Двое в едином образе

До сих пор мы рассматривали лишь "вертикальную" линию родства у растений - родственные отношения потомков и предков. Как пришлось убедиться, они достаточно сложны. Но столь же непросто разобраться в "горизонталях" родства, проследить, кто "мать" и кто "отец" растению. Вспомним плеть огурца, на которой вперемежку цветут то женские, то мужские цветы. Но это еще не самый сложный случай, ведь большинство растений с обоеполыми цветами.

Многие века - от античных времен и почти до начала новой истории - ученые не могли дать определенного ответа на вопрос, есть ли пол у растений. В самом конце XVII в. немецкий ботаник Рудольф Камерер подвел итоги своих наблюдений и экспериментов в "Письме о поле у растении" и утвердил в науке истину: растение может принести жизнеспособные семена лишь тогда, когда в цветке сливаются два - мужское и женское - начала. И хотя история признания этого факта была очень трудной, сегодня половой характер оплодотворения у растений не вызывает никаких сомнений.

Мы уже говорили, что понятие "пол" связано с появлением на Земле в результате эволюции многоклеточных организмов, взявших на себя заботу не только о воспроизведении себе подобных, но и об обеспечении развития потомства и его защите на первых порах жизни. Наивысшее выражение этой тенденции можно увидеть в многочисленных примерах из жизни высших животных. В той или иной степени эта забота проявляется и в растительном мире. Конечно, на первый взгляд слишком трудно сравнивать растение, например, с наседкой, бережно согревающей свой выводок под крылом и в минуту опасности грудью бросающейся на врага. Но при ближайшем знакомстве с жизнью цветковых оказывается, что и они отнюдь не равнодушны к судьбе потомства: первые шаги своей жизни зародыш нового растения делает еще в недрах материнского цветка, там же он обеспечивается запасом питательных веществ. Подчас растение и иными путями облегчает первые жизненные шаги своих питомцев. Именно с этой точки зрения можно рассматривать сочные и привлекательные для пернатых плоды многих растений. Птицы склевывают их вместе с семенами. Но не семена, а плоды привлекают их - семена остаются невредимыми; крепкая оболочка семян защищает зародыши даже от сокрушительного действия желудочного сока. Спустя какое-то время они будут выброшены из кишечника птицы как составная часть помета. Так обеспечивается рассеивание семян у растений с сочными плодами, что помогает им осваивать новые места обитаний. Значит, это благо для вида в целом. Но этот же механизм идет на пользу и каждому растению, вырастающему из семени: капелька птичьего помета обогатила питательными веществами тог крохотный клочок земли, где ему суждено прорасти.

Разделение на два пола произошло значительно позже, чем появились многоклеточные организмы и возник процесс оплодотворения, то есть слияние воспроизводящих клеток (у низших форм жизни этот процесс называют конъюгацией).

У современных животных, за некоторым лишь исключением, особи мужского и женского пола существуют отдельно и часто существенно отличаются друг от друга даже внешне.

У растений половые различия отдельных индивидов выявить труднее. Есть, правда, среди цветковых двудомные растения, у которых мужские и женские особи существуют отдельно - таковы тополя на наших городских улицах, южные смоковницы (иначе фиговые деревья, или инжир), конопля. Но значительно большая часть цветковых - это однодомные, у которых на одной особи сосуществуют и мужской и женский пол. Примером того служит плеть огурца, на которой можно найти и мужские и женские цветки. Более того, преобладают в растительном мире формы не просто однодомные, но несущие к тому же обоеполые (гермафродитные) цветки, в каждом из которых соседствуют и мужские и женские половые органы - и тычинки, и пестики.

Для обеспечения большой наследственной гибкости и больших возможностей приспособления к различным или меняющимся условиям внешней среды, как уже было сказано выше, в новом поколении желательно иметь соединение двух разнородных генетических начал. В обоеполых цветках и даже у однодомных растений это требование как будто бы предано забвению.

Почему так получилось?

По-видимому, в пору, когда шло эволюционное становление покрытосеменных, главной задачей природы было обеспечить встречу половых клеток при оплодотворении вне водной среды. Она осложнялась тем, что растения ведут прикрепленный образ жизни, который вытекает из особенностей их питания: "пища" растений - почвенные растворы и атмосферный углекислый газ - распределена относительно равномерно и словно бы сама приходит к ним. Понятно, что подобный образ жизни не позволяет раздельнополым особям отправиться на поиски противоположного пола.

В этих условиях и должны были возникнуть обоеполые самоопыляемые цветки.

Такое "решение" задачи было тем более оправданным, что первые наземные растения обитали, по-видимому, в относительно стабильных условиях влажного тропического климата.

В последующем ходе эволюционного развития появились и совершенствовались приспособления к опылению цветков ветром или с помощью насекомых. Так была решена проблема соединения в потомстве различных наследственных качеств и вместе с тем начали развиваться механизмы, которые уже препятствовали самоопылению, то есть соединению при оплодотворении одинаковых наследственных задатков. Здесь не было единообразия. В одних случаях тычинки и пестики обоеполых цветков стали иметь разную высоту, что препятствует попаданию собственном пыльцы на рыльце пестика. В других случаях пестик становится готовым для оплодотворения задолго до того, как в тычинках созревает пыльца. В третьих - химические и физиологические особенности растения препятствуют прорастанию на рыльце пестика пыльцы собственного цветка или даже пыльцы других цветков того же растения. В каждом из этих случаев оплодотворение может произойти только при перекрестном опылении, только при попадании на цветок пыльцы другого растения. Логическим завершением пути создания препятствий для самоопыления было полное разделение полов, какое мы видим у двудомных растений.

То, что сегодня среди цветковых растений преобладают не двудомные и даже не однодомные с раздельнополыми цветками, а формы с цветками обоеполыми, может быть признаком незакончившегося эволюционного процесса разделения полов, что сохраняет возможность самоопыления.

В многообразном мире современных цветковых растений есть виды, у которых постоянно, из поколения в поколение происходит только самоопыление. Цветки таких растений специально приспособлены для него. У них одновременно созревают тычинки и рыльца пестиков, при этом у барбариса тычинки, созревая, изгибаются в сторону пестика, у некоторых лилий, наоборот, рыльце пестика приближается к тычинкам. Подчас опыление происходит на стадии бутонов, когда цветок еще не раскрылся, например у гороха. А у некоторых фиалок и орхидей, арахиса и кислиц цветок вообще потерял способность раскрываться. Интересно, что эти приспособления развиты и у ярких, заметных цветков, которые, очевидно, были когда-то приспособлены к опылению насекомыми.

Однако приспособлений к перекрестному опылению у растений не меньше, чем к самоопылению. Многие цветки приобрели способность привлекать насекомых-опылителей нектаром, запахом, окраской и формой. У многих выработались весьма хитроумные приспособления, обеспечивающие обязательную отдачу пыльцы насекомым-опылителям при любом посещении цветка и столь же обязательный прием пыльцы от насекомого пестиком другого цветка. Не менее сложны и надежны приспособления ветроопыляемых цветков.

Рис. 8. Ось бутона у грушанки круглолистной направлена вниз. Распустившийся цветок принимает боковое положение: так удобнее садиться насекомым-опылителям. Если цветок не дождется их посещения, произойдет самоопыление: тычинки расположены так, что зрелая пыльца просыплется прямо на рыльце. Ось плода опять-таки смотрит прямо вниз: созревая, коробочка начинает трескаться, и ветер подхватывает высыпающиеся из щелей мелкие и легкие семена

Иногда цветки сохраняют возможность самоопыления "про запас", на случай, если перекрестное опыление по какой-либо причине, например из-за неблагоприятной погоды, не состоялось. Так, у грушанки - лесного растения среднерусской полосы - каждый цветок в соцветии может занимать положение, способствующее либо перекрестному опылению (главные его посредники - шмели), либо самоопылению.

Разбирая выше вопрос о чередовании поколений, мы показали, как непроста у растений линия "вертикального" родства. Но, познакомившись с существованием однодомных и двудомных растений, обоеполых и раздельнополых цветков, с возможностью у растений как перекрестного опыления, так и самоопыления, можно убедиться, что еще сложнее "горизонтальная" его линия. Решать вопрос, кто молодому растению "отец", приходится в каждом случае особо. И очень вероятна возможность, что и "матерью" и "отцом" окажется одно и то же растение, которое к тому же, как это было выяснено в рассказе о чередования поколений, является одновременно в известном смысле "бабушкой" и "дедушкой".