Chytra manipulacja płci

Dla XVIII-wiecznych przyrodników, którzy dobrze znali klasykę, Hermafrodyta był idealnym symbolem dla zjawiska biologicznego znanego od czasów starożytnych: istnienia roślin i zwierząt z męskimi i żeńskimi narządami rozrodczymi. Wraz z postępem biologii termin „hermafrodyta” zaczęto stosować do organizmów rozmnażających się płciowo, które wytwarzają męskie i żeńskie gamety. Około 5% wszystkich zwierząt, głównie bezkręgowców, spełnia ten warunek. Wśród kręgowców hermafrodytyzm występuje tylko u niektórych ryb i żab: zdecydowana większość gatunków jest gonochoryczna, czyli albo męska, albo żeńska; rzadkie przypadki hermafrodytyzmu są uważane za patologie.

Hermafrodytyzm może być niezwykły wśród zwierząt, ale jest sposobem życia większości roślin kwitnących. Około 90% z nich jest funkcjonalnie hermafrodytami, albo mając męskie i żeńskie części rozrodcze w tym samym kwiecie, albo mając męskie i żeńskie kwiaty w tej samej roślinie (są one znane jako jednopienne). Hermafrodytyzm otwiera drzwi do samozapłodnienia, przydatnej strategii, gdy partnerzy lub zapylacze są rzadcy lub nieobecni. Ale ten rodzaj skrótu w grze randkowej ma poważne wady: zmniejsza różnorodność genetyczną, co prowadzi do mniejszej zdolności do przetrwania i rozmnażania się oraz adaptacji do zmieniających się środowisk. Nic więc dziwnego, że wiele roślin hermafrodytycznych rozwinęło bariery fizyczne i genetyczne, aby uniknąć lub zmniejszyć możliwość samozapłodnienia. Niektóre gatunki hamują kiełkowanie własnych ziaren pyłku; u innych ich części płciowe są morfologicznie różne, takie jak długie pręciki i krótkie słupki lub odwrotnie (herkogamia); niektóre uciekają się do rozdzielenia w czasie stadiów męskiego i żeńskiego dojrzewania (dychogamia).

Kwiat obupłciowy z częścią męską (produkującą pyłek) i żeńską (produkującą zalążki) © Anjubaba, Wikimedia Commons.

Gdyby samozapłodnienie miało być normą wśród roślin hermafrodytycznych, teoria ewolucji Karola Darwina zostałaby poważnie nadszarpnięta, ponieważ krzyżowanie się (krzyżowanie niespokrewnionych osobników) przygotowuje grunt pod adaptację poprzez dobór naturalny. Zrozumiałe jest, że Darwin poświęcił wiele uwagi mechanizmom zapylania w swojej książce o storczykach ( Darwin, 1862 ), którą napisał po O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego. Jego badania i obserwacje opłaciły się: zakończył swoją książkę o storczykach stwierdzeniem, że nie jest przesadą stwierdzenie, że natura mówi nam, w najbardziej dobitny sposób, że nie znosi nieustannego samozapłodnienia.

Podczas badania sposobów unikania samozapylenia przez storczyki, Darwin odkrył szczególnie sprytny przypadek dotyczący storczyka jesiennego (Spiranthes spiralis, znanego wówczas jako S. autumnalis) i trzmieli (Bombus spp.), jego głównych zapylaczy. Storczyk ten wytwarza wyprostowaną, nierozgałęzioną łodygę kwiatową o wysokości 7-20 cm. Kwiaty kwitną od dołu łodygi do góry i są protandryczne, forma dychogamii, w której męskie narządy rozrodcze dojrzewają przed żeńskimi (studiowanie botaniki to pewny sposób na poprawę wyników w Scrabble). Cechy te są ważne dla tego, co Darwin zaobserwował w odniesieniu do zachowania odwiedzających pszczół. Według jego słów: Pszczoły zawsze lądowały na dole kwiatostanu i, pełznąc spiralnie w górę, wysysały jeden kwiat po drugim. Uważam, że pszczoły zazwyczaj zachowują się w ten sposób, odwiedzając gęsty kwiatostan, ponieważ jest to dla nich najwygodniejsze; w ten sam sposób, w jaki dzięcioł zawsze wspina się na drzewo w poszukiwaniu owadów. Wydaje się to być mało znaczącą obserwacją; ale zobacz wynik. Rezultat zaś jest następujący: pszczoła siadająca na najniższych kwiatach i wspinająca się w górę może zebrać kilka pyłkowin (lepkie grudki ziaren pyłku typowe dla storczyków), które może przenieść na kwiaty na szczycie. Jednak ten pyłek zmarnuje się, ponieważ kwiaty górne są funkcjonalnie męskie; ich pyłek jest gotowy do zabrania, ale ich części żeńskie nie są jeszcze dojrzałe. Pszczoły, które zbierają pyłek z kwiatów szczytowych, odlatują na dół innej łodygi, gdzie kwiaty są starsze, a zatem podatne (funkcjonalnie żeńskie). W ten sposób zapewnione jest zapłodnienie krzyżowe. Ten scenariusz nazwano konfiguracją kwiatostanu Darwina , stosownym hołdem dla jego umiejętności obserwacji, eksperymentowania i dedukcji.

Konfiguracja kwiatostanu Darwina: pszczoła przylatuje do kwiatu znajdującego się na dole łodygi kręczynki jesiennej (A); przeskakuje z kwiatu na kwiat, zbierając po drodze kilka pyłkowin (B); przesuwa się na dolny kwiat na innej łodydze, który, jako starszy, jest podatny na pyłek (C) © zdjęcie pszczoły Jan Gillbank, zdjęcie kwiatu BerndH, Wikimedia Commons.

Podobnie jak kręczynka jesienna, wierzbówka kiprzyca (Chamaenerion angustifolium) jest obupłciowa, protoandryczna, ma kwiatostan, który kwitnie od dołu do góry i jest zapylana przez pszczoły, głównie pszczoły miodne (Apis mellifera) i trzmiele. Wierzbówka kiprzyca również wykorzystuje stereotypowe zachowanie żerowania pszczół polegające na poruszaniu się wzdłuż wyprostowanych kwiatostanów, ale idzie o krok dalej, zachęcając odwiedzających do podążania za scenariuszem: kwiaty na dole kwiatostanu wytwarzają około 1,4 razy więcej nektaru niż kwiaty szczytowe (Antoń i in., 2017). Wiele pszczół i innych zapylaczy odwiedza kwiaty sekwencyjnie od najwyższej do najniższej jakości i przestaje sprawdzać te poniżej progu (Carlson i Harms, 2006). Ta strategia żerowania sprawdza się w przypadku wierzbówki kiprzycy: pszczoła zaczyna od dołu, gdzie jest najwięcej nektaru, kieruje się w stronę mniej nagradzających, ale pełnych pyłku kwiatów na szczycie, a następnie odlatuje i przy odrobinie szczęścia zabierze ze sobą kilka pyłkowin.

Kwiatostan wierzbówki kiprzycy: większa ilość nektaru na dole zachęca pszczoły do wspinania się na górę, a następnie do odlotu na inny kwiatostan © böhringer friedrich, Wikimedia Commons.

To, że żeńskie lub męskie kwiaty wydzielają więcej nektaru niż ich odpowiedniki, jest znane jako nierówna produkcja nektaru w zależności od płci. Zjawisko to jest stosunkowo rzadkie (chociaż dane są ograniczone), ale zaobserwowano je u szeregu niespokrewnionych gatunków, co sugeruje, że ewoluowało niezależnie kilka razy. Większość znanych przykładów składa się z faworyzowania funkcjonalnie żeńskich kwiatów, tak jak wierzbówka kiprzyca, a w większości przypadków zaangażowana jest konfiguracja kwiatostanu Darwina i zapylanie przez pszczoły (Strelin i in., 2025). Nie wiemy na pewno, czy taka nierówna produkcja nektaru zwiększa prawdopodobieństwo przeniesienia pyłku i sprzyja zewnętrznemu krzyżowaniu się, ale jest to rozsądne założenie.

Naparstnica purpurowa (Digitalis purpurea), kolejny przypadek większej produkcji nektaru głównie przez kwiaty żeńskie © Kurt Stüber, Wikimedia Commons.

Charles Darwin uważał się za przeciętnego botanika, mimo że osiem z dziesięciu książek, które opublikował po O powstawaniu gatunków, dotyczyło różnych aspektów biologii roślin, szczególnie rozmnażania (Barrett, 2010). Ten wielki przyrodnik był zafascynowany „pięknymi sztuczkami” kwiatów, które zapewniały krzyżowanie i unikały pułapek chowu wsobnego. Kiedy patrzymy na pas de deux wykonywane przez kręczynki jesienne i wierzbówkę kiprzycę z ich zapylaczami, aby utrzymać ich hermafrodytyczne kwiaty na prostej i wąskiej drodze do zapłodnienia krzyżowego, nie możemy nie podzielać fascynacji Darwina.

Szklarnia Darwina w Down House, gdzie przeprowadził wiele swoich eksperymentów. Badanie storczyków okazało się niezwykle przydatne, ponieważ pokazało mi, jak niemal wszystkie części kwiatu są współadaptowane do zapłodnienia przez owady, a zatem są wynikiem doboru naturalnego – do najbardziej nawet błahych szczegóły struktury. List do Josepha Hookera, 1862 © Tony Corsini, Wikimedia Commons:

Link do oryginału: https://whyevolutionistrue.com/2025/04/04/readers-wildlife-photos-2312/

Why Evolution Is True, 4 kwietnia 2025

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Athayde Tonhasca Júnior - brytyjsi entomolog.