Man könnte meinen, Blumen hätten bei ihrer Paarung keine große Wahl, da sie fest mit dem Boden verwurzelt sind und sich nicht bewegen können.
Aber als Wissenschaftler aus Nagoya, Japan gebrauchte leistungsstarke Mikroskope Als sie den Befruchtungsprozess untersuchten, stellten sie überrascht fest, dass der weibliche Teil einer Blütenpflanze (die Samenanlagen) Spermien vom Pollen abstoßen und zu nahegelegenen, unbefruchteten Samenanlagen derselben Pflanze leiten konnte.
Zunächst ist es jedoch wichtig zu verstehen, wie die Fortpflanzung bei Blütenpflanzen funktioniert. Genau wie Tiere betreiben Blütenpflanzen sexuelle Fortpflanzung, bei der männliche und weibliche Teile zusammenkommen und neues Leben erschaffen.
Bei Blütenpflanzen und Tieren sind diese Fortpflanzungszellen, auch bekannt als Gametenenthalten die Hälfte der Chromosomenzahl normaler erwachsener Zellen. Die Fusion der Gameten stellt die normale Chromosomenzahl wieder her und ermöglicht die Entwicklung eines Embryos, der sich schließlich zu einem erwachsenen Lebewesen entwickeln kann, wie die Pflanzen und Menschen, die Sie um sich herum sehen.
Die meisten Organismen produzieren weitaus mehr Spermien als Eizellen. Bei der Fortpflanzung von Säugetieren sind die Spermien sehr mobil und viele erreichen die Eizelle ungefähr zur gleichen Zeit. Eine Mehrfachbefruchtung kommt jedoch selten vor. Dies würde zu unnötigen Chromosomen führen. das Genom des Embryos aus dem Gleichgewicht bringen und wahrscheinlich zu Entwicklungsstörungen bis hin zum Tod führen.
Blütenpflanzen stehen vor ähnlichen Herausforderungen bei der Zuordnung eines Spermiums zu einer Eizelle, aber sie handhaben dies ganz anders als Säugetiere wie wir. Sogar die Produktion von Eizellen und Spermien ist bei Pflanzen komplexer.
Pollen, der die männlichen Gameten trägt, wird in spezialisierten Organen produziert genannt Staubbeutel. Dies sind die ovalen Teile, die die Spitze des Staubblattes bilden. Wenn die Staubbeutel aufplatzen, was mit der Blütenentwicklung synchronisiert werden muss, werden reife Pollenkörner freigelegt. Diese Pollenkörner werden auf die weiblichen Teile der Blüte übertragen, oft mit Hilfe von Wind, Insekten, Vögeln oder anderen Bestäubern. Zahlreiche biologische Torwächter oder Barrieren stellen jedoch sicher, dass nur geeignete Paarungen stattfinden.
Wenn der Pollen auf der klebrigen, empfänglichen Oberfläche des weiblichen Teils der Blüte ankommt, der Narbe, die Teil des Stempels ist, muss der Pollen auf der Narbe keimen. Er wächst dann durch den Griffel nach unten zum Ei, das tief im Inneren der Samenanlage liegt. Der Pollen kann dies nur tun, wenn es kompatibel ist mit dem Stempel. Wie bei Tieren kann die Fortpflanzung innerhalb der Familie auch bei Pflanzen Nachteile wie z.B. schlechtes Wachstum mit sich bringen.
Um diese Probleme zu vermeiden, haben etwa 50 % der Blütenpflanzenarten einen Mechanismus entwickelt, der Selbstinkompatibilitätwas hilft, Inzucht zu verhindern. Wenn zum Beispiel Pollen- und Stempelproteine erkennen sich gegenseitig als ob sie von derselben Pflanze stammen, wird ein Signal gesendet, das das Wachstum des Pollenschlauchs blockiert und so die Befruchtung verhindert.
Aber viele Pollenkörner können auf einer Narbe landen und keimen. Wie stellen Pflanzen also sicher, dass jede Samenanlage nur von einem einzigen Pollenschlauch durchdrungen wird? Mithilfe von Lebendzellmikroskopie und spezielle fluoreszierende Trackerkönnen Wissenschaftler Veränderungen im Inneren von Zellen beobachten und messen. Diese Technologie hilft uns zu verstehen, wie Wachstum von Pollenschläuchen wird durch die Überwachung verschiedener Aspekte der Zellaktivität gesteuert, wie etwa Energieniveau, Säuregehalt und Zellstrukturen.
Die jüngste Studie aus Japan nutzte moderne Bildgebungsverfahren, um zu zeigen, dass Proteinsignale einen Pollenschlauch zu einer einzelnen Samenanlage im Eierstock leiten, durch einen Prozess namens Chemotaxis. Chemotaxis fungiert ein wenig wie ein Navigationssystem, bei dem die wachsende Spitze des Pollenschlauchs die Quelle dieser Proteinsignale ansteuert.
Das System stellt außerdem sicher, dass sich jede Samenanlage mit nur einem Pollenschlauch paart. Die Forscher fanden heraus, dass das System auch ein Abstoßungssignal enthält. Sobald ein Pollenschlauch an einer bestimmten Samenanlage fixiert ist, verhindert ein anderes Signal, dass sich weitere Pollenschläuche derselben Samenanlage nähern, und lenkt die Pollenschläuche zu anderen Samenanlagen um.
Diese präzise Orchestrierung gewährleistet eine erfolgreiche Befruchtung und effiziente Saatgutproduktion, die für die Produktion unserer Nahrungsmittel unverzichtbar ist.
Es gibt eine weitere Barriere, wenn der Pollenschlauch die Spermien in die Samenanlage freigibt. Die meisten nicht blühenden, oft als „niedere“ Pflanzen wie Farne, Moose und Algen haben bewegliche männliche Gameten die dem tierischen Sperma ähneln. Das Sperma der Blütenpflanzen hat jedoch seine Beweglichkeit verloren und wird durch den Pollenschlauch, der mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1 cm pro Stunde wachsen kann, zu seinem Bestimmungsort transportiert.
Während seiner Reise durch die weiblichen Teile der Blüte (Stempel, Griffel und Samenanlage) intensive Kommunikation geschieht zwischen dem Pollenschlauch und den verschiedenen Teilen des Stempels. Die Samenanlage sondert Lockstoffe ab, kleine Proteine, sogenannte LUREsdie Pollenschläuche in ihre Richtung leiten. Sobald der Schlauch die Samenanlage erreicht, dringt er ein und gibt seine beiden Spermien frei.
In einer faszinierenden evolutionären Wendung führen diese beiden Spermien eine doppelte Befruchtung: Ein Spermium befruchtet die Eizelle, während das andere eine spezielle Zelle, die sogenannte Zentralzelle, befruchtet. Die befruchtete Eizelle entwickelt sich zum Embryo, aus dem eine neue Pflanze wächst, während die befruchtete Zentralzelle ein Endosperm bildet. Das Endosperm ist eine Art Gewebe, das den Embryo stützt und ernährt, ähnlich wie die Plazenta bei Säugetieren das ungeborene Baby ernährt.
Obwohl das Endosperm bei vielen Arten nur vorübergehend vorhanden ist und der Samen in erster Linie ein Embryo ist, Endosperm bildet einen großen Teil der reifen Samen, die wir für die Herstellung von Lebensmitteln wie Brot, Reis und Brei ernten.
Pflanzen unterscheiden sich so sehr von uns, dass man sie leicht als einfach abtun kann. Doch jedes Jahr erfahren Wissenschaftler mehr darüber, wie komplex und kompliziert ihr Leben ist.
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