodniki po nektarze. Nazwał je fałszywymi kwiatami nektaru i zauważył, że kwiaty Aristolochia łapią owady. Jego książka zawierała dwadzieścia pięć ilustracji. Praca Sprengla została pozytywnie oceniona przez Carla Ludwiga Willdenowa , który włączył niektóre wyniki do swojego Grundriss der Kräuterkunde zu Vorlesungen (1802). Sprengel zauważył, wbrew powszechnemu przekonaniu swoich czasów, że kwiaty miały zapobiegać samozapłodnieniu. Sprengel zidentyfikował wzory na płatkach jako przewodniki po nektarze („Saftmale”) dla zapylaczy. W tym czasie uważano, że kwiaty są miejscem mariażu pręcików i słupków, a nektar pomaga rosnąć nasionom. Pszczoły uważano za złodziei. Twórczość Sprengla skrytykował Johann Wolfgang Goethe. Jednak praca Sprengla zyskała szerszy rozgłos w świecie anglojęzycznym dopiero po tym, jak Karol Darwin przypisał mu uznanie w swoim Fertilization of Orchids (1862).

Aspekty

Rośliny kwitnące, okrytozalążkowe , są stosunkowo nowe wśród roślin. Najstarsze struktury kwiatowe pochodzą sprzed około 140 milionów lat. Po tym okresie rośliny kwitnące uległy znacznemu zróżnicowaniu. Darwin uznał to za „ohydną tajemnicę” w liście do Josepha Hookera z 1879 roku. Najwcześniejsze kwiaty były głównie aktynomorficzne lub miały symetrię promieniową z wieloma osiami symetrii. Z tych rozwiniętych kwiatów o dwustronnej symetrii lub zygomorfii. Uważa się, że przyciąganie owadów zapylających kierowane przez sygnały wizualne miało wpływ na ewolucję zygomorfii.

Najwcześniejsze grupy roślin kwitnących wśród Magnoliidów i rodzin Choranthaceae, Ceratophyllaceae , Nymphaeaceae , Annonaceae i Aristolochiaceae są biseksualne, z częściami męskimi i żeńskimi obecnymi i funkcjonalnymi w zwykle dużej strukturze kwiatowej. Głównymi zapylaczami tych kwiatów były chrząszcze, muchówki i wciornastki. Wyewoluowali mechanizmy zmniejszające samozapylenie poprzez zmianę czasu dojrzewania części męskiej i żeńskiej. Ten zmieniony mechanizm synchronizacji lub dichogamia był głównie wyrażany przez protoginię lub wczesne dojrzewanie części żeńskich i rzadko przez protandrię lub wczesne dojrzewanie części męskich. Wczesne kwiaty były głównie płaskie i przypominały talerze, a ewolucja głębszych rurek korony była późniejszą innowacją i była głównie związana z zapylaczami o długich językach, takimi jak ćmy. Istnieje wiele innych mechanizmów, które wzmacniają zapylenie krzyżowe i zapobiegają samozapyleniu. Siły, które prowadzą do ewolucji takich systemów, jak wytwarzanie kwiatów męskich i żeńskich na różnych rodzajach roślin, są nadal niejasne.

Uważa się, że na ewolucję od pojedynczych kwiatów do produkcji kwiatostanów ma wpływ zachowanie zapylaczy. Skupiska kwiatów mogą zwiększyć liczbę odwiedzin zapylaczy. Może również zmniejszyć ryzyko uszkodzenia pojedynczych kwiatów.

Wytwarzanie lotnych substancji chemicznych przez kwiaty jest ukierunkowane na owady. Niektóre dowody wskazują, że chemikalia wytwarzane przez rośliny i te używane przez owady do komunikacji, zwłaszcza do krycia, w znacznym stopniu się pokrywają. W klasycznym przypadku orchidei z rodzaju Ophrys substancje lotne naśladują żeński feromon płciowy pszczół, które próbują kopulować z kwiatem iw ten sposób je zapylać. Badanie ewolucji lotnych substancji chemicznych w skarabeuszach i kwiatach, które je przyciągają, z rodziny Araceae wykazało, że owady wyewoluowały chemikalia w okresie jurajskim, podczas gdy rośliny wyewoluowały atraktanty później w okresie kredowym.

Kolory kwiatów to kolejny obszar dociekań. Odnotowano pewne wyraźne wzorce, na przykład kwiaty zapylane przez ptaki są przeważnie czerwone, podczas gdy rośliny kwitnące nocą są zwykle białe. Kolory kwiatów są wytwarzane przez różne mechanizmy pigmentacyjne i mają przekazywać wiadomości zapylaczom. Kwiaty, które zostały zapylone, często szybko więdną, a składniki odżywcze są wchłaniane przez roślinę. W niektórych przypadkach części kwiatu mogą ulec zmianie koloru, co wskazuje, że nie nadają się do odwiedzenia przez zapylacze.

Zobacz też