Rozmnażanie u roślin

Rozmnażanie organizmów jest moim zdaniem najważniejszym procesem podtrzymujący istnienie form żywych na naszym globie. Celem rozmnażania jest zwiększenie liczebności reprezentantów danego gatunku, czyli przedłużenie jego żywotności. Różne czynniki środowiska spowodowały usprawnienie procesów rozmnażania. Najprymitywniejszym sposobem rozmnażania jest rozmnażanie wegetatywne oraz bezpłciowe. Wadą tych typów rozmnażania jest brak wymiany materiału genetycznego, osobniki młodociane są klonami rodziców. U grzybów rozmnażanie wegetatywne polega na podziale organizmu jednokomórkowego lub fragmentacji plechy. U glonów w celach rozmnażania wegetatywnego pojawiają się urwistki zwane też rozmnóżkami lub też wyrostkami.

U okrzemek występuje ciekawy sposób rozmnażania. Rozmnażają się mianowicie przez podział komórki, ale każda z nowo powstałych komórek otrzymuje połowę macierzystego pancerzyka, przy czym każda z nowo powstałych komórek potomnych dobudowuje sobie mniejszą część, czyli tzw. denko. W związku z taką sytuacją komórka okrzemki ma tendencję do zmniejszania swoich rozmiarów. Jednym z głównych sposobów rozmnażania, odgrywającego znaczącą rolę w rozmnażaniu roślin ma wytwarzanie zarodników tzw. spor. Zarodniki mogą być zarodnikami ruchliwymi noszą wówczas nazwę zoospor, lub też nie posiadają zdolności ruchu nazywamy je wówczas aplanosporami. Proces rozmnażania bezpłciowego jest bardzo prosty z zarodników powstałych w sporangium wyrasta nowa potomna roślina będąca genetycznym klonem rośliny macierzystej. Wyższość rozmnażania płciowego nad bezpłciowym polega na tym, że następuje rekombinacja najkorzystniejszych cech dziedziczonych z dwóch form rodzicielskich. W wyniku tego potomstwo może w lepszy sposób przystosować się do warunków środowiskowych.
Na przestrzeni lat rośliny udoskonalały procesy rozmnażania doskonaląc nie tylko sposób przekazywania informacji genetycznej, ale również swoją budowę zewnętrzną, aby ułatwić zarodnikom swobodny dostęp do celu.

Najprostszym sposobem rozmnażania płciowego jest izogamia, kopulują wówczas gamety, które nie posiadają wyraźnych różnic w wielkości, kształcie ani w zachowaniu gamet, bez względu na płeć. Również ruchliwe, gamety męskie i żeńskie występuja, przy anizogami, kopulujące gamety różni jedynie rozmiar tzn. gameta żeńska jest większa od męskiej i posiada więcej materiału zapasowego.
W obu przypadkach proces ten musi odbywać się w wodzie. W przypadku oogami mamy do czynienia z dużą gametą żeńską mającą postać komórki jajowej, niezdolnej do ruchu (nie opuszcza ona lęgni, w której powstała). Do komórki jajowej docierają natomiast ruchliwe gamety męskie znacznie mniejsze od komórki jajowej i zwane plemnikami.

U glonów pojawia się po raz pierwszy przemiana pokoleń gametofit jest pokoleniem dominującym. Cykl rozwojowy glonów na przykładzie taśmy. W komórkach dorosłego diploidalnego osobnika (sporofitu), dzięki mejozie otrzymujemy zoospory – haploidalne zarodniki, z których wyrasta różnopłciowy gametofit. Każdy z gametofitów produkuje różnopłciowe (haploidalne) gamety, które w wyniku kopulacji tworzą diploidalną zygotę, z której w przyszłym czasie wyrośnie sporofit. I tak zamyka się cykl życiowy taśmy. Czasami w przypadku glonów sporofit i gametofit mogą być do siebie tak podobne, że dla laików są to te same rośliny, zdążą się również bardzo duża różnica pomiędzy gametofitem, a sporofitem, na tyle duża, że początkowo traktowano je jak dwa odrębne gatunki. Morszczyn stanowi skrajny przypadek, gdy nie ma właściwie przemiany pokoleń. Plechy jego są diploidalne stanowią, więc odpowiednik sporofitu, rozmnaża się płciowo na drodze oogami. W plemniach i lęgniach usytuowanych na jednej roślinie powstają plemniki oraz komórka jajowa. Z komórki jajowej i plemnika powstanie zygota, która po wykiełkowaniu przemieni się w diploidalny gametofit.

Wiele gatunków wykształca w niekorzystnych dla rozwoju warunkach przetrwalniki, które dopiero w warunkach dogodnych do życia kielują i rozwijają się z nich nowe rośliny. U grzybów wykształcenie zarodników jest konsekwencją wcześniejszego procesu płciowego. Grzyby w zależności od gromady charakteryzują się różnym sposobem rozmnażania. Rozważmy je teraz po kolei. W gromadzie śluzorośli mamy do czynienia z nową formą masy plazmatycznych wypełnioną wieloma jądrami zwaną ślużnią. Ślużnia powstaje ze zlania się dwóch zarodników myksameby (mającej postać pełzaka) lub myksmonady, posiadającej zdolność ruchu.

Do kolejnej gromady grzybów właściwych możemy zaliczyć 6 klas (lęgniowce, skoczkowce, sprzężniaki, workowce, podstawczaki, grzyby niedoskonałe). Lęgniowce w rozmnażaniu bezpłciowym mogą tworzyć zarodniki konidialne tzw. konidia, umiejscowione i odcinane na końcach strzępek. Rozmnażanie płciowe zachodzi natomiast na drodze oogamii, ale przebiega w specyficzny sposób. Mianowicie lęgnia zawierająca przeciętnie 4 komórki jajowe jest obrastana przez plemnię, która nie tworzy plemników. Następuje przelanie zawartości plemni do lęgni, a w wyniku połączenia komórek dochodzi do powstania zygoty. Z każdej z powstałych zygot wyrośnie nowy osobnik.

Do klasy sprzężniaków możemy zaliczyć pleśniaka, którego cykl rozwojowy omówię. Z gametangium w wyniku mejozy otrzymujemy różnoimienne zarodniki, które kiełkują i wytwarzają haploidalną grzybnię z różnoimiennymi strzępkami również te formy wytwarzają zarodniki są jednak one takiego samego rodzaju płciowego jak rodzice. Strzępki różnoimiennych form ulegają zbliżeniu i w wyniku tego dochodzi najpierw do plazmogamii (zlanie się cytoplazmy), a później do kariogamii (zlanie się jąder) Otrzymujemy diploidalną grzybnię z różnoimiennymi zarodnikami.
W przypadku workowców proces rozmnażania płciowego przebiega w jeszcze bardziej skomplikowany sposób. Mianowicie z różnoimiennych strzępek wyrastają plemnia i lęgnia. Plemnia wytwarza włostek (trychogyne), dzięki, któremu plemniki przedostają się do lęgni i tworzą wraz z gametami żeńskimi jądra sprzężone. Jądra sprzężone dostają się do strzępek workotwórczych gdzie po kolejnych przekształceniach i podziałach mitotycznych i mejotycznych tworzą worek z haploidalnymi zarodnikami. Charakterystyczne dla workowców jest rozdzielenie w czasie plazmogamii i kariogamii. Workowce mogą posiadać różne owocniki. Najczęściej spotykane to klejstecja,- mające postać kulistych owocników szczelnie zamkniętych, perytecja- mające kształt butelki, apotecja -zwane inaczej miseczkami – mają jak sama nazwa wskazuje – miseczkowaty kształt. Do workowców zaliczamy również drożdże, które są jednymi z najprymitywniejszych workowców. Głównym sposobem ich rozmnażania jest pączkowanie.

Pod pojęciem grzyba najczęściej kojarzą nam się grzyby kapeluszowe. Właściwą nazwą tych grzybów są podstawczaki. Nazwa bierze się z tą, że zarodniki tych grzybów mają na ogół wydłużoną postać i noszą nazwę podstawek. Każda podstawka tworzy cztery zarodniki podstawkowe, które znajdują się na jej szczycie w postaci kulistych wyrostków. Proces płciowy został tu w stosunku do workowców znacznie uproszczony. Kopulują tu różnoimienne, haploidalne strzępki, które powstają z zarodników. Dochodzi do plazmogamii, ale kariogamia nastąpi dopiero w części owocnika, gdy ze strzępki po licznych podziałach wyrośnie grzyb. W wyniku zlania się jąder powstaje jądro zygotyczne, z którego powstaje podstawka.

Kolejnym etapem w ewolucji roślin jest wytworzenie u mszaków dominującego gametofitu, wyraźnie różniącego się od sporofitu. Gametofit u mchu płonnika ma postać ulistnionej łodyżki, listki ułożone są okułkowo i nie posiadają wykształconych tkanek wiec należą do grupy przejściowej pomiędzy plechowcami a organowcami. Płonnik wykazuje przemianę pokoleń, zachodzi zmiana faz jądrowych. Dorosła roślina składa się z gametofitu (zielonego) przymocowanego do podłoża chwytnikiem. Na gametoficie wyrasta sporofit, który na szczycie posiada puszkę ze sporami. Puszka przykryta jest czapeczką zwaną kalyptrą.

Gdy zarodniki są wystarczająco dojrzałe do wysiania, następuje oderwanie czapeczki i z diploidalnej puszki sporofitu wysiewane są haploidalne spory. Kiełkujące zarodniki wytwarzają nitkowaty, zielony twór przypominający glon- jest to splątek. Ze splątka rozwijają się chwytniki i cała łodyżka gametofitu. Na szczycie gametofitu wytwarzają się lęgnie i plemnie i dochodzi do zapłodnienia, ale tylko w obecności wody, gdyż plemnik, aby mógł wniknąć do lęgni musi znajdować się w środowisku wodnym. Na gametoficie wyrasta sporofit będący nie ulistnioną łodyżką przykryta od góry czapeczką, która tworzy się z resztek rozerwanej lęgni. Wszystkie rośliny wykazują tendencję do redukcji gametofitu, czyli pokolenia, haploidalnego, a do wzrostu sporofitu, czyli pokolenia diploidalnego. U mszaków gametofit stanowi ulistniona łodyżka znacznie większa od sporofitu, natomiast już u paprotników funkcję gametofitu spełnia jedynie przedrośle. U nasiennych gametofit jest jeszcze bardziej zredukowany niż u paprotników. Zatracił on zupełnie samodzielność, gdyż otoczony jest żywiącym go sporofitem.

Jak już wspomniałam u paprotników rolę gametofitu spełnia przedrośle. Zwiększa się za to wielkość i znaczenie sporofitu. U paproci przedrośle ma kształt sercowaty, na jego spodniej stronie powstają plemnie i rodnie. Po zapłodnieniu w rodni rozwija się diploidalny już zarodek sporofitu. Początkowo sporofit odżywia się kosztem gametofitu jednak w krótkim czasie przejmuje on wszystkie funkcje życiowe, a przedrośle zasycha i ginie. Sporofit rośnie do osiągnięcia pełnej dojrzałości płciowej, wytwarza następnie zgrupowania zarodni tzw. kupki, chronione one są błoniastą zawijką. Z dojrzałych i wysianych zarodników rozwijają się przedrośla zamykając cykl życiowy paproci.

Główną cechą charakterystyczną roślin nagonasiennych i okrytonasiennych jest wytwarzanie nasion i łagiewki pyłkowej. Zapewnia to jeszcze lepsze przystosowanie tych roślin do życia lądowego. U nagonasiennych gametofit zredukowany jest do kilku komórek. Roślinny nagonasienne przystosowały się do życia na lądzie uniezależniając się od konieczności obecności środowiska wodnego podczas zapłodnienia.
Sosna jest przykładowym gatunkiem reprezentującym grupę roślin nagonasiennych. Jest to roślina jednopienna tzn. na jednym osobniku występują zarówno organy męskie jak i żeńskie. Sosna wytwarza na diploidalnym sporoficie szyszki dwojakiego rodzaju. Szyszki męskie są małe, ich zarodniki nazywane są mikrosporami, a umieszczone są w mikrosporangiach umiejscowionych pod mikrosporofilem. W przypadku makrospor będących zarodnikami żeńskimi obserwujemy umiejscowienie makrosporangium nad makrosporofilem. Macierzysta diploidalna komórka makrospory znajdująca się podwójnie na każdej łusce (makrosporofilu) dzieli się mejotycznie, dając 4 haploidalne makrospory. Tylko jedna z otrzymanych makrospor rozwinie się. Otrzymamy w ten sposób zalążek składający się z ośrodka otoczonego osłonką. Osłonka nie otacza jednak całego ośrodka, pozostaje nieosłonięte miejsce zwane okienkiem. W ośrodku znajduje się woreczek zalążkowy. Na okienko pada pyłek i wtedy zachodzi zapylenie, natomiast zapłodnienie obserwujemy wtedy, gdy ziarna pyłku kiełkują wytwarzając łagiewkę pyłkową, która to przez okienko i ośrodek dostaje się do woreczka zalążkowego, aby połączyć jądra komórki jajowej i plemnika. Ziarna pyłku powstają w mikrosporangiach. Powstają z podziału mejotycznego macierzystej mikrospory. Mikrospory ponownie dzielą się mitotycznie i w efekcie otrzymujemy ziarna pyłku. Następnie ziarna pyłku po trafieniu na okienko rozwinie się i będzie dążyło do połączenia jąder komórki jajowej z plemnikiem. Plemniki męskie powstają w wyniku podziału mitotycznego jądra łagiewki pyłkowej. Otrzymujemy dwa jądra generatywne. Jedno z jąder po dotarciu do komórki jajowej zlewa się z nią tworząc zygotę, drugie natomiast ginie. Powstała w wyniku zapłodnienia zygota dzieli się i różnicuje i wytwarza zarodek sporofitu – nasienie. Nasienie zawiera zapasy substancji w bielmie (haploidalnym) i otoczone jest mocną okrywą zewnętrzną łupiną. Nasienie przekształca się w zarodek sporofitu z wykształconymi liściami zarodkowymi (liścienie, epikotyl, hypokotyl), a następnie przechodzi w stan spoczynku, czekając aż upadnie na dogodne miejsce z odpowiednimi warunkami do życia. W sprzyjających warunkach z zarodka wykiełkuje sporofit.

Cykl rozwojowy roślin nagonasiennych jest jakby stopniem przejściowym pomiędzy cyklem rozwojowym paproci a najlepiej rozwiniętym i usprawnionym cyklem roślin okrytonasiennych. Również u okrytonasiennych możemy zaobserwować przemianę pokoleń, jednak gametofit jest zredukowany do zaledwie kilku komórek otoczonych przez tkanki sporofitu.

Charakterystycznym dla okrytonasiennych jest organ kwiatu. Typowy kwiat, będący przekształconym pędem składa się z dna kwiatowego, działek kielicha ułożonych okułkowo i zazwyczaj barwnych płatków korony, płatki korony otaczają pręciki – męskie części kwiatu. Każdy pręcik składa się z nitki pręcika oraz z główki. W główce zgrupowane są woreczki pyłkowe. Natomiast na samym środku kwiatu rosną organy żeńskie czasami zrośnięte w jeden słupek. Słupek składa się z rozszerzonej i pustej w środku zależni, długiej i cienkiej szyjki zakończonej znamieniem. U niektórych roślin słupki i pręciki mogą występować na zupełnie różnych kwiatach mówimy wtedy o roślinach jednopłciowych, a kwiat nazywamy kwiatem niedoskonałym.

Zalążki roślin okrytozalążkowych zbudowane są trochę inaczej niż u nagozalążkowych. Ośrodek zalążka otoczony jest dwiema lub jedną osłonką i na szczycie ma okienko. W środku zalążka tuż pod okienkiem tworzy się woreczek zalążkowy w postaci jednej dużej komórki. Komórka ta zawiera osiem haploidalnch jąder komórkowych powstałych przez trzykrotny podział pierwotnego pojedynczego jądra. Dwa z tych jąder łączą się ze sobą i tworzą jądro podwójne, pozostałe rozmieszczają się po trzy w obu biegunach woreczka zalążkowego. W dalszym rozwoju jądra lokalizujące się na biegunach zanikają. Natomiast haploidalna mikrospora rozwija się w ziarno pyłku wewnątrz woreczka pyłkowego. Następuje podział jądra na większe wegetatywne i mniejsze generatywne. Większość pyłku właśnie w tej postaci wysypuje się z pylników i dociera w różny sposób na znamię słupka. Na znamieniu następuje wykiełkowanie i wytworzenie łagiewki pyłkowej, która przerasta do zalążka. W czasie wzrostu jądro generatywne znajduje się cały czas w części wierzchołkowej. Jądro wegetatywne dzieli się w łagiewce mitotycznie tworząc dwa jądra plemników. Zapłodnienie następuje, gdy wierzchołek łagiewki, który przeniknął do woreczka zalążkowego, pęknie i doprowadzi do zlania się z jednego jąder plemnikowych z komórką jajową. W ten sposób powstaje diploidalna zygota, która da początek sporofitowi. Drugie jądro plemnikowe zbliży się do dwóch jąder biegunowych i w wyniku zlania się wytworzą jądro bielmowe. Jest to zjawisko podwójnego zapłodnienia u roślin okrytonasiennych. Po zapłodnieniu zygota przechodzi szereg podziałów i tworzy zarodek. Z jądra bielmowego powstaje bielmo gromadzące zapasy pokarmowe. Działki kielicha, płatki korony, szyjka słupka i znamię zazwyczaj więdną i opadają. Zalążek natomiast przekształca się w nasienie z zgrubiałymi osłonkami tworzącymi łupinę. U niektórych roślin zalążnia, i dolna część słupka rozrastają się i przekształcają w twór zwany owocem. Owoc powstający wyłącznie z zarodni nazywamy owocem właściwym. Jeśli owoc powstanie również z działek kielicha, płatków korony bądź dna to wtedy mówimy o owocu rzekomym.

Dzięki wielu usprawnieniom, które rośliny zdołały wprowadzić na drodze swojej ewolucji w lepszy i doskonalszy sposób dostosowały się do życia na lądzie.