Širjenje semen in spor: vrste, mehanizmi in pomen v evoluciji rastlin

Raziskava raznolikih načinov širjenja semen in spor — od vetra in vode do živali; mehanizmi, vrste in njihov evolucijski pomen pri koevoluciji rastlin in opraševalcev.

Širjenje semen je način, kako se semena od starševske rastline prenesejo na novo mesto. Beseda "disperzija" pomeni širjenje ali razpršitev. Osnovna ideja je preprosta: rastline se po ukoreninjenju ne morejo premikati, zato je evolucijska prednost, če se njihova semena oddaljijo od matične rastline. Semena, ki pognajo preblizu, pogosto med seboj tekmujejo ali tekmujejo z matično rastlino za svetlobo, vodo in hranila. Prav tako pa razpršitev povečuje verjetnost preživetja vrste, ker lokalne katastrofe (npr. požar, poplava, herbivori) ne uničijo vseh populacij vrste.

Od prvih kopenskih rastlin v obdobju silurja (pred približno 443–419 milijoni let) do obdobja spodnje krede je bil glavni prenos spor in semen pogosto odvisen od fizikalnih sil: veter ali voda sta bila najpogostejša transportna medija. Razvoj semen (spermatofitov) je omogočil nove oblike razširjanja in preživetja, vendar je res velika preobrazba nastopila z razcvetom cvetočih rastlin v kredi, ko so vloge pri prenosu in razmnoževanju začele prevzemati tudi živali.

Zgodba o cvetju in žuželkah je klasičen primer koevolucije. Analiza vsebine črevesja, struktur kril in ustnih delov fosilnih hroščev in muh kaže, da so bili zgodnji opraševalci pogosto žuželke. Povezave med različnimi skupinami hroščev v spodnji kredi in kasnejšim izžarevanjem žuželk v zgornji kredi kažejo na vzporedne radikalne spremembe v obeh linijah. Razvoj posebnih cvetnih oblik in nagrad (nektar, dišave, barve) nakazuje začetek tesnega mutualizma med himenopterami in angiospermami, kar je vplivalo tudi na načine širjenja semen in plodov.

Kot velja za oploditev, velja tudi za širjenje. Spore — drobni prenašalci pri nižjih rastlinah — se skoraj vedno razpršijo z vetrom, kar velja tudi za veliko število semen. Nekatera semena in predvsem plodovi, so očitno prilagoditve na svet, poln živali: če jih razširjajo živali, je koristno, da so hranljivi, privlačni ali imajo strukture, ki se pritrdijo na dlako ali perje. Spore, semena in plodovi se torej lahko širijo mehansko ali z živalmi. Naslednji razdelek povzema glavne vrste širjenja in značilne prilagoditve.

Vrste širjenja semen in spor

• Anemohorija (širjenje z vetrom): semena ali spore imajo strukturene pripomočke za lebdenje ali drsenje (npr. peresca ali krilca). Primeri: regrat (pappus), javor (samare), številne spore praprotnic in lišajev.
• Hydrohorija (širjenje z vodo): semena so plavajoča in odporna na slano ali sladko vodo. Primer: kokos (Cocos nucifera), mangrove in številne vodne rastline.
• Zoochorija (širjenje z živalmi) — obsežna kategorija z več podvrstami:
  • Endozoochorija: semena so v užitnih, mesnatih plodovih; preživijo prebavo in se izpadejo na nove lokacije (npr. borovnice, figovci, mnogi tropski sadeži).
  • Epizoochorija: semena imajo kaveljčke ali lepljive površine in se pritrdijo na dlako ali perje (npr. trnovke, burdock).
  • Myrmekohorija (širjenje z mravljami): semena imajo maščobno bogat pripomoček (elaiosom), ki pritegne mravlje, te odnesejo seme v gnezdo, kjer ga pogosto pustijo nedotaknjeno (npr. mnoge gozdne vrste).
  • Synzoochorija: aktivno prenašanje s strani živali, npr. hrčkov ali ptic, ki zbirajo semena in jih pozneje pozabijo (zagotavlja raztros).
• Autochorija (samoprenos): mehanizmi, s katerimi se semena razpršijo brez zunanjih prenašalcev, na primer eksplozivno izmetanje semen (ballochory) pri vrtnih fižolih ali nekaterih makih.
• Barohorija (padanje z gravitacijo): najpreprostejši način — seme pade pod rastlino; pogosto najpomembnejši v gosto zaraščenih habitatih ali pri drevesih.

Prilagoditve semen in plodov

Prilagoditve so pogosto zelo posebne in odražajo selekcijski pritisk prenašalcev: lahka, krilata semena za veter; vosekaste ali oljnate plodove za ptice; elaiosome za mravlje; trni ali kljuke za pritrditev na prebivalcih kopnega. Prav tako so pomembne fizične lastnosti semen, kot so debela lupina za odpornost na prebavno pH, ali sposobnost dormance (počakajoče faze), ki omogoča kalitev šele v ugodnih razmerah.

Vloga širjenja v evoluciji in ekologiji

Širjenje semen vpliva na gensko strukturo populacij, dinamiko razširjenosti vrst in hitrost širjenja v novem okolju. Dolgodoseljski dogodki (rare long-distance dispersal) so ključni pri kolonizaciji oddaljenih otokov ali obnavljanju po podnebnih spremembah. Ko se rastline in njihovi prenašalci koevoluirajo, nastajajo zapletene interakcije: nekatere rastline so razvile točno določene nagrade ali oblike, ki pritegnejo le določene vrste ptic ali sesalcev, kar povečuje učinkovitost prenosa.

Študijski pristopi in metode

• Opazovanja in markiranje semen (sledi, barvanje ali majhne oznake) za merjenje razdalj razpršitve.
• Genetske metode (npr. analize filogenetskih in populacijskih markerjev) za oceno pretoka genov in smeri širjenja.
• Modeliranje in statistične metode za oceno verjetnosti dolgodometnih dogodkov razpršitve ter vpliva krajšega in daljšega razpona razpršitve na dinamiko populacij.
• Uporaba kamer, GPS sledenja in mikroskopskih pregledov vsebine črevesja živali za identifikacijo vloge prenašalcev.

Pomen za ohranjanje in človekovo vlogo

Razumevanje mehanizmov širjenja je pomembno pri obvladovanju invazivnih vrst, obnavljanju habitatov in načrtovanju ohranjenih rezervatov. Človek je postal pomemben prenašalec semen — nehoteno (npr. semena na obutvi, v tovoru) ali namenoma (kmetijstvo, vpeljave rastlin). Fragmentacija habitatov lahko zmanjša učinkovitost naravnih načinov širjenja in s tem zmanjša gensko pestrost; zato so koridorji, ponovna naselitev in ohranjanje prenašalcev ključni ukrepi.

Na koncu velja poudariti, da so mehanizmi širjenja semen in sporov temeljni za razumevanje ekologije rastlin in njihovega odziva na spreminjajoče se okolje. Raznolikost strategij — od lahkih vetrovnih semen do sodelovanja z živalmi — odraža dolgotrajno evolucijsko igro med rastlinami, prenašalci in habitatom.

Mehanska disperzija

Razpršitev z vetrom

Pomemben podatek za seme, ki ga raznaša veter, je, da je zelo lahko. Z lahkoto mora lebdeti v vetru, sicer bo padlo naravnost na tla. Na vrhu nekaterih semen, kot so semena mlečka in regrata, so "padala". Nekatera semena so zelo majhna in lahka, skoraj kot prah. Takšna so semena orhidej in maka. Makova semena so v majhni kapsuli, ki ima na vrhu majhne odprtine. Na vetroven dan se makova kapsula ziblje z ene strani na drugo in drobna semena stresa skozi okenca kot solnica.

Druga vrsta sadja, ki ga lahko raznaša veter, je javor. Javor ima majhne šizokarpe, ki so dvostranski krilati plodovi. Imenujejo se tudi samare. Njihova lahkotnost in "krila" jim pomagajo ostati v zraku, dokler ne dosežejo novega kraja z veliko zemlje. Samare imajo tudi breze in jelše.

Eksplozivno delovanje

Nekateri sadeži lahko odvrnejo (odvržejo) svoja semena, ko so zreli. To je vrsta hitrega gibanja rastlin, pri katerem se plodovi izstrelijo iz majhnega "stroja".

Grahovi stroki se pogosto mehansko razpršijo. Ko so semena pripravljena, se strok posuši. Ko se strok posuši, se notranjost stroka posuši hitreje kot zunanjost. Zaradi tega se strok v notranjosti zvije, nenadoma se močno razpoči in se zvije v majhno spiralo. Pri tem zvijanju semena poletijo iz stroka v vse smeri.

Impatiens - imenovan "dotični vršički" ali "draguljni plevel" - je velik rod cvetočih rastlin. Ko so semena zrela in pripravljena, se posušeni plodovi spremenijo v sprožilec. Ko se žival ali človek dotakne rastline, ta poči in povsod razprši semena. Če so tla mokra, lahko semena vzklijejo prav tam, kjer pristanejo; lahko se tudi prilepijo na bitje, zaradi katerega se je kapsula razpočila. To jim lahko pomaga, da jih odnese na novo mesto.

Tudi vijolice in konjički uporabljajo mehansko širjenje. Ko so semena pripravljena, se odprejo z glasnim zvokom "POP!". Mehansko razpršitev uporablja tudi drug plod, imenovan brizgalna kumara. Na stotine drugih plodov uporablja mehansko razpršitev.

Razpršitev vode

Te rastline običajno rastejo v bližini vode. Ko seme pade v vodo, ga lahko voda odnese na dolgo razdaljo, preden najde prostor za rast.

Dober primer je vodna lilija. Lepi cvetovi vodnih lilij ustvarijo plod, ki nekaj časa plava v vodi, nato pa se potopi na dno in se ukorenini na dnu ribnika. Semena vodne lilije se lahko razpršijo in vzklijejo v vodi.

Tudi palma, ki raste v bližini vode, svoja semena širi z vodo. Močni morski tokovi, ki povezujejo celine, prenašajo semena palme, imenovana kokos, na njihov novi dom.

Mangrove živijo v vodi. Njihova semena padejo z drevesa in takoj, ko se dotaknejo zemlje, se ukoreninijo. Če je veliko vode, jih lahko odnese daleč stran.

Večino oreščkov, kot so želod, oreh in pekan, razširjajo voda in živali. Voda jih raznaša predvsem v času poplav ali če rastline rastejo v bližini reke ali potoka. Veliko orehovcev raste v bližini krajev, ki so pogosto poplavljeni. Čeprav je voda za orehovce pomembna, ni tako pomembna kot za druge rastline, saj imajo mnoga drevesa korenine, ki lahko rastejo daleč od drevesa, da najdejo dobro zemljo in vodo.

"Padala" na vrhu tega regrata jim pomagajo, da jih veter odnese.


Palme uporabljajo vodo, da razpršijo svoje kokosove orehe.

Razpršitev živali

Živali semena raznašajo na več načinov. Eden od primerov so ostružki, ki se prilepijo na nogavice in hlače, ko hodite po travnatih poljih. Starševska rastlina iz cvetov naredi majhne bodičaste brke. Ti brki se z rastline odvrže na tla ali pa ostanejo na rastlini, dokler mimoidoča žival (ali človek) ne zatakne brka v kožuh, perje ali nogavice. Nato se odnese na novo mesto, kjer ga živali navadno poskušajo odstraniti same. Da bi jih odstranile, jih grizejo, praskajo ali kljujejo. Ostružek nato pade na tla, stran od starševske rastline. Mnoga semena trav imajo površino, ki se ujame na mimoidoče živali. Na primer trava kopja ima ostre konice, ki se lahko zataknejo v mimoidoče živali ali pa jih močan veter odnese na novo mesto.

Drug način, kako lahko živali pomagajo pri širjenju semen, je, da jih same posadijo. Živali, kot so miši, veverice in soje, spomladi in poleti nabirajo plodove in oreščke ter jih shranjujejo za prihodnjo zimo. Velikokrat te plodove in oreščke shranijo tako, da jih zakopljejo v zemljo - pogosto več, kot jih potrebujejo. Ko pridejo po sadje in oreščke, jih nekaj pustijo zakopanih. Tisti, ki ostanejo zakopani, postanejo rastline.

Semena se pogosto razpršijo v iztrebkih. Živali pogoltnejo sadje (vključno s semeni): prebavijo mehko sadje, semena pa se izločijo z iztrebki. V nekaterih deževnih gozdovih skoraj 90 % drevesnih vrst raznašajo živali. Živali, kot so netopirji - na primer kratkodlaki sadni netopir v Južni Ameriki - lahko v eni noči raztrosijo do 60 000 semen.

Ta ptica se prehranjuje z jagodičevjem, vendar semen ne prebavi. Izločijo se z iztrebki ptice.


Oglejte si bodičaste "kaveljčke" na rezkarjih.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je širjenje semen?

V: Kako so rastline širile svoje spore in semena, preden so se pojavile cvetoče rastline?

V: V kakšnem odnosu so rože in žuželke?

V: Kdaj se je začel ta mutualizem med himenopterami (čebelami) in angiospermi (cvetočimi rastlinami)?

V: Kako se razširjajo spore?

V: Kako so plodovi prilagojeni za širjenje?

Išči po črki