Отдел цветковых растений (покрытосеменных, Magnoliophyta, или Angiospermae) возник ещё в начале мелового периода, около 130 миллионов лет назад, и его разделение на все современные классы, судя по результатам последних исследований, произошло очень быстро. По-видимому, к этому моменту существовали уже все основные отряды насекомых, которые, в принципе, могли заниматься перекрестным опылением.
покрытосеменные (Magnoliophyta, или Angiospermae) - отдел высших растений, имеющих цветок. Насчитывает свыше 400 семейств, более 12 000 родов и, вероятно, не менее 235 тысяч видов. По числу видов цветковые растения значительно превосходят все остальные
группы высших растений, вместе взятые.
Семязачатки (семяпочки) цветковых растений заключены (в отличие от семязачатков голосеменных) в более или менее замкнутую полость завязи, образованной одним или несколькими сросшимися плодолистиками. Характернейшая особенность цветковых растений и главное отличие цветка от стробилов голосеменных - наличие рыльца (которое у примитивных форм тянется вдоль шва плодолистика).
Одна из отличительных особенностей цветковых растений - двойное оплодотворение, резко отличающее их от всех остальных групп растительного мира. Оно заключается в том, что один из двух спермиев сливается с яйцеклеткой (собственно оплодотворение, или сингамия), а другой - с 2 полярными ядрами (тригамия). В результате сингамии образуется зигота, а в результате тригамии - первичное ядро эндосперма (с характерным для него тройным набором хромосом), который служит для питания развивающегося зародыша. Тройное слияние, вероятно, возникло в результате крайнего упрощения
женского гаметофита, обычно почти полностью лишённого запаса питательных веществ, и представляет собой эффективное приспособление для быстрой их компенсации.
Семена цветковых растений заключены в плод (отсюда их второе название – покрытосеменные). У относительно более примитивных, например у магнолии, пиона или лилии, плоды раскрывающиеся и поэтому органом расселения является семя, у более специализированных цветковых растений, например у сложноцветных или злаков, плоды нераскрывающиеся и органом расселения служит плод.
В отличие от всех остальных высших растений, цветковые растения имеют ситовидные элементы флоэмы, снабженные клетками-спутницами. Наконец, для большинства цветковых растений характерно наличие сосудов, которые отсутствуют только у некоторых примитивных групп. По уровню своего эволюционного развития цветковые растения занимают такое же место в растительном мире, какое занимают млекопитающие в мире животных.
Учёным из университетов Флориды и Индианы удалось выяснить, что союзу цветков и насекомых не менее 96 миллионов лет. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences. Более того, как выяснили эксперты, к этому моменту на перекрестное биотическое опыление с использованием насекомых в качестве посредников перешло уже преобладающее число покрытосеменных растений.
Для получения таких результатов экспертам пришлось проанализировать древнюю пыльцу, которая являлась полноценными половыми клетками растений около 96 миллионов лет назад.
Первым этапом исследования, проведенного американскими палеоботаниками во главе с Шушэн Ху из Северо-Западного отделения Университета Индианы, оказался корректный анализ девяти образцов окаменелой пыльцы, обнаруженных на трех палеонтологических раскопах формации Дакота на территории американского штата Миннесота. Все они относятся к нижней границе верхнего мелового периода, их возраст — чуть менее 100 миллионов лет.
цветень — скопление пыльцевых зёрен семенных растений. Пыльца богата питательными веществами (сахара, жиры, минеральные соли, белки), которые расходуются при прорастании пыльцевых зёрен; содержит ферменты, каротиноиды, витамины и другие биологически активные вещества, играющие важную роль в оплодотворении. Пыльцу используют пчёлы для приготовления перги. Жизнеспособность пыльцы разных видов растений различна: у лилии, например, пыльца сохраняет оплодотворяющую способность в течение 60-65 суток, у кукурузы - до 2 суток.
Кроме того, исследователи использовали данные о структурных изменениях, произошедших в отделе покрытосеменных, в частности, их интересовала информация о ранних прототипах тычинки и пыльника, органах растений, которые участвуют в выталкивании пыльцы из пыльника и таким образом делают пыльцу доступной насекомым. Учёные параллельно проводили статистический анализ методов опыления, которые существовали среди живущих до сих пор растений и их предков.
В результате американским палеоботаникам впервые удалось описать биологическую структуру пыльцы, относящейся к меловому периоду, а параллельно узнать много нового о тех насекомых-опылителях, которые участвовали в размножении растений и эволюционировали вместе с другими организмами экосистемы — в частности, с отделом цветковых.
«Наше исследование древней пыльцы указывает на участие насекомых в опылении, при этом энтомофилия (опыление насекомыми) оказывается наиболее результативным и эффективным типом размножения как для современных, так и для древних растений», — заметил профессор палеоботаники Дэвид Дилчер из Музея естественной истории во Флориде.
Самым главным итогом исследования стало признание того факта, что растения уже использовали энтомофилическое опыление к началу позднего мела, а значит насекомые, принимавшие участие в этом этапе размножения цветковых, уже обладали набором приспособлений, обеспечивающих перенос пыльцы с одного цветка на другой.
По словам Дилчера, результаты анализа окаменевших образцов пыльцы подтверждают широко известную среди учёных теорию о распространении древних цветковых растений.
Согласно этой гипотезе, именно насекомые, которые обладали способностью доставлять пыльцевые зёрна от тычинки к рыльцу пестика, повлияли на адаптацию покрытосеменных. Участие насекомых в процессе размножения оказалось особенно важным тогда, когда цветковые уже составили весьма разнообразный и многочисленный отдел высших растений, представители которого занимали все новые и новые экологические ниши.
Сегодня покрытосеменные растения, использующие подобное опыление, образуют, в среднем, от 5 до 100 пыльцевых телец, состоящих, в свою очередь, из пыльцевых клеток. Тельца соединены между собой в одну массу, поллинарий, при распространении которой растения более не надеются на помощь ветра или воды, которые участвуют в опылении трав, хвойных и лиственных деревьев, а также водных растений.
перенос пыльцы с пыльников на рыльце пестика у покрытосеменных или на семяпочку у голосеменных растений.
После опыления из пылинок развиваются пыльцевые трубки, доставляющие мужские половые клетки – спермии – к яйцеклетке, находящейся в семяпочке, где происходит оплодотворение и развитие зародыша. У покрытосеменных существует 2 способа опыления – перекрёстное и самоопыление. При перекрёстном опылении пыльца с одного цветка переносится на рыльце пестика другого, находящегося на той же особи (гейтоногамия) или на другой (ксеногамия). При самоопылении (автогамия) пыльца с тычинок переносится на рыльце пестика того же цветка.
В результате перекрёстного опыления в случае, если пыльца попадает с цветка другого растения, зародыш обладает признаками обоих родителей. При самоопылении обогащения наследственности у дочернего организма, как правило, не происходит, поэтому перекрёстное опыление имеет преимущество перед самоопылением. Однако многим видам растений свойственно только самоопыление. Цветки у них всегда обоеполые, пыльники созревают одновременно с пестиками, и пыльца из них легко попадает на рыльце.
В процессе эволюции у растений появились многие особенности, связанные с опылением. Это, например, раздельнополость цветков и особенно растений (двудомность). В обоеполых цветках часто пыльники и пестики созревают неодновременно (дихогамия); при этом чаще пыльники созревают раньше пестиков (протандрия), реже раньше созревают пестики (протогиния). У некоторых растений в разных цветках длина тычинок и пестиков различна (гетеростилия). У многих перекрёстноопыляемых растений пыльца плохо прорастает или не прорастает совсем на рыльце своего пестика, что исключает самоопыление. Перекрёстное опыление осуществляется с помощью животных (зоофилия),
ветра (анемофилия) и воды (гидрофилия).
Наибольшее число видов цветковых растений опыляется животными, преимущественно насекомыми (энтомофилия), меньше – птицами (орнитофилия), ещё меньше – млекопитающими (рукокрылыми, грызунами и другие). Животные посещают цветки ради нектара или пыльцы. Пыльца зоофильных растений обычно крупная с неровной и часто липкой поверхностью, что помогает ей удерживаться на теле животного. Строение их цветков обычно таково, что посещающее их животное прикасается к пыльникам и рыльцу.
Цветки этих растений, как правило, имеют яркую окраску и более или менее сильный запах, помогающий животному найти цветок.
Особые приспособления к извлечению нектара и (или) пыльцы из цветков выработались и у животных-опылителей. Некоторые растения опыляются только строго определёнными насекомыми, цикл развития которых тесно связан с ритмом развития этих растений; так, опыление инжира осуществляют только осы бластофаги, а опыление юкки – моль пронуба.
Ветром опыляются в основном растения открытых пространств и многие деревья. У анемофилов, как правило, многоцветковые легко раскачиваемые ветром соцветия, длинные, с подвижными пыльниками тычинки, сильно разветвленные рыльца, с большой воспринимающей поверхностью, огромное количество мелкой сухой пыльцы, переносимой ветром на большие расстояния, околоцветник развит слабо или вовсе отсутствует. Цветут они либо до распускания листьев, либо их соцветия поднимаются над листьями (злаки, осоки).
Гидрофильных растений немного. Пыльники у них раскрываются под водой, и пыльца, попадая в воду, переносится ею на рыльце пестика; у многих из них (например, у взморника) пыльца нитевидная, или пылинки прорастают при вскрытии пыльника, и пыльцевые трубки помогают им зацепиться за рыльце. Некоторые растения способны опыляться разными способами; так, подорожники ланцетный и средний могут опыляться и насекомыми, и ветром. У многих перекрёстноопыляемых растений в конце цветения
происходит самоопыление в том случае, если перекрёстное опыление ранее не произошло.
В то же время, как заметил независимый эксперт Конрад Лабандейра, палеобиолог из Смитсоновского института, изучающий типы взаимодействий растений и насекомых, то, что учёным удалось показать наличие энтомофилического опыления у ранних покрытосеменных, добавляет много неясностей к вопросу о существовании нескольких типов опыления у растений, живших в середине мелового периода.
«Эти данные сопоставимы с результатами других параллельных исследований, в ходе которых изучалась структура цветков и строение ротового аппарата насекомых. Полученная информация позволяет предположить, что перед сеноманским веком мелового периода (начавшимся 97,5–95 миллионов лет назад и продолжавшимся приблизительно 6,5 миллионов лет) использовались несколько сосуществовавших типов опыления», — добавил Лабандейра.
