Impollinazione

Nelle piante da fiore, il polline deve andare da un fiore all'altro. Ci sono due modi principali in cui questo può avvenire: da cose non viventi come il vento o l'acqua, o da cose viventi come insetti o uccelli.

• Il mais e il vento

Il mais (chiamato mais in alcune parti del mondo) è impollinato dal vento. Le antere maschili lasciano andare il loro polline e questo soffia verso un vicino fiore femminile su un'altra pianta di mais. La maggior parte dei fiori sono o maschili o femminili su una pianta di mais (monoici), piuttosto che entrambi i sessi in un fiore (ermafroditi).

I fiori del mais si sono evoluti (cambiati nel tempo) per usare il vento per l'impollinazione. Non hanno bisogno di bei petali. Il polline è leggero in modo che possa soffiare in giro, e le estremità delle parti femminili (stigma) sono soffici per catturare tutti i minuscoli granelli di polline.

• Pomodori e api

Nelle piante di pomodoro, le api spostano il polline dalle parti maschili di un fiore (antere) alle parti femminili di un altro fiore (stigma). L'ape si muove tra i fiori mentre raccoglie il nettare che i fiori producono. Le api riportano il nettare e un po' di polline al loro alveare, e le piante di pomodoro si riproducono (fanno nuove piante di pomodoro).

Poiché i fiori di pomodoro si sono evoluti per attirare le api, hanno petali sparsi e sono bianchi agli occhi umani (le api, come la maggior parte degli insetti, possono vedere nella gamma ultravioletta così come la nostra gamma visiva di lunghezze d'onda). Il polline è spesso attaccato insieme in grumi chiamati pollini, che a loro volta si attaccano all'ape. Le api sono estremamente pelose e portano piccole cariche elettriche che attirano il polline sui loro corpi. Le api da miele hanno speciali cestini per il polline, di solito sulle loro zampe posteriori, e puliscono il polline dai loro corpi in queste tasche.

Gran parte del polline viene riportato al nido o all'alveare, dove viene usato come fonte di proteine, di cui le larve hanno più bisogno. Alcuni vengono sfregati sul fiore successivo, dove lo stigma femminile è appiccicoso. Un tubo di polline cresce verso il basso per permettere al gamete maschile di fecondare un uovo e fare un seme.

Il 90% delle piante da fiore sono impollinate dagli animali, e solo il 10% utilizza l'impollinazione abiotica (non vivente). Di queste impollinazioni abiotiche, il 98% è fatto dal vento e solo il 2% dall'acqua.

Ciò che accade dopo l'impollinazione è la fecondazione. Nelle piante si tratta di una doppia fecondazione in cui due spermatozoi fecondano le cellule dell'ovaio della pianta. Una di queste è una fecondazione normale, che produce l'embrione. L'altra è un tipo unico di fecondazione che produce l'endosperma del seme.

Il processo inizia quando un granello di polline si attacca allo stigma del pistillo (struttura riproduttiva femminile). Poi germina e cresce un lungo tubo di polline. Mentre questo tubo di polline sta crescendo, una cellula aploide viaggia lungo il tubo dietro il nucleo del tubo. Questa cellula si divide per mitosi in due cellule spermatiche aploidi.

Mentre il tubo di polline cresce, si fa strada dallo stigma, lungo lo stilo e nell'ovario. Qui il tubo pollinico raggiunge l'ovulo e rilascia il suo contenuto (che include le cellule spermatiche). Uno spermatozoo si fa strada per fecondare la cellula uovo, producendo uno zigote diploide (2n). Il secondo spermatozoo si fonde con due nuclei cellulari, producendo una cellula triploide (3n).

Mentre lo zigote si sviluppa in un embrione, la cellula triploide si sviluppa nell'endosperma, che serve come riserva di cibo dell'embrione. L'ovario ora si svilupperà in un frutto e l'ovulo si svilupperà in un seme.

Ci sono prove che alcune gimnosperme erano impollinate dagli insetti nel periodo Triassico, ma l'impollinazione da parte degli animali non è il metodo principale in questo gruppo. La maggior parte è impollinata dal vento. Alcune gimnosperme e i loro insetti impollinatori sono co-evoluti per l'impollinazione. Gli esempi più noti sono i membri dell'ordine Cycadales e le loro specie associate di coleotteri.

L'impollinazione animale veramente diffusa e specializzata è arrivata con le Angiosperme (piante da fiore). Diverse famiglie di piante da fiore di solito si specializzano in un particolare metodo di impollinazione. A volte alcuni generi passano da un metodo all'altro. ^p53

• Ranunculaceae: impollinato da insetti. Solo un genere è impollinato dal vento.
• Compositae (Asteraceae): questa, la famiglia più grande, è quasi interamente impollinata dagli insetti. Due gruppi di generi sono passati all'impollinazione eolica.
• Cyperaceae: quasi interamente impollinato dal vento. Un genere è impollinato dagli insetti.
• Moraceae: questa, la famiglia dei gelsi, è il miglior esempio di un diffuso passaggio dall'impollinazione eolica a quella degli insetti. Tutte le famiglie affini (Ulmaceae, Cannabaceae, Urticaceae) sono impollinate dal vento.
• Gramineae (Poaceae): le erbe hanno adattamenti estremi per l'impollinazione eolica. Solo due generi sono passati all'impollinazione degli insetti.

La sindrome da impollinazione è l'insieme dei tratti adattativi che aiutano i fiori a essere impollinati.

Impollinazione eolica

I fiori impollinati dal vento sono di solito piccoli e poco appariscenti (non vistosi). Non hanno un profumo né producono nettare. Le antere possono produrre un gran numero di grani di polline, mentre gli stami sono generalmente lunghi e sporgono dal fiore. I loro stigmi possono essere grandi e piumosi per catturare i grani di polline. Gli insetti possono visitarli per raccogliere il polline; ci sono alcuni esempi di fiori che sono impollinati sia dal vento che dagli insetti.

Impollinazione animale

Impollinazione del coleottero

I fiori impollinati dal coleottero sono di solito grandi, di colore verdastro o bianco sporco e molto profumati. I profumi possono essere speziati, fruttati o simili a materiale organico in decomposizione. La maggior parte dei fiori impollinati dai coleotteri sono appiattiti o a forma di piatto, con il polline facile da raggiungere. Possono avere trappole per trattenere il coleottero più a lungo. Le ovaie della pianta sono di solito ben protette dall'apparato boccale mordace dei coleotteri. I coleotteri sono importanti impollinatori in alcune parti del mondo, come le zone aride dell'Africa meridionale e della California meridionale, e le praterie montane di KwaZulu-Natal in Sudafrica.

Impollinazione della mosca

Alcune mosche si nutrono di nettare e polline da adulti (in particolare le mosche api e i sirfidi). I fiori che visitano hanno spesso un forte profumo e tendono ad essere viola, viola, blu e bianchi.

D'altra parte, i moscerini della frutta maschi sono attratti da alcune orchidee selvatiche che non producono nettare. Invece, producono un precursore del feromone sessuale della mosca. Le mosche che normalmente visitano animali morti o sterco sono attratte dai fiori che imitano questi oggetti puzzolenti. Non ricevono alcuna ricompensa e se ne andrebbero rapidamente, ma la pianta può avere delle trappole per rallentarle. Queste piante hanno un odore forte e sgradevole e sono di colore marrone o arancione.

Il loro numero e la presenza di alcune mosche durante tutto l'anno le rendono importanti impollinatori per molte piante. Le mosche tendono ad essere importanti impollinatori nelle alte quote e nelle alte latitudini dove sono numerose, e altri gruppi di insetti possono mancare.

Impollinazione delle api

I fiori impollinati dalle api tendono ad essere gialli o blu, spesso con guide di nettare ultraviolette e profumo. Il nettare e/o il polline sono offerti come ricompensa in quantità variabili. Lo zucchero nel nettare tende ad essere principalmente saccarosio. Ci sono diversi tipi di api che differiscono per dimensioni, lunghezza della lingua e comportamento (alcune solitarie, altre coloniali). Alcune piante possono essere impollinate solo dalle api perché le loro antere rilasciano il polline internamente, e questo deve essere scosso dal ronzio ("sonicazione"). I bombi sono gli unici animali che fanno questo.

L'impollinazione delle api da alveari mobili è di grande valore economico per i frutteti come il melo o il mandorlo.

Impollinazione delle vespe

Le vespe sono anche responsabili dell'impollinazione di diverse specie di piante, essendo importanti vettori di polline e, in alcuni casi, anche impollinatori più efficienti delle api.

Impollinazione dei lepidotteri

I fiori impollinati dalle farfalle tendono ad essere grandi e vistosi, di colore rosa o lavanda, spesso hanno una zona di atterraggio e sono solitamente profumati. Poiché le farfalle non digeriscono il polline (con un'eccezione), viene offerto più nettare che polline. I fiori hanno guide nettarifere semplici con i nettari solitamente nascosti in tubi stretti o speroni, raggiunti dalla lunga lingua delle farfalle.

Tra i più importanti impollinatori di falene ci sono le falene falco (Sphingidae). Il loro comportamento è simile a quello dei colibrì: si librano davanti ai fiori con rapidi battiti d'ala. La maggior parte è notturna o crepuscolare. Quindi i fiori impollinati dalle falene tendono ad essere bianchi, ad apertura notturna, grandi e vistosi con corolle tubolari e un forte e dolce profumo prodotto di sera, di notte o al mattino presto. Viene prodotto molto nettare per alimentare gli alti tassi metabolici necessari per alimentare il loro volo.

Altre falene volano lentamente e si stabiliscono sul fiore. Non hanno bisogno di tanto nettare quanto le falene che volano veloci, e i fiori tendono ad essere piccoli (anche se possono essere aggregati in teste).

Impollinazione degli uccelli

I colibrì sono gli uccelli che si nutrono di nettare più familiari per i nordamericani, ci sono specie analoghe in altre parti del mondo. I fiori attraenti per i colibrì, che si librano davanti al fiore, tendono ad essere grandi tubi rossi o arancioni con molto nettare diluito prodotto durante il giorno. Poiché gli uccelli non hanno una forte risposta al profumo, tendono ad essere inodori. Gli uccelli che si appollaiano hanno bisogno di una piattaforma di atterraggio sostanziale, quindi gli uccelli solari, i gruccioni e simili sono meno associati ai fiori tubolari.

Impollinazione dei pipistrelli

I fiori impollinati dai pipistrelli tendono ad essere grandi e vistosi, bianchi o di colore chiaro, si aprono di notte e hanno un forte odore. Sono spesso grandi e a forma di campana. I pipistrelli bevono il nettare e queste piante tipicamente offrono il nettare per lunghi periodi. La vista, l'olfatto e l'eco-localizzazione sono usati per trovare inizialmente i fiori, e un'eccellente memoria spaziale è usata per visitarli ripetutamente. Infatti, i pipistrelli possono identificare i fiori che producono nettare usando l'ecolocalizzazione. Le piante impollinate dai pipistrelli hanno un polline più grande dei loro parenti.

Guide al miele

Le guide del miele, guide del nettare o guide floreali sono marcature sui fiori che dicono agli insetti dove andare per il nettare (molti insetti possono vedere nella gamma ultravioletta). La maggior parte di queste guide sono invisibili agli esseri umani a meno che non siano viste alla luce ultravioletta. Il beneficio per la pianta è che le guide aumentano l'offerta di impollinatori a un costo relativamente basso.

Una piena comprensione dell'impollinazione è abbastanza recente.

Nel 1672 Nehemiah Grew ebbe l'idea che il polline fosse il mezzo di fecondazione nelle piante superiori. Usando un microscopio, fu il primo a descrivere il polline in dettaglio. Questo portò alla scoperta che tutti i grani di polline di una specie erano uguali. Lo studio dei grani di polline è chiamato palinologia. È molto usato in micropaleontologia. Il sesso nelle piante fu scoperto nel 1694, quando Rudolf Camerarius mise la sua scoperta in una lettera.

Nel 1793 Christian Sprengel (1750-1816) pubblicò un'opera sull'impollinazione dei fiori da parte degli insetti che ne esponeva tutti i punti principali. Sfortunatamente, "il suo lavoro era così lontano dal pensiero e dagli interessi standard del periodo che fu quasi completamente ignorato".

Due linee di lavoro hanno risolto i problemi principali. Una era fatta dagli studi su come le cellule del polline lavoravano per fecondare l'ovulo, e l'altra era quella di riconoscere la coevoluzione degli impollinatori animali e delle piante da fiore. Entrambe queste linee di lavoro divennero essenzialmente "moderne" a metà del XIX secolo.