Rozmnožovanie výtrusných rastlín: Cesta evolúcie od vody k súši

Rozmnožovanie je základný prejav života, ktorý zabezpečuje zachovanie druhu a prenos dedičných vlastností z rodičov na potomkov. U rastlín poznáme dva základné spôsoby rozmnožovania: nepohlavné (vegetatívne) a pohlavné (generatívne). Každý z nich má svoje špecifické mechanizmy a evolučný význam. Z fyziologického hľadiska rozdeľujeme spôsoby rozmnožovania rastlín do dvoch skupín: nepohlavné rozmnožovanie a pohlavné rozmnožovanie. Výtrusné rastliny (Sporophyta) predstavujú dôležitý evolučný medzistupeň vo vývoji rastlinnej ríše. Vznikli asi pred 420-425 miliónmi rokov v silúre zo zelených rias a najväčší rozkvet zažili v období karbónu. Dnes tvoria už len asi 5 % recentných (súčasných) druhov rastlín.

Nepohlavné (vegetatívne) rozmnožovanie

Nepohlavné (vegetatívne) rozmnožovanie vyžaduje len jeden materský organizmus. Bunkové delenia prebiehajú výlučne mitózou, vďaka čomu vznikajú geneticky identické klony. Je to energeticky výhodná stratégia na rýchlu kolonizáciu stabilného prostredia bez závislosti od opeľovačov. Nepohlavné rozmnožovanie je proces, pri ktorom nový jedinec vzniká z vegetatívnej časti materského organizmu. Výsledkom sú geneticky identické klony, ktoré majú rovnakú genetickú výbavu ako rodičovská rastlina. Tento spôsob je výhodný pre rýchle šírenie v priaznivých podmienkach.

Spôsoby nepohlavného rozmnožovania

Jednoduchšie organizmy využívajú na množenie základné fyziologické formy:

• Bunkové delenie: Typické pre sinice a jednobunkové riasy.
• Fragmentácia stielky: Rozpad stielky na životaschopné časti. Využívajú ju napríklad mnohobunkové sladkovodné spájavky, ktorých vlákno po roztrhnutí jednoducho dorastie na novú riasu.
• Výtrusy: Jednobunkové útvary na šírenie, u nižších húb a organizmov tvorené aj mitoticky. Nový jedinec môže vznikať zo spóry (výtrusu), ktorá sa tvorí v sporangiofóroch (výtrusniciach), čo je typické pre výtrusné rastliny (machorasty, prasličky, plavúne, paprade). Výtrusy sú nepohlavné rozmnožovacie častice, ktoré sú výsledkom redukčného delenia.

Zložitejšiu stratégiu na nepohlavné šírenie majú niektoré machorasty. Vyššie rastliny si na vegetatívne rozmnožovanie vyvinuli špecializované orgány vzniknuté premenou stonky, koreňa či listov:

• Rozmnožovacia cibuľka: Pozostáva z podcibulia a zdužnatých zásobných listov. Tento typ množenia je charakteristický pre čeľaď ľaliovité (napríklad obľúbený tulipán alebo cesnak, ktorý vytvára zložené dcérske cibuľky) a skorú jarnú čeľaď amarylkovité (snežienka, narcis).
• Podzemok (rizóm): Je vodorovne rastúca podzemná stonka. Z jej uzlov rastú korene a púčiky formujúce nové rastliny. Je to bežný jav predovšetkým u papradí, z kvitnúcich rastlín ho využíva napríklad liečivý kostihoj alebo mimoriadne odolný burinný pýr.
• Podzemková hľuza: Je zhrubnutý zásobný podzemok stonkového pôvodu. Najlepším príkladom je zemiak, ktorého známe „očká“ sú v skutočnosti pazušné púčiky novej rastliny.
• Stonková hľuza: Je nadzemná alebo podzemná metamorfóza plniaca zásobnú aj reprodukčnú funkciu. Typickým zástupcom s nadzemnou hľuzou je kaleráb. Veľmi podobný mechanizmus, avšak vo forme koreňovej hľuzy, si vytvorila reďkovka.
• Poplaz (stolón): Ide o horizontálnu plazivú stonku, ktorá rastie po povrchu a zakoreňuje priamo vo svojich uzloch. Tento efektívny mechanizmus plošného šírenia má jahoda.
• Listy: Na nepohlavné rozmnožovanie môžu slúžiť priamo aj listy.

Nepohlavné rozmnožovanie je kľúčové pre druhy s poruchami meiózy, napríklad pri zmnožení chromozómových sád (polyploidia).

Pohlavné rozmnožovanie a rodozmena

Pohlavné rozmnožovanie spája genetický materiál dvoch jedincov, čím zabezpečuje nevyhnutnú genetickú variabilitu. Nová rastlina vzniká zo zygoty, produkovanej splynutím dvoch haploidných gamét. Pri pohlavnom rozmnožovaní väčšinou vzniká organizmus s novou, unikátnou genetickou výbavou, ktorá nikdy nie je úplne totožná s genetickou výbavou rodičov. Gaméty zvyčajne nesú polovičnú (haploidnú) sadu chromozómov. Splynutím dvoch gamét vzniká opäť úplný (diploidný) chromozómový súbor. Keďže pri bežnom delení buniek je väčšinou genetická výbava materských a dcérskych buniek rovnaká, pohlavné bunky vznikajú iným spôsobom ako telové (somatické) bunky, a to redukčným delením - meiózou.

Rodozmena (Metagenéza)

Rodozmena (metagenéza) predstavuje životný cyklus charakterizovaný striedaním dvoch geneticky odlišných generácií: gametofytu (pohlavná generácia) a sporofytu (nepohlavná generácia). Fúziou haploidných gamét vzniká diploidná zygota, čím sa cyklus neustále opakuje a generácie sa striedajú.

• Gametofyt (pohlavná generácia): Tvoria ho bunky s jedným súborom chromozómov (haploidný počet, n). Vzniká mitotickým delením zo spóry. Neskôr vytvára pohlavné orgány (gametangiá), ktoré mitózou produkujú pohlavné bunky (gaméty): plemenníčky (anterídiá) tvoria samčie gaméty (často bičíkaté spermatozoidy vyžadujúce vodu) a zárodočníky (archegóniá) tvoria samičiu bunku (oosféra).
• Sporofyt (nepohlavná generácia): Disponuje homologickými chromozómami (diploidný počet, 2n). Vzniká mitotickým delením zygoty. Rastliny s výtrusnicami predstavovali nepohlavnú generáciu sporofyt. Vo vnútri výtrusnice prebieha meiózou vznik haploidných výtrusov. Z výtrusov vyrástli nové rastliny, ktoré mali fertilné telómy zakončené samčími (plemenníčky) a samičími (zárodočníky) pohlavnými orgánmi. Tieto rastliny tvoria pohlavnú generáciu gametofyt. Rodozmena je rovnakovýtrusová a rôznotvará (heteromorfná).

Prechod rastlín na súš znamenal evolučný tlak na ochranu citlivých fáz. Vývoj smeroval k posilneniu diploidného sporofytu a redukcii haploidného gametofytu. Prvé suchozemské rastliny, ako ryniorasty, mali ešte primitívnejšiu rovnakotvarú rodozmenu. Najväčšou slabinou všetkých výtrusných rastlín je nevyhnutná závislosť od vody pri rozmnožovaní. Samčie spermatozoidy sú vybavené bičíkmi a k samičej vajcovej bunke (oosfére) musia fyzicky doplávať (stačí im aj kvapka rosy).

Rodozmena u rôznych skupín výtrusných rastlín

Machorasty (Bryophyta)

Machorasty sú výraznou evolučnou výnimkou. Dominuje u nich haploidný gametofyt (zelený mach). Sporofyt (stopka s výtrusnicou) je fyziologicky úplne závislý od gametofytu. Ako u jediných suchozemských rastlín tu dominuje zelený haploidný gametofyt, pričom sporofyt (stopka s výtrusnicou) je od neho fyziologicky úplne závislý. Z jednobunkového haploidného výtrusu vyklíči vo vhodnom prostredí zelený prvoklík (n). Na ňom sa vyvinú z púčikov zelené rastlinky machov, ktoré sú jednodomé alebo dvojdomé. Jednodomé majú oba typy pohlavných orgánov na jednej rastlinke. Dvojdomé majú na samčích rastlinkách machu samčie pohlavné orgány a na samičích rastlinkách samičie pohlavné orgány. V plemenníčkoch sa tvoria samčie pohlavné bunky (spermatozoidy). V zárodočníkoch je nepohyblivá samičia pohlavná bunka (vajcová bunka - oosféra). Oplodnenie sa uskutoční vo vodnom prostredí (stačí aj rosa), kde sa spermatozoidy pohybujú k zárodočníkom. Splynutím buniek vzniká zygóta (2n), z ktorej sa vyvinie diploidná valcovitá stopka s výtrusnicou. Vo vnútri výtrusnice prebieha meiózou vznik haploidných výtrusov. Rašelinník - rastliny na báze odumierajú, na vrchole stále dorastajú.

Cievnaté výtrusné rastliny (Plavúne, Prasličky, Paprade)

U cievnatých výtrusných rastlín už naopak jasne dominuje mohutný diploidný sporofyt (to, čo v prírode bežne vidíme ako rastlinu). Ich drobný gametofyt (prvorast) je silne zredukovaný, no na rozdiel od semenných rastlín stále žije samostatným a nezávislým životom vo vonkajšom prostredí. V porovnaní s machorastami je sporofyt oveľa dokonalejší a prispôsobený životu i rozmnožovaniu v suchozemskom prostredí. Vo vhodných podmienkach výtrus vyklíči v tenké zelené vlákno, ktoré sa neskôr rozšíri do plochy. Vznikne srdcovitý prvorast s množstvom príchytných vláken. Medzi nimi sú plemenníčky a zárodočníky. Prvorast je drobný asi 0,5 cm. K oplodneniu je potrebná aspoň kvapka vody, aby sa spermatozoidy mohli presunúť k zárodočníkom s vajcovou bunkou. Gametofyt predstavuje len drobný PRVORAST (n) nesúci plemenníčky al. V prvohorách mali stromovitý vzrast (20 - 30 m, hrúbka do 1m). Z podzemku vyrastá stonka - dutá, článkovaná, praslenovito rozkonárená, na povrchu rýhovaná. Výtrusy sú guľovité, zelené, so 4 stužkovitými na konci rozšírenými rozhadzovačmi = haptery.

Prasličky (Equisetophyta)

Z podzemku, ktorý prezimoval, vyrastá na jar nezelená 20 cm hnedá byľ, ktorá nie je schopná fotosyntézy. Je vyživovaná z podzemku a zakončená klasom výtrusných listov. Má reprodukčnú funkciu, preto sa označuje ako jarná byľ (plodná byľ) alebo fertilná byľ. Po prasknutí výtrusníc sa uvoľnia výtrusy a vietor ich vo veľkých skupinách rozširuje od materskej rastliny. Po uvoľnení výtrusov jarná byľ hynie a z toho istého podzemku vyrastá zelená letná byľ alebo sterilná byľ. Veľmi bežným druhom je praslička roľná (Equisetum arvense). Vyznačuje sa tvorbou dvoch odlišných bylí. Na jar vyrastá nerozkonárená ružovkastá plodná byľ zakončená výtrusným klasom, ktorá po uvoľnení spór odumrie. V lesoch a vlhkých krovinách sa vyskytuje praslička lesná (Equisetum sylvaticum). Najskôr tvorí bledú plodnú byľ, ktorá ale neodumrie, ale neskôr zozelenie a bohato sa oblúkovito rozkonári.

Paprade (Polypodiophyta)

Sladičorasty, známe zväčša ako paprade, predstavujú najúspešnejšiu a najpočetnejšiu recentnú skupinu výtrusných rastlín. Vyznačujú sa zväčša skrátenou nečlánkovanou stonkou a ako prvé si vytvorili veľké, bohato rozvetvené listy - megafyly. Pre mladé vyvíjajúce sa listy je typická circinátna vernácia - sú špirálovite zvinuté do tvaru slimáka a postupne sa rozbaľujú. Zelené listy plnia asimilačnú funkciu a zároveň nesú výtrusnice (trofosporofyly). Výtrusnice sa zoskupujú do kôpok zvaných sórusy, zvyčajne umiestnených na spodnej strane listu. Jedným z najhojnejších lesných zástupcov je papraď samčia (Dryopteris filix-mas). Z mohutného podzemku vyrastajú až 150 cm dlhé, tmavozelené a perovito zložené listy. Zjavom veľmi podobná je papradka samičia (Athyrium filix-femina), ktorá má však listy dvakrát až trikrát jemnejšie perovito zložené. Najmohutnejšou papraďou rastúcou na Slovensku je papradie orličie (Pteridium aquilinum), dorastajúce do výšky 2 až 3 metrov. Tvorí veľké trojuholníkové listy z obrovského, až 15-metrového podzemku. Na tienistých skalách v lesoch často narazíme na rod sladič obyčajný (Polypodium vulgare). Typickou drobnou suchomilnou bylinou rastúcou v štrbinách vápencových skál a priamo na starých múroch je slezinník rutovitý (Asplenium ruta-muraria). Vzácnym a chráneným tieňomilným druhom listnatých lesov je jazyk jelení (Phyllitis scolopendrium, syn. Asplenium scolopendrium). K mimoriadne dekoratívnym a často pestovaným druhom patrí perovník pštrosí (Matteuccia struthiopteris). Výnimočnou ekologickou skupinou sú rôznovýtrusné vodné paprade. Známym zástupcom je rod marsilea (Marsilea), ktorej asimilačné listy nápadne pripomínajú štvorlístok ďateliny a vznášajú sa na hladine vody. Slezinník červený (Asplenium trichomanes L.) je trváca, asi 20 cm vysoká papraď. Podzemok má pokrytý tmavohnedými kopijovitými plevinami. Početné listy utvárajú dosť hustý trs. Majú kratšiu stopku ako čepeľ. Podobne ako kostrnka sú lesklé, červenohnedé alebo čiernohnedé. Len horný koniec kostrnky zostáva aj na dospelom liste zelený. Čepeľ je jednoducho perovito zložená, čiarkovito podlhovastá, zložená z nesúmerných, vajcovitých alebo až okrúhlastých, na okraji vrúbkovaných alebo perovite zárezových lístkov. V dolnej časti čepele bývajú lístky stopkaté, väčšie a redšie, smerom k vrcholu hustnú a zmenšujú sa. Na rube sú obyčajne roztratené krátke chlpy a podlhovasté kôpky výtrusníc, ktoré na starších lístkoch pokrývajú celý rub. Ich trváce zásterky sú celistvookrajové alebo vrúbkované. Rozmnožuje sa výtrusmi. Je charakteristickým druhom spoločenstiev skalných štrbín. Nachádzame ho aj v lesoch, na zatienených machom porastených skalách a v oblastiach kosodreviny.

Tabuľka: Prehľad rodozmeny u rôznych skupín rastlín

tags: #vytrusne #rastliny #rozmnozovanie

Populárne príspevky:

• liečivé účinky nechtíka lekárskeho
• Sprievodca pestovaním chilli
• ako vyjadriť city kvetmi
• Využitie a pestovanie nechtíka
• Inšpirácia pre modro-ružovo-bielu svadobnú kyticu