Bestäubung

Die Bestäubung ist Teil der sexuellen Fortpflanzung bei Pflanzen. Sie beschreibt, wie die Pollenkörner zu den weiblichen Teilen einer Pflanze gelangen. Die Pollenkörner, die die männlichen Geschlechtszellen enthalten, müssen dorthin gelangen, wo die weibliche(n) Keimzelle(n) sind.

Was geschieht, ist im Grunde dasselbe wie die sexuelle Fortpflanzung bei Tieren. Jedes Pollenkorn ist haploid: Es besitzt die Hälfte der DNA (genetische Information), die für die Herstellung einer neuen Pflanze benötigt wird. Bei der Befruchtung verbindet sich diese mit der DNA, die sich im Ei des weiblichen Teils befindet, und es entsteht eine Zygote. Bei Samenpflanzen wird ein Samen gestartet.

Pollen, der von einer Kiefer fließt. Nadelbäume sind windbestäubt.
Pollen, der von einer Kiefer fließt. Nadelbäume sind windbestäubt.

Mais (Mais) männliche Blüte (Maisquaste). Die Staubblätter der Blüte produzieren einen leichten, flaumigen Pollen, der vom Wind zu den weiblichen Blüten (Seiden) anderer Maispflanzen getragen wird.
Mais (Mais) männliche Blüte (Maisquaste). Die Staubblätter der Blüte produzieren einen leichten, flaumigen Pollen, der vom Wind zu den weiblichen Blüten (Seiden) anderer Maispflanzen getragen wird.

Nektar trinkende Biene
Nektar trinkende Biene

Hummel mit Pollen bedeckt
Hummel mit Pollen bedeckt

Wege der Bestäubung

Bei blühenden Pflanzen muss der Pollen von einer Blüte zur anderen gelangen. Dies kann im Wesentlichen auf zwei Arten geschehen: durch nicht lebende Dinge wie Wind oder Wasser oder durch lebende Dinge wie Insekten oder Vögel.

  • Mais und der Wind

Mais (in einigen Teilen der Welt Mais genannt) wird durch Wind bestäubt. Die männlichen Staubbeutel lassen ihren Pollen los, und der Pollen weht auf eine nahe gelegene weibliche Blüte einer anderen Maispflanze über. Die meisten der Blüten sind entweder männlich oder weiblich an einer Maispflanze (einhäusig), nicht beide Geschlechter in einer Blüte (Zwitter).

Die Maisblüten haben sich entwickelt (im Laufe der Zeit verändert), um den Wind zur Bestäubung zu nutzen. Sie brauchen keine hübschen Blütenblätter. Der Pollen ist leicht, so dass er umherwehen kann, und die Enden der weiblichen Teile (Narben) sind flaumig, um all die winzigen Pollenkörner aufzufangen.

  • Tomaten und Bienen

Bei Tomatenpflanzen bewegen die Bienen den Pollen von den männlichen Teilen einer Blüte (Staubbeutel) zu den weiblichen Teilen einer anderen Blüte (Narbe). Die Biene bewegt sich zwischen den Blüten, während sie den Nektar sammelt, den die Blüten produzieren. Die Bienen bringen den Nektar und etwas Pollen zurück in ihren Bienenstock, und die Tomatenpflanzen können sich fortpflanzen (neue Tomatenpflanzen erzeugen).

Da sich die Tomatenblüten entwickelt haben, um Bienen anzulocken, haben sie ausgebreitete Blütenblätter und sind für das menschliche Auge weiß (Bienen können, wie die meisten Insekten, sowohl in den ultravioletten Bereich als auch in unseren visuellen Wellenlängenbereich sehen). Der Pollen ist oft in Büscheln zusammengeklebt, die Pollinien genannt werden und die wiederum an der Biene haften bleiben. Bienen sind extrem behaart und tragen winzige elektrische Ladungen, die den Pollen auf ihren Körper anziehen. Honigbienen haben spezielle Pollenkörbe, meist auf ihren Hinterbeinen; sie putzen den Pollen von ihrem Körper in diese Taschen.

Ein Großteil des Pollens wird zurück zum Nest oder Bienenstock gebracht, wo er als Proteinquelle dient, die von den Larven am meisten benötigt wird. Ein Teil wird an der nächsten Blüte abgerieben, wo die weibliche Narbe klebrig ist. Ein Pollenschlauch wächst nach unten, damit die männliche Keimzelle ein Ei befruchten und einen Samen produzieren kann.

90% der blühenden Pflanzen werden von Tieren bestäubt, und nur 10% verwenden abiotische (nicht lebende) Bestäubung. Von diesen abiotischen Bestäubungen werden 98% durch Wind und nur 2% durch Wasser durchgeführt.

Was passiert nach der Bestäubung

Was nach der Bestäubung geschieht, ist die Befruchtung. Bei Pflanzen handelt es sich um eine doppelte Befruchtung, bei der zwei Spermien Zellen im Pflanzeneiweibchen befruchten. Eine davon ist eine normale Befruchtung, bei der der Embryo entsteht. Bei der anderen handelt es sich um eine einzigartige Art der Befruchtung, bei der das Samen-Endosperm produziert wird.

Der Prozess beginnt, wenn ein Pollenkorn an der Narbe des Stempels (weibliche Fortpflanzungsstruktur) klebt. Dann keimt es und es wächst ein langer Pollenschlauch. Während dieser Pollenschlauch wächst, wandert eine haploide Zelle hinter dem Schlauchkern durch den Schlauch. Diese Zelle teilt sich durch Mitose in zwei haploide Samenzellen.

Wenn der Pollenschlauch wächst, bahnt er sich seinen Weg von der Narbe über die Narbe, den Stil hinunter und in den Eierstock. Hier erreicht der Pollenschlauch die Eizelle und gibt seinen Inhalt (zu dem auch die Samenzellen gehören) ab. Ein Spermium bahnt sich seinen Weg zur Befruchtung der Eizelle und produziert eine diploide (2n) Zygote. Das zweite Spermium verschmilzt mit zwei Zellkernen und produziert eine triploide (3n) Zelle.

Während sich die Zygote zu einem Embryo entwickelt, entwickelt sich die triploide Zelle zum Endosperm, das dem Embryo als Nahrungsquelle dient. Der Eierstock entwickelt sich nun zu einer Frucht und die Eizelle zu einem Samen.

 

Lebenszyklus von Angiospermie
Lebenszyklus von Angiospermie

Hummel erstickt mit Pollen in einer Hibiskusblüte. photo by Luc Viatour
Hummel erstickt mit Pollen in einer Hibiskusblüte. photo by Luc Viatour

Gymnospermen

Es gibt Hinweise darauf, dass einige Gymnospermen in der Triaszeit von Insekten bestäubt wurden, aber die Bestäubung durch Tiere ist in dieser Gruppe nicht die Hauptmethode. Die meisten sind windbestäubt. Einige Gymnospermen und ihre Insektenbestäuber sind für die Bestäubung mitentwickelt. Die bekanntesten Beispiele sind Angehörige der Ordnung Cycadales und ihre verwandten Käferarten.

Familien von Blütenpflanzen

Wirklich weit verbreitete und spezialisierte Tierbestäubung kam mit den Angiospermen (Blütenpflanzen). Verschiedene Familien von Blütenpflanzen spezialisieren sich in der Regel auf eine bestimmte Bestäubungsmethode. Manchmal wechseln einige Gattungen von einer Methode zur anderen. p53

  • Ranunculaceae: von Insekten bestäubt. Nur eine Gattung wird vom Wind bestäubt.
  • Korbblütler (Asteraceae): Diese größte Familie wird fast ausschließlich von Insekten bestäubt. Zwei Gruppen von Gattungen haben zur Windbestäubung gewechselt.
  • Cyperaceae: fast vollständig windbestäubt. Eine Gattung ist insektenbestäubt.
  • Moraceae: Dies, die Maulbeergewächse, ist das beste Beispiel für einen weit verbreiteten Wechsel von Wind- zu Insektenbestäubung. Alle mit ihr verwandten Familien (Ulmaceae, Cannabaceae, Urticaceae) werden vom Wind bestäubt.
  • Gramineae (Poaceae): Die Gräser haben extreme Anpassungen an die Windbestäubung. Nur zwei Gattungen haben sich auf die Insektenbestäubung umgestellt.

Bestäubungssyndrom

Das Bestäubungssyndrom ist eine Reihe von adaptiven Merkmalen, die den Blüten helfen, bestäubt zu werden.

Windbestäubung

Windbestäubte Blüten sind in der Regel klein und unscheinbar (nicht auffällig). Sie haben keinen Duft und produzieren keinen Nektar. Die Staubbeutel können eine große Anzahl von Pollenkörnern produzieren, während die Staubblätter im Allgemeinen lang sind und aus der Blüte herausragen. Ihre Narben können groß und federartig sein, um die Pollenkörner aufzufangen. Insekten können sie besuchen, um Pollen zu sammeln; es gibt einige Beispiele von Blüten, die sowohl vom Wind als auch von Insekten bestäubt werden.

Bestäubung von Tieren

Bestäubung durch Käfer

Die vom Käfer bestäubten Blüten sind in der Regel groß, grünlich oder gebrochen weiß und stark duftend. Die Düfte können würzig, fruchtig oder ähnlich wie verrottendes organisches Material sein. Die meisten vom Käfer bestäubten Blüten sind abgeflacht oder schalenförmig, wobei der Pollen leicht zu erreichen ist. Sie können Fallen haben, um den Käfer länger zu halten. Die Eierstöcke der Pflanze sind in der Regel gut vor den beißenden Mundwerkzeugen der Käfer geschützt. Käfer sind in einigen Teilen der Welt wichtige Bestäuber, wie z.B. in den Trockengebieten des südlichen Afrikas und Südkaliforniens sowie im montanen Grasland von KwaZulu-Natal in Südafrika.

Fliegenbestäubung

Einige Fliegen ernähren sich als Erwachsene von Nektar und Pollen (insbesondere Bienenfliegen und Schwebfliegen). Die Blüten, die sie besuchen, haben oft einen starken Duft und sind in der Regel violett, violett, blau und weiß.

Auf der anderen Seite werden männliche Fruchtfliegen von einigen wilden Orchideen angezogen, die keinen Nektar produzieren. Stattdessen produzieren sie eine Vorstufe des Sexualpheromons der Fliege. Fliegen, die normalerweise tote Tiere oder Dung besuchen, werden von Blumen angelockt, die diese stinkenden Gegenstände nachahmen. Sie erhalten keine Belohnung und würden schnell verschwinden, aber die Pflanze kann Fallen haben, um sie zu verlangsamen. Diese Pflanzen haben einen starken, unangenehmen Geruch und sind braun oder orange gefärbt.

Ihre schiere Anzahl und die Anwesenheit einiger Fliegen während des ganzen Jahres machen sie zu wichtigen Bestäubern für viele Pflanzen. Fliegen sind in der Regel wichtige Bestäuber in großen Höhen und hohen Breiten, wo sie zahlreich sind, und andere Insektengruppen fehlen möglicherweise.

Bienenbestäubung

Bienen-bestäubte Blumen neigen dazu, gelb oder blau zu sein, oft mit ultraviolettem Nektar und Duft. Nektar und/oder Pollen werden in unterschiedlichen Mengen als Belohnung angeboten. Der Zucker im Nektar ist meist Saccharose. Es gibt verschiedene Bienenarten, die sich in Größe, Zungenlänge und Verhalten unterscheiden (einige Einzelgänger-, andere Kolonialbienen). Manche Pflanzen können nur von Bienen bestäubt werden, weil ihre Antheren innerlich Pollen abgeben, der durch Summen ausgeschüttelt werden muss ("Beschallung"). Hummeln sind die einzigen Tiere, die dies tun.

Die Bienenbestäubung durch mobile Bienenstöcke ist für Obstgärten wie Apfel- oder Mandelplantagen von großem wirtschaftlichen Wert.

Wespenbestäubung

Wespen sind auch für die Bestäubung mehrerer Pflanzenarten verantwortlich, da sie wichtige Pollenüberträger und in einigen Fällen sogar effizientere Bestäuber als Bienen sind.

Lepidoptera-Bestäubung

Schmetterlingsbestäubte Blüten sind in der Regel groß und auffällig, rosa oder lavendelfarben, haben oft einen Landeplatz und sind meist duftend. Da Schmetterlinge Pollen nicht verdauen (mit einer Ausnahme), wird mehr Nektar als Pollen angeboten. Die Blüten haben einfache Nektarführer, wobei die Nektare meist in engen Röhren oder Sporen versteckt sind, die von der langen Zunge der Schmetterlinge erreicht werden.

Zu den wichtigeren Mottenbestäubern gehören die Falkenmotten (Sphingidae). Ihr Verhalten ähnelt dem der Kolibris: Sie schweben mit schnellen Flügelschlägen vor den Blüten. Die meisten sind Nacht- oder Dämmerungsfresser. Daher sind die von der Motte bestäubten Blüten in der Regel weiß, nachtaktiv, groß und auffällig mit röhrenförmigen Blütenkronen und einem starken, süßen Duft, der abends, nachts oder am frühen Morgen entsteht. Es wird viel Nektar produziert, um die hohen Stoffwechselraten anzuregen, die für ihren Flug erforderlich sind.

Andere Motten fliegen langsam und lassen sich auf der Blüte nieder. Sie brauchen nicht so viel Nektar wie die schnell fliegenden Falkenmotten, und die Blüten sind eher klein (obwohl sie in Köpfen zusammengefasst sein können).

Bestäubung von Vögeln

Kolibris sind für die Nordamerikaner die bekanntesten nektarfressenden Vögel, analoge Arten gibt es auch in anderen Teilen der Welt. Die für Kolibris attraktiven Blumen, die vor der Blüte schweben, sind in der Regel große rote oder orangefarbene Röhren mit viel verdünntem Nektar, der tagsüber produziert wird. Da Vögel nicht stark auf Duftstoffe reagieren, sind sie in der Regel geruchlos. Sitzstangenvögel benötigen eine beträchtliche Landeplattform, so dass Sonnenvögel, Honigfresser und dergleichen weniger mit röhrenförmigen Blüten assoziiert werden.

Bestäubung durch Fledermäuse

Fledermaus-bestäubte Blüten sind in der Regel groß und auffällig, weiß oder hell gefärbt, nachts offen und haben einen starken Geruch. Sie sind oft groß und glockenförmig. Fledermäuse trinken den Nektar, und diese Pflanzen bieten den Nektar in der Regel über lange Zeiträume an. Sicht, Geruch und Echo-Ortung werden benutzt, um die Blüten zunächst zu finden, und ein ausgezeichnetes räumliches Gedächtnis wird benutzt, um sie wiederholt zu besuchen. Tatsächlich können Fledermäuse nektarproduzierende Blüten mit Hilfe der Echolokalisierung identifizieren. Von Fledermäusen bestäubte Pflanzen haben größere Pollen als ihre Verwandten.

Honig-Führer

Honig-, Nektar- oder Blütenleitfäden sind Markierungen auf Blumen, die den Insekten sagen, wo sie nach Nektar suchen müssen (viele Insekten können im ultravioletten Bereich sehen). Die meisten dieser Leitfäden sind für den Menschen unsichtbar, es sei denn, man sieht sie im ultravioletten Licht. Der Vorteil für die Pflanze besteht darin, dass die Leitfäden das Angebot an Bestäubern zu relativ geringen Kosten erhöhen.

Sapromyophile Stapelia gigantea
Sapromyophile Stapelia gigantea

Hesperoyucca whipplei (mottenbestäubt)
Hesperoyucca whipplei (mottenbestäubt)

Afrikanischer Affenbrotbaum (von Fledermäusen bestäubt)
Afrikanischer Affenbrotbaum (von Fledermäusen bestäubt)

Bilder einer Mimulusblüte in sichtbarem Licht (links) und ultraviolettem Licht (rechts) zeigen einen dunklen Nektarleiter, der für Bienen, aber nicht für Menschen sichtbar ist
Bilder einer Mimulusblüte in sichtbarem Licht (links) und ultraviolettem Licht (rechts) zeigen einen dunklen Nektarleiter, der für Bienen, aber nicht für Menschen sichtbar ist

Geschichte

Ein umfassendes Verständnis der Bestäubung ist noch recht neu.

Im Jahr 1672 hatte Nehemia Grew die Idee, dass Pollen das Mittel zur Befruchtung von höheren Pflanzen sei. Mit Hilfe eines Mikroskops war er der erste, der Pollen detailliert beschrieb. Dies führte zu der Entdeckung, dass alle Pollenkörner einer Art gleich waren. Die Untersuchung von Pollenkörnern wird als Palynologie bezeichnet. Sie wird in der Mikropaläontologie viel verwendet. Das Geschlecht bei Pflanzen wurde 1694 entdeckt, als Rudolf Camerarius seine Entdeckung in einem Brief festhielt.

1793 veröffentlichte Christian Sprengel (1750-1816) eine Arbeit über die Bestäubung von Blüten durch Insekten, die alle wesentlichen Punkte aufzeigte. Leider "lag sein Werk so weit ausserhalb des üblichen Denkens und der Interessen der damaligen Zeit, dass es fast vollständig ignoriert wurde".

Zwei Arbeitsbereiche lösten die Hauptprobleme. Zum einen wurden Studien darüber durchgeführt, wie die Pollenzellen zur Befruchtung der Eizelle wirken, zum anderen sollte die Koevolution der tierischen Bestäuber und der Blütenpflanzen erkannt werden. Diese beiden Arbeitsrichtungen wurden Mitte des neunzehnten Jahrhunderts im Wesentlichen "modern".

Sprengel erinnerte sich: Eine kleine, nach dem Frontispiz seines Buches gestaltete Plakette befindet sich im Botanischen Garten Berlin
Sprengel erinnerte sich: Eine kleine, nach dem Frontispiz seines Buches gestaltete Plakette befindet sich im Botanischen Garten Berlin

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