Перейти в оглавление раздела:
Основы поведения животных
*
Опыление цветков
*
Опыление растений (орхидеи)
*
Эхолокация в природе
Опыление цветов летучими мышами
«Говорящие» цветы. Н.Ю. ФЕОКТИСТОВА
Как известно, опылителями цветов могут быть не только различные насекомые, но и птицы, и даже млекопитающие – подробно об этом можно прочесть в № 20 нашей газеты за 1998 г.
А растения, как правило, для привлечения своих опылителей обладают теми или иными приспособлениями, облегчающими им выполнение своей задачи. В частности, цветы, опыляемые тропическими летучими мышами, отличаются неяркой (зеленовато-желтой, коричневой, фиолетовой) окраской, прочным крупным околоцветником и выделением значительных количеств слизистого нектара и пыльцы. Раскрываются такие цветы в вечерние и ночные часы и издают своеобразный, часто неприятный для человека (но, наверное, привлекательный для представителей отряда рукокрылых) запах.
Но это еще не все. Исследователи из Университета Ирланген (Германия) обратили внимание на специфическую форму одного из лепестков цветка лианы Mucuna holtonii из семейства бобовых, произрастающей в тропических лесах Центральной Америки. Этот лепесток имеет вогнутую форму и определенным образом поднимается, когда цветок готов к опылению. После чего цветок делается очень привлекательным для летучих мышей. Когда же ученые размещали в выемке этого лепестка ватные тампоны, летучие мыши переставали обращать на цветы внимание.
Как известно, одна из характерных особенностей летучих мышей – широкое использование эхолокации для ориентации в полете и получения сведений об окружающих предметах. Исследователи предположили, что определенной формы вогнутость в лепестке лианы – специфическое приспособление цветка, направленное на «эксплуатацию» именно этой способности рукокрылых.
Дополнительные эксперименты, проведенные в акустической лаборатории, подтвердили это предположение. Оказалось, что вогнутый лепесток концентрирует и затем отражает сигнал, издаваемый летучими мышами, отправившимися на поиски корма. В результате готовый к опылению цветок как бы «беседует» со своими опылителями, сообщая им о своей готовности «покормить» их, а заодно и воспользоваться их услугами в процессе опыления.
По материалам журнала Australia Nature. 2000, V 26. No 8.
РАСТЕНИЯ КОТОРЫЕ ОПЫЛЯЮТСЯ ЛЕТУЧИМИ МЫШАМИ: Курупита гвианская (Couroupita guianensis); Цефалоцереус (Cephalocereus senilis); Баобаб африканский (Adansonia digitata); Колбасное дерево (Kigelia pinnata); Трианея (Trianaea); Хлебное дерево (Artocarpus altilis); Лиана Mucuna holtonii; Голубая агава (Аgave tequilana weber azul); Какао (Theobroma cacao); Орхидеи из рода Дракула; Хоризия великолепная (Chorisia speciosa); Дуриан цибетиновый (Durio zibethinus); это далеко не весь перечень.
Изобретательность природы не знает границ! Одно из подтверждений тому – история нектароядных летучих мышей и распускающих свои ночные цветы растений, чьи судьбы тесно переплелись в лесах Центральной Америки. Размером с наш большой палец, крошечное рукокрылое листонос Коммиссариса (Glossophaga commissarisi ) большую часть своей жизни проводит, порхая среди тропических лиан Mucuna и собирая нектар их цветков. Щедро делясь «напитком богов», взамен растения получают дополнительного опылителя. Привлекающие животных днем при ярком солнечном свете цветы щеголяют многоцветными нарядами, а вот ночью, когда даже самые яркие краски блекнут, ночные растения вроде Mucuna , чтобы привлечь внимание летучих мышей, прибегают к помощи звука.
Ночью, когда даже самые яркие краски блекнут, ночные растения, чтобы привлечь внимание летучих мышей, прибегают к помощи звука.На биостанции La Selva (испанск. «лес») на севере Коста-Рики тропическая лиана за короткое время сплела над лесной поляной зеленую крышу из листьев и цветков. Напоминая люстры на потолке в большом темном зале, бледно-желтые соцветия размером с ладонь медленно покачиваются. На закате цветки начинают готовиться к приему гостей. Первым вверх медленно отходит светло-зеленый чашелистик, прикрывающий бутон, словно крышка, и, поднявшись, превращается в маячок. Чуть ниже расправляются два небольших боковых лепестка, обнажая щель у основания бутона, из которой по округе растекается едва заметный манящий чесночный аромат. Mucuna используют запах как сигнал, притягивающий окрестных опылителей. Но после, когда мыши подлетают достаточно близко, главной приманкой становится звук. Летучие мыши с успехом применяют звук высокой частоты для ориентации в пространстве. Испуская звуковые волны, животные своими очень чувствительными ушами улавливают мельчайшие изменения в отраженных от предметов сигналах. Поступающая информация моментально обрабатывается мозгом, и летучая мышь может мгновенно менять траекторию полета, преследуя сочного комара, или ловко шнырять между цветущими тропическими деревьями. Большинство видов летучих мышей охотится на насекомых, с каждым взмахом крыльев они испускают сигналы, разносящиеся на большие расстояния. Нектароядные мыши, напротив, пользуются более слабыми волнами, но их сигналы устроены гораздо сложнее – ученые называют такую уловку частотной модуляцией. Благодаря ей животные могут получать «акустические снимки», содержащие точную информацию о размерах, форме, расположении объектов в пространстве, структуре их поверхности. За возможность лучше различать детали приходится расплачиваться дальностью действия такой эхолокации – она эффективна лишь в радиусе 4 метров. В тропических зарослях лиан Mucuna чашелистики-маячки служат своеобразными зеркалами, отражающими сигналы летучих мышей и отсылающими обратно четко идентифицируемую информацию о себе. Научившись ловко распознавать такие маячки с помощью органов чувств, рукокрылые застывают в жарких объятиях с бутонами. Определенно, они созданы друг для друга. Летучая мышь, взбираясь верхом на цветок, цепляется лапками за основание лепестка, поджимает хвостик, подтягивает заднюю лапку и просовывает голову в бутон. Длинный язык устремляется внутрь, запуская скрытый в цветке механизм «бомбы»: все глубже погружаясь в нектар, он вызывает цепные взрывы пыльниковых мешков, которые обильно покрывают шерсть зверька золотым слоем свежей пыльцы. Бах! Бах! Бах! Десять бутонов взорвались, запасы нектара уничтожены, летучие мыши отправляются восвояси. Но быстрый метаболизм рукокрылых не позволяет им улететь надолго. Каждый зверек за ночь наведывается к цветку сотню раз. Вид лиан Mucuna holtonii с их «бомбами» и щедрой порцией нектара – один из немногих видов, на которые животные садятся, а не только подлетают. Другие растения, не столь богатые нектаром, такой чести не удостаиваются: нектароядные летучие мыши зависают над ними, опустошая их за доли (1/5) секунды, так и не приземлившись. Около 40 видов подсемейства Glossophaginae составляют элиту «военно-воздушных сил» нектароядных летучих мышей. Они принадлежат к семейству листоносых рукокрылых, которые обитают в тропиках и субтропиках Западного полушария. Их носы причудливой формы, давшей название всему семейству, позволяют виртуозно испускать сложные эхолокационные сигналы. Опыление в обмен на нектар – сделка между растением и летучей мышью, которую биологи окрестили научным термином хироптерофилия (от латинского названия рукокрылых – Chiroptera ). В течение тысячелетий растения, опыляемые летучими мышами, «придумывали, как весьма элегантно решить непростую задачу: привлечь как можно больше опылителей, затратив как можно меньше энергии. Они не стали увеличивать количество (и улучшать качество) нектара, а вместо этого сделали его сбор более эффективным для своих рукокрылых партнеров. Растения вывешивают ночные цветы в свободных для пролета пространствах, так что летучим мышам довольно просто отыскать их и собрать нектар. (К тому же это намного безопаснее – хищникам вроде змей и опоссумов попросту негде укрыться.) Вдобавок, цветы подмешивают в свои ароматы соединения серы: такая приманка действует на больших расстояниях, и рукокрылые не в силах устоять. Впрочем, аромат на любителя, и человека он, напротив, отталкивает, напоминая воображаемую смесь из самых неприятных запахов, какие только существуют в мире: в нем есть ноты запаха кислой капусты, чеснока, прелых гниющих листьев, прокисшего молока и скунса. Mucuna и некоторые другие растения пошли еще дальше – чтобы привлечь эхолокаторы летучих мышей, они адаптировали форму своих цветков. До 1999 года никто и предположить не мог, что растения способны менять форму, чтобы облегчить животным сбор нектара. На исследовательской станции La Selva немецкие биологи Дагмар и Отто фон Гельверсен из Университета Эрлангена-Нюрнберга изучали акустические сигналы летучих мышей, когда Дагмар заметил, что чашелистики-маячки бутонов Mucuna очень походят на звуковые маячки-отражатели. Они приковывают к себе внимание в мире звуков, подобно путеводному свету маяка в темноте. Гипотеза подтвердилась после проведения серии экспериментов. Гельверсены продолжили исследования акустических характеристик цветов в Эрлангене, использовав для этого колонию лабораторных летучих мышей. Под их руководством студент Ральф Саймон обучил животных пить нектар из случайным образом размещенных кормушек разной формы. Проще и быстрее всего зверькам удавалось обнаружить округлые кормушки – в виде миски. Впоследствии Саймон отыскал похожие формы «кормушек» в природе, а у одного из цветков, который он разглядел на фотографии в научно-популярном журнале, был маячок в виде блюдца. (Из-за красных округлых частей цветка, содержащих нектар, редакторы журнала ошибочно решили, что это был фрукт). Заинтригованный, Ральф Саймон отправился на Кубу, прямиком туда, где цветок сфотографировали. В награду за упорство он получил подтверждение своей гипотезы, увидев, как летучие мыши пьют нектар из цветка, а тот щедро покрывает их своей золотистой пыльцой.
Исследование подтвердило давно известный летучим мышам факт – цветки «разговаривают» на своих языках.Вернувшись в лабораторию, Саймон соорудил похожие маячки и прикрепил их к кормушкам. Обыкновенные плоские маячки не слишком помогали обнаружить кормушку – время поиска было почти таким же, как и для кормушек без опознавательных знаков. А вот маячки в форме блюдца сократили это время вдвое! «Плоский лепесток дает лишь вспышку в мире звуков, когда сигнал отражается от его поверхности, – объясняет Саймон. – А вот маячок-блюдце при приближении летучей мыши отправляет обратно несколько сильных сигналов, покрывая обширное пространство. Он очень похож на настоящий маяк: отраженный звук имеет уникальный тембр». Продолжив работу в аспирантуре, Саймон сконструировал механическую голову летучей мыши, способную перемещаться. Внутри он установил небольшой источник ультразвука и два приемника в вершинах треугольника, точь-в-точь сымитировав нос и уши животного. В ходе эксперимента нос-источник издавал сложные последовательности звуков на разных частотах, похожие на эхолокационные сигналы летучих мышей, а Саймон направлял их на цветки, закрепленные на вращающейся подставке, и записывал регистрируемые ушами-приемниками отраженные звуковые волны. Так ему удалось собрать акустические характеристики цветков 65 видов растений, опыляемых рукокрылыми. Каждый из изученных Саймоном цветков имел уникальный ярко выраженный акустический образ, своего рода «отпечаток пальца». Это исследование подтвердило давно известный летучим мышам факт – цветки «разговаривают» на своих языках. В далекие 1790-е годы итальянского биолога Ладзаро Спалланцани подняли на смех за вы-двинутое им предположение, что летучие мыши «видят» в темноте при помощи ушей. Полтора столетия спустя, в конце 1930-х, ученые подтвердили этот факт, установив, как именно и с помощью какого механизма рукокрылые «видят» в темноте. А через 75 лет ученые выяснили, что «видеть» им помогают ночные растения, подстроив в процессе эволюции форму своих цветков, чтобы их было лучше слышно опылителям, и в итоге «засверкав» в мире звуков так же ярко, как сверкают в лучах солнца их самые многоцветные дневные собратья.
Цветки, опыляемые летучими мышами, обычно крупные, прочные, производят много нектара, неярко окрашенные или часто раскрываются только после захода солнца, поскольку рукокрылые питаются только ночью. Многие из цветков трубчатые или имеют другие структуры для предохранения нектара. У многих растений, привлекающих летучих мышей для опыления или распространения семян, цветки или плоды либо свисают на длинных цветоножках ниже листвы, где рукокрылым легче летать, либо образуются на стволах. Летучие мыши отыскивают цветки, пользуясь своим обонянием, поэтому для цветков характерен очень сильный запах брожения или фруктов. Эти животные, перелетая от дерева к дереву, слизывают нектар, поедают части цветка и пыльцу, одновременно перенося ее на своей шерсти с одного растения на другое. Они опыляют и распространяют семена, по крайне мере, 130 родов покрытосеменных. В Северной Америке длинноносые летучие мыши опыляют более 60 видов агавы, включая и те, что используются в приготовлении мексиканской текилы. Цветочные летучие мыши опыляют преимущественно кактусы (Pachycereen) и агавы. Колбасное дерево, или кигелия эфиопская, растущее в тропической Африке и на Мадагаскаре, опыляется летучими мышами. Летучие мыши опыляют такие растения, как:
Курупита гвианская (Couroupita guianensis), Цефалоцереус (Cephalocereus senilis), Баобаб африканский (Adansonia digitata), Колбасное дерево (Kigelia pinnata), Трианея (Trianaea), Хлебное дерево (Artocarpus altilis), Лиана Mucuna holtonii., Голубая агава (Аgave tequilana weber azul), Какао (Theobroma cacao), Орхидеи из рода Дракула, Хоризия великолепная (Chorisia speciosa), Дуриан цибетиновый (Durio zibethinus).
Пахицереус Прингла, опыляемый летучими мышами пустыни Сонора (Центральная Америка)
Селеницереус - еще один кактус, опыляемый ночью летучими мышами, а днем пчелами
Летучие мыши, опыляющие цветы, питаются нектаром. В качестве приспособления у них выработалась удлиненная мордочка. В Северной Америке есть род летучих мышей, которые так и называются - длинноносые.
При перекрёстном опылении происходит перекомбинация наследственных признаков отцовского и материнского организмов, и образовавшееся потомство может приобрести новые свойства, которых не было у родителей. Такое потомство более жизнеспособно. В природе перекрёстное опыление встречается значительно чаще, чем самоопыление.
Перекрёстное опыление осуществляется с помощью разных внешних факторов:
· 
Ветроопыление
. У ветроопыляемых растений цветки мелкие, с плохо развитым околоцветником (не мешает попаданию пыльцы на пестик), часто собраны в соцветия, пыльцы образуется очень много, она сухая, мелкая, при раскрывании пыльника с силой выбрасывается наружу. Лёгкая пыльца этих растений может переноситься ветром на расстояния до нескольких сотен километров. Пыльники расположены на длинных тонких нитях. Рыльца пестика широкие или длинные, мохнатые и высовываются из цветков, чтобы лучше улавливать пыльцу. Ветроопыление свойственно почти всем злакам, осокам.
· Перенесение пыльцы насекомыми. Приспособлением растений к опылению насекомыми являются наличие сладкого нектара, запах, цвет и размер цветков (яркие большие одиночные цветки или соцветия), липкая нежная пыльца с выростами. Большинство цветков двуполые, но созревание пыльцы и пестиков происходит не одновременно либо высота рылец больше или меньше высоты пыльников, что служит защитой от самоопыления. Насекомые, подлетев к цветку, тянутся к нектарникам и пыльникам и во время трапезы пачкаются пыльцой. Когда насекомое перебирается на другой цветок, переносимые им пыльцевые зёрна прилипают к рыльцам.
· Опыление птицами. Цветки, опыляемые птицами, выделяют обильный жидкий нектар (у некоторых видов он ко времени созревания пыльцы даже вытекает наружу), однако запах у них слабый, что развито с плохим развитием у птиц обоняния. Но птицы хорошо воспринимают цвета, поэтому окраска большинства опыляемых ими цветков броская, обычно желтая или красная, как, например, у фуксии, эвкалипта, многих кактусов и орхидных. Часто в цветках ярко сочетаются контрастные краски: огненно-красный с чистым зеленым или лилово-черным. Обычно такие цветки крупные или собраны в мощные соцветия, что связано с необходимостью привлекать пернатых своим видом и вмещать большие количества нектара.
· О пыление с помощью воды. Наблюдается у водных растений. Пыльца и рыльце этих растений чаще всего имеют нитеобразную форму.
· О пыление с помощью животных. Цветки, опыляемые летучими мышами обычно крупные, прочные, производят много нектара, неярко окрашенные или часто раскрываются только после захода солнца, поскольку рукокрылые питаются только ночью. Многие из цветков трубчатые или имеют другие структуры для предохранения нектара. У многих растений привлекающих летучих мышей для опыления или распространения семян, цветки или плоды либо свисают на длинных цветоножках ниже листвы, где рукокрылым легче летать, либо образуются на стволах. Летучие мыши отыскивают цветки, пользуясь своим обонянием, поэтому для цветков характерен очень сильный запах брожения или фруктов. Эти животные, перелетая от дерева к дереву, слизывают нектар, поедают части цветка и пыльцу, одновременно перенося ее на своей шерсти с одного растения на другое.
Опыление
Что такое опыление? Цветение - это состояние растений от начала раскрытия цветков до засыхания их тычинок и лепестков . Во время цветения и происходит опыление растений.
Опылением называют перенос пыльцы с тычинок на рыльце пестика . Если пыльца переносится с тычинок одного цветка на рыльце пестика другого цветка, то происходит перекрёстное опыление . Если же пыльца попадает на рыльце пестика того же цветка - это самоопыление .
Перекрестное опыление. При перекрёстном опылении возможны два варианта: пыльца переносится на цветки, находящиеся на том же растении, пыльца переносится на цветки другого растения. В последнем случае надо учитывать, что опыление происходит только между особями одного вида!
Перекрестное опыление может осуществляться ветром, водой (эти растения и растут в воде или у воды: роголистник, наяда, валлиснерия, элодея ), насекомыми, а в тропических странах также птицами и летучими мышами.
Перекрёстное опыление биологически более целесообразно, потому что потомство, соединив в себе признаки обоих родителей, может лучше приспособиться к среде. Самоопыление имеет свои достоинства: оно не зависит от внешних условий, а потомство стабильно сохраняет родительские признаки. Например, если выращиваются жёлтые помидоры, то на следующий год, использовав их семена, можно опять получить такие же жёлтые помидоры (помидоры , как правило, - самоопылители). Большинство растений опыляются перекрестно, хотя строго перекрестноопыляемых растений мало (например, рожь ), чаще перекрестное опыление сочетается с самоопылением, что еще больше повышает приспособленность растений к выживанию.
Типы опыления цветков: самоопыление, перекрестное
Ветроопыляемые растения. Растения, цветки которых опыляются ветром, так и называются ветроопыляемыми . Обычно их невзрачные цветки собраны в компактные соцветия, например, в сложный колос, или в метёлки. В них образуется огромное количество мелкой, лёгкой пыльцы. Ветроопыляемые растения чаще всего растут большими группами. Среди них есть и травы (тимофеевка, мятлик, осока) , и кустарники, и деревья (орешник, ольха, дуб, тополь, берёза) . Причём эти деревья и кустарники цветут одновременно с распусканием листьев (или даже раньше).
У ветроопыляемых растений тычинки обычно имеют длинную тычиночную нить и выносят пыльник за пределы цветка. Рыльца пестиков также длинные, «лохматые» - чтобы уловить летающие в воздухе пылинки. У этих растений есть некоторые приспособления и к тому, чтобы пыльца не расходовалась зря, а попадала предпочтительно на рыльца цветков своего же вида. Многие из них цветут по часам: одни распускаются рано утром, другие днём.
Насекомоопыляемые растения. Насекомых (пчёл, шмелей, мух, бабочек, жуков) привлекает сладкий сок - нектар, который выделяют особые желёзки - нектарники. Причём расположены они таким образом, чтобы насекомое, добираясь до нектарников, обязательно задело пыльники и рыльце пестика. Нектаром и пыльцой насекомые питаются. А некоторые (пчёлы) даже запасают их на зиму.
Следовательно, наличие нектарников - важный признак насекомоопыляемого растения. Кроме того, их цветки обычно обоеполые, пыльца у них клейкая с выростами на оболочке, чтобы зацепиться за тело насекомого. Находят насекомые цветки по сильному запаху, по яркой окраске, по крупным цветкам или соцветиям.
У ряда растений нектар, который и привлекает насекомых, доступен многим из них. Так на цветущих маках, жасмине, бузульнике, нивянике можно увидеть и пчёл, и шмелей, и бабочек, и жуков.
Но есть растения, приспособившиеся к определённому опылителю. При этом они могут иметь особое строение цветка. Гвоздику, с её длинным венчиком опыляют только бабочки, длинный хоботок которых может добраться до нектара. Только шмели могут опылять льнянку, львиный зев : под их тяжестью нижние лепестки цветков отгибаются и насекомое, добираясь до нектара, собирает своим лохматым тельцем и пыльцу. Рыльце пестика расположено так, чтобы пыльца, принесённая шмелём с другого цветка, обязательно на нём осталась.
Цветки могут иметь запах привлекательный для разных насекомых или пахнуть особенно сильно в разное время суток. Многие белые или светлые цветки особенно сильно пахнут вечером и ночью - их опыляют ночные бабочки. Пчёл привлекают сладкие, «медовые» запахи, а мух - запахи для нас часто не очень приятные: так пахнут многие зонтичные растения (сныть, борщевик, купырь) .
Учёные провели исследования, которые показали, что насекомые видят цвета особым образом и каждый вид имеет свои предпочтения. Не зря в природе среди дневных цветков царствуют все оттенки красного цвета (а вот в темноте красный цвет почти не различим), а синего и белого гораздо меньше.
Для чего так много приспособлений? Для того, чтобы иметь больше шансов, что пыльца не будет потрачена зря, а попадёт на пестик цветка растения того же вида.
Изучив строение и особенности цветка, можно предположить, какие животные его опылят. Так, цветки душистого табака имеют очень длинную трубку из сросшихся лепестков. Следовательно, до нектара могут добраться только насекомые с длинным хоботком. Цветки - белого цвета, хорошо видны в темноте. Особенно сильно пахнут вечером и ночью. Опылители - бражники, ночные бабочки, которые имеют хоботок до 25 см длиной.
Самый крупный в мире цветок - раффлезия - окрашен в красный цвет с тёмными пятнами. Пахнет он тухлым мясом. Но для мух нет запаха приятнее. Они и опыляют этот замечательный, редкий цветок.
Самоопыление. Большинство самоопыляющихся растений - это сельскохозяйственные культуры (горох, лён, овёс, пшеница, томат) , хотя есть самоопыляющиеся растения и среди дикорастущих.
Некоторые из цветков опыляются уже в бутонах. Если раскрыть бутон гороха, то можно увидеть, что пестик весь усыпан оранжевой пыльцой. У льна опыление проходит в открытом цветке. Цветок распускается рано утром и уже через несколько часов лепестки осыпаются. Днем температура воздуха повышается и тычиночные нити скручиваются, пыльники прикасаются к рыльцу, лопаются, и пыльца высыпается на рыльце. Самоопыляющиеся растения, в том числе лён , могут опыляться и перекрёстно. И наоборот, при неблагоприятных условиях и у перекрёстноопыляемых растений может произойти самоопыление.
Перекрёстноопыляемые растения в цветке имеют приспособления, предотвращающие самоопыление: пыльники созревают и высыпают пыльцу раньше, чем разовьётся пестик; рыльце расположено выше пыльников; пестики и тычинки могут развиваться в разных цветках и даже на разных растениях (двудомные).
Искусственное опыление. В определённых случаях человек проводит искусственное опыление, то есть сам переносит пыльцу с тычинок на рыльце пестиков. Искусственное опыление осуществляют с разными целями: для выведения новых сортов, для повышения урожайности некоторых растений. В безветренную погоду человек опыляет ветроопыляемые культуры (кукуруза) , а в холодную или сырую погоду - насекомоопыляемые растения (подсолнечник) . Искусственно опыляют и ветро-, и насекомоопыляемые растения; и перекрестно-, и самоопыляемые.
Интерактивный урок-тренажёр. (Выполните все задания урока)
Загрузка...
