Biblioteka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:   Wirtualny Wszechświat > Biblioteka > Biologia > GENY I ŻYCIE. Niepokoje współczesnego biologa  



[1]  [2]  [3] 
Zaskakujące odkrycia dotyczące sosnowej szyszki

Czytelnik nabrał już zapewne wyobrażenia o tym, co miałem na myśli, pisząc, że cechy zwierząt dość dobrze im służą. Nie chciałbym jednak ograniczać się tu wyłącznie do zwierząt. Zamierzam w związku z tym opisać interesujące wyniki uzyskane przez Amerykanina Karla Niklasa i jego kolegów, którzy badali zwykłe sosnowe szyszki [K. J. Niklas: Aerodynamics of wind pollination, "Scientific American" 257, 1987, s. 72-77]. Cóż interesującego może się kryć w zwykłej szyszce? Poza ciekawym kształtem, na pierwszy rzut oka nic. Można jednak zadać pytanie, dlaczego szyszka zbudowana jest właśnie tak, a nie inaczej. Próbując odpowiedzieć na pytanie o znaczenie cechy tak skomplikowanej jak ogólna budowa narządu, żaden doświadczony biolog nie łudzi się, że jedno, choćby najbardziej odkrywcze, wyjaśnienie okaże się wystarczające. Czasami jednak nawet fragmentaryczna odpowiedź może być bardzo pouczająca.

Dla wielu roślin nasiennych wiatr jest ważnym elementem strategii rozrodczej. Rośliny te wytwarzają w jednych narządach ziarna pyłku zawierające gamety męskie, w innych zaś komórki jajowe, czyli gamety żeńskie. U sosny, która należy do grupy wiatropylnych roślin nasiennych zwanych iglastymi, ziarna pyłku zawierające gamety męskie wytwarzane są w szyszkach męskich, komórki jajowe zaś znajdują się w szyszkach żeńskich. Małe szyszki męskie, rosnące zwykle po kilka obok siebie, są niepozorne i mało kto zwraca na nie uwagę. Gdy są już całkowicie dojrzałe, ich komory pyłkowe pękają i miliony zawartych w nich ziaren pyłku wysypują się na zewnątrz. Ziarna pyłku są tak lekkie, że bez trudu unoszą się w powietrzu i przemieszczają z wiatrem. Ich celem jest szyszka żeńska. To właśnie ją większość ludzi kojarzy z typową sosnową szyszką. Wyrasta pojedynczo i jest większa od szyszki męskiej. Gdy osiąga dojrzałość, jej łuski rozchylają się lekko i oddzielają jedna od drugiej. Na górnej powierzchni każdej łuski, w części bliższej osi szyszki umieszczone są dwie małe torebki zwane zalążkami, zawierające komórki jajowe. Aby doszło do zapłodnienia, ziarno pyłku musi wylądować na fragmencie zalążka zwanym okienkiem, a dokładniej w niewielkim, znajdującym się w nim zagłębieniu. Pyłek, który się tam dostanie, zakotwicza się, a następnie kiełkuje, wypuszczając w stronę komórki jajowej bardzo cienką rureczkę (tzw. łagiewkę pyłkową), przez którą gameta męska przedostaje się do środka zalążka. Gdy gameta zetknie się i zleje z komórką jajową, dochodzi do zapłodnienia.

Biorąc pod uwagę to, że przemieszczanie się z wiatrem jest jedynym sposobem, w jaki pyłek sosny może dotrzeć do okienka w zalążku, konstrukcja szyszki wydaje się niezbyt udana. Zalążki umieszczone są w wyjątkowo niekorzystnym miejscu, bo niemal u nasady łuski, tuż przy osi podłużnej szyszki. Co gorsze, ich okienka skierowane są do wewnątrz (w kierunku osi), a nie na zewnątrz szyszki. Czyżby projekt szyszki zawierał jakiś zasadniczy błąd?

Aby wyjaśnić tę zagadkę, Niklas i jego koledzy zbudowali model żeńskiej szyszki sosny. Był on znacznie większy niż naturalna szyszka, ale poza tym stanowił jej wierną kopię. Sztuczną szyszkę umieszczono w tunelu aerodynamicznym i sprawdzano, w jaki sposób zakłóca ona przepływ strumienia powietrza. Odpowiada to mniej więcej sytuacji, w jakiej szyszka wisząca na drzewie zostaje objęta podmuchem wiatru. Sztuczny wiatr w tunelu nasycono drobnymi pęcherzykami helu, które były widoczne na zdjęciach wykonywanych specjalną kamerą. Komputerowa analiza zdjęć zrobionych w krótkich odstępach czasu pozwoliła na ustalenie kierunku i prędkości przepływu powietrza w bezpośrednim sąsiedztwie szyszki. Okazało się, że zakłócenia przepływu wywoływane przez model polegały na odchyleniu strumienia powietrza tak, że kierowany on był ku osi szyszki. Strumień okrążał następnie jej oś, obmywając górne powierzchnie łusek, czyli te, na których spoczywają zalążki. To jednak nie wszystko. Przechodząc między łuskami, strumień powietrza spływał ku ich podstawie, by tam, to jest w bezpośrednim sąsiedztwie okienek w zalążkach, wytworzyć gwałtowne turbulencje. Silne zawirowania powstawały także po zawietrznej stronie szyszki. Strumień powietrza ulegał tam zagięciu i był wciągany z powrotem do wnętrza szyszki, penetrując łuski, które nie zetknęły się z czołowym uderzeniem wiatru. Taki rodzaj przepływu, jak widać już na pierwszy rzut oka, bardzo sprzyja zapyleniu. Istotnie, zawirowania powietrza wywoływane przez układ przestrzenny elementów szyszki praktycznie gwarantują, że na okienko każdego z umieszczonych na łuskach zalążków prędzej czy później padnie ziarno pyłku. A zatem wrażenie, że konstrukcja szyszki utrudnia dostęp pyłku do zalążków, było mylne. W rzeczywistości jest zupełnie na odwrót, ale aby tego dowieść, trzeba było użyć tunelu aerodynamicznego. Nie znaczy to, oczywiście, że szyszka zbudowana jest tak, jak jest zbudowana, wyłącznie dlatego, żeby kierować strumienie powietrza w opisany powyżej sposób. Wprawdzie niemal stuprocentowa gwarancja zapłodnienia w sytuacji, kiedy trzeba polegać na czynniku tak kapryśnym jak wiatr, jest nie lada osiągnięciem, nie można jednak wykluczyć, że istnieje też jakiś inny, ważniejszy powód. Z rozmnażaniem uzależnionym od wiatropylności wiąże się dość poważny problem wynikający z faktu, że wiatr nie odróżnia gatunków. W powietrzu pełno jest pyłków drzew, traw i różnych innych roślin zielnych, a także zarodników grzybów. Wiedzą o tym dobrze ludzie cierpiący na alergie pyłkowe. Byłoby z pewnością niekorzystne, gdyby okienka zalążków umieszczonych na łuskach szyszki sosnowej oblepiane były stale pyłkami innych gatunków. Zespół Niklasa zajął się i tą kwestią. Okazało się, że szyszka działa jak bardzo selektywny filtr, oddziela pyłki własnego gatunku od obcych. Filtrowanie jest możliwe dzięki swoistym dla szyszki sosnowej cechom zaburzeń przepływu powietrza. Typ turbulencji zależy od takich parametrów jak średnica i długość szyszki, liczba i kształt łusek, a także kąt ich odchylenia od osi. Z drugiej strony, cechy ziaren pyłku roślin poszczególnych gatunków, takie jak masa, kształt i lepkość, są również charakterystyczne i niepowtarzalne. Badania Niklasa wykazały, że typ pyłku dopasowany jest do typu turbulencji wywoływanej przez szyszkę własnego gatunku. Tak więc turbulencje wywoływane przez szyszkę sosny wciągają do środka tylko pyłki sosny. Siła i geometria turbulencji dostosowane są do masy, kształtu i gęstości własnego pyłku. Pyłki innych roślin, a także zarodniki grzybów, są zbyt duże lub zbyt małe, za ciężkie lub za lekkie, by specyficzny dla sosnowej szyszki typ zawirowań mógł je wciągnąć do środka. Podobną selektywnością odznaczają się szyszki innych gatunków drzew. Rzucanie pyłków na wiatr nie jest więc strategią aż tak marnotrawną, jak by się mogło wydawać. Powyższa analiza bardzo mocno wspiera nasze wcześniejsze przypuszczenie, że konstrukcja szyszki służy w istocie do zapewnienia skutecznego, a jednocześnie wybiórczego dostarczania pyłków przez wiatr.

Andrzej Jerzmanowski

[1]  [2]  [3] 
[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach