Особая форма пыльцы защищает ее от высыхания

Строением пыльцы восхищался даже Чарльз Дарвин. В своей работе «Действие перекрестного опыления и самоопыления» великий ученый писал: «…вряд ли существует в природе что-либо более удивительное, чем чувствительность половых элементов растений к внешним влияниям и утонченность их взаимного сродства». Действительно, любые небольшие изменения внешних условий или даже опыление собственной пыльцой могут привести к полной стерильности растения. Что говорит о том, что система работает очень точно.

Удивительную способность пыльцы адаптироваться к недостатку влаги изучали ученые из Гарвардского университета (США), Рокфеллерского университета (США), Технологического института Джорджии (США) и Университета Сантьяго (Чили). Руководитель исследований Елени Катифори (Eleni Katifori) вместе с коллегами пришла к выводу, что благодаря сложной структуре поверхности -- наличию специальных «устьиц» пыльца способна менять свою форму, создавая самые причудливые очертания. С помощью такой деформации, когда внешняя оболочка сворачивается и словно попадает под внутреннюю, пыльцевое зерно теряет объем. И тем самым экономится ценная влага.

Как спасти мужские половые клетки

Пыльца путешествует на большие расстояния. Часто, чтобы сохранить жизнеспособность самого ценного, что находится у нее внутри – мужских половых клеток, требуется поддерживать внутри зерна определенный уровень влажности и всеми силами стараться предотвратить высыхание. Такого эффекта, говорят ученые, можно достичь, сократив объем самого пыльцевого зерна. Правда, сделать это нужно очень аккуратно, чтобы не повредились «внутренности». «Ни в коем случае не должно произойти слипание», -- говорит доктор Катифори.

Пыльца под микроскопом

Вообще-то, о способности пыльцы меняться в размерах (увеличиваться или уменьшаться в зависимости от условий увлажнения) ученые догадывались уже давно. Процессу дали даже специальный термин – хармомегатия. Но как происходит сжатие поверхности, ученые понять не могли. Чтобы выяснить детали процесса, доктор Катифори рассмотрела образцы пыльцы лилии длинноцветковой (Lilium longiflorum) и молочая Миля (Euphorbia milii) под электронным микроскопом, а затем вместе с коллегами построила ряд математических моделей, чтобы понять, как происходит деформация.

Зачем пыльце отверстия

«Оболочка пыльцы состоит из двух слоев. Внешний называется эксина. В его состав входит спорополенин – жесткий, химически устойчивый и водонепроницаемый биоматериал. А внутренний слой, расположенный под ним, интина, состоит из целлюлозы, которая воду хорошо пропускает. В интине находится множество отверстий разной формы, эдаких устьиц», -- рассказывает доктор Катифори. По словам ученых, через эти отверстия происходит «связь» пыльцы с окружающей средой – обмен кислородом, углекислым газом и влагой. Через отверстия прорастают пыльцевые трубки – уже после того как пыльца окажется в рыльце пестика. По этим трубкам мужские половые клетки устремляются навстречу яйцеклеткам. «Отверстия или устьица имеют самую разнообразную форму и расположены на поверхности пыльцевого зерна на первый взгляд беспорядочно. Наши исследования показали, что именно они играют основную роль во время сжатия поверхности при недостатке влаги», -- пишут авторы исследования.

Умная поверхность

По словам Катифори, при малейших изменениях влажности устьица в пыльцевых зернах начинают вытягиваться и практически закрываются, что способствует сохранению влаги внутри. После чего эксина начинает сворачиваться, загибаться, попадая под внутренний слой. В результате поверхность становится неровной, она деформируется. Так формируются пыльцевые зерна самой разнообразной и причудливой формы. «Главное, такой способ «сворачивания» поверхности позволяет легко вернуться в первоначальное «развернутое» состояние. Это происходит, когда пыльца оказывается в рыльце пестика», -- говорят ученые.

Более подробно о том, как пыльцевые зерна регулируют свои размеры, можно прочитать в последнем номере журнала PNAS.