Почему так получилось?
По-видимому, в пору, когда шло эволюционное становление покрытосеменных, главной задачей природы было обеспечить встречу половых клеток при оплодотворении вне водной среды. Она осложнялась тем, что растения ведут прикрепленный образ жизни, который вытекает из особенностей их питания: "пища" растений — почвенные растворы и атмосферный углекислый газ — распределена относительно равномерно и словно бы сама приходит к ним. Понятно, что подобный образ жизни не позволяет раздельнополым особям отправиться на поиски противоположного пола.
В этих условиях и должны были возникнуть обоеполые самоопыляемые цветки.
Такое "решение" задачи было тем более оправданным, что первые наземные растения обитали, по-видимому, в относительно стабильных условиях влажного тропического климата.
В последующем ходе эволюционного развития появились и совершенствовались приспособления к опылению цветков ветром или с помощью насекомых. Так была решена проблема соединения в потомстве различных наследственных качеств и вместе с тем начали развиваться механизмы, которые уже препятствовали самоопылению, то есть соединению при оплодотворении одинаковых наследственных задатков. Здесь не было единообразия. В одних случаях тычинки и пестики обоеполых цветков стали иметь разную высоту, что препятствует попаданию собственном пыльцы на рыльце пестика. В других случаях пестик становится готовым для оплодотворения задолго до того, как в тычинках созревает пыльца. В третьих — химические и физиологические особенности растения препятствуют прорастанию на рыльце пестика пыльцы собственного цветка или даже пыльцы других цветков того же растения. В каждом из этих случаев оплодотворение может произойти только при перекрестном опылении, только при попадании на цветок пыльцы другого растения. Логическим завершением пути создания препятствий для самоопыления было полное разделение полов, какое мы видим у двудомных растений.
То, что сегодня среди цветковых растений преобладают не двудомные и даже не однодомные с раздельнополыми цветками, а формы с цветками обоеполыми, может быть признаком незакончившегося эволюционного процесса разделения полов, что сохраняет возможность самоопыления.
В многообразном мире современных цветковых растений есть виды, у которых постоянно, из поколения в поколение происходит только самоопыление. Цветки таких растений специально приспособлены для него. У них одновременно созревают тычинки и рыльца пестиков, при этом у барбариса тычинки, созревая, изгибаются в сторону пестика, у некоторых лилий, наоборот, рыльце пестика приближается к тычинкам. Подчас опыление происходит на стадии бутонов, когда цветок еще не раскрылся, например у гороха. А у некоторых фиалок и орхидей, арахиса и кислиц цветок вообще потерял способность раскрываться. Интересно, что эти приспособления развиты и у ярких, заметных цветков, которые, очевидно, были когда-то приспособлены к опылению насекомыми.
Однако приспособлений к перекрестному опылению у растений не меньше, чем к самоопылению. Многие цветки приобрели способность привлекать насекомых-опылителей нектаром, запахом, окраской и формой. У многих выработались весьма хитроумные приспособления, обеспечивающие обязательную отдачу пыльцы насекомым-опылителям при любом посещении цветка и столь же обязательный прием пыльцы от насекомого пестиком другого цветка. Не менее сложны и надежны приспособления ветроопыляемых цветков.
Рис. 8. Ось бутона у грушанки круглолистной направлена вниз. Распустившийся цветок принимает боковое положение: так удобнее садиться насекомым-опылителям. Если цветок не дождется их посещения, произойдет самоопыление: тычинки расположены так, что зрелая пыльца просыплется прямо на рыльце. Ось плода опять-таки смотрит прямо вниз: созревая, коробочка начинает трескаться, и ветер подхватывает высыпающиеся из щелей мелкие и легкие семена
Иногда цветки сохраняют возможность самоопыления "про запас", на случай, если перекрестное опыление по какой-либо причине, например из-за неблагоприятной погоды, не состоялось. Так, у грушанки — лесного растения среднерусской полосы — каждый цветок в соцветии может занимать положение, способствующее либо перекрестному опылению (главные его посредники — шмели), либо самоопылению.
Разбирая выше вопрос о чередовании поколений, мы показали, как непроста у растений линия "вертикального" родства. Но, познакомившись с существованием однодомных и двудомных растений, обоеполых и раздельнополых цветков, с возможностью у растений как перекрестного опыления, так и самоопыления, можно убедиться, что еще сложнее "горизонтальная" его линия. Решать вопрос, кто молодому растению "отец", приходится в каждом случае особо. И очень вероятна возможность, что и "матерью" и "отцом" окажется одно и то же растение, которое к тому же, как это было выяснено в рассказе о чередования поколений, является одновременно в известном смысле "бабушкой" и "дедушкой".
Условности пола
Неприхотливый тополь — очень желанное дерево на городских улицах. Тополь очень быстро растет — пожалуй, быстрее всех других деревьев — и, значит, для этого роста вынужден забирать из атмосферы большое количество углекислого газа. Не стоит подчеркивать, как это важно для оздоровления воздуха в любом промышленном городе.
Но есть у тополя огромный, с точки зрения и озеленителей, и всех городских жителей, недостаток. Где-то в начале июля раскрываются коробочки его плодов, и оснащенные пушинками семена начинают кружить в воздухе. Плодоносит тополь обильно. Тополиный пух, подгоняемый даже слабым дуновением ветра, летает в воздухе, щекочет прохожим носы, устилает улицы, чем ужасно досаждает дворникам, забирается через открытые окна и форточки в квартиры, чем приводит в негодование хозяек.
Казалось бы, от тополиного пуха легко избавиться. Тополь — растение двудомное. Есть женские экземпляры его, которые приносят семена с досаждающими горожанам пушинками, и есть мужские, которые, естественно, семян не приносят. Следовательно, надо сажать в городе только мужские экземпляры тополей, и улицы будут избавлены от тополиного пуха. Озеленители так и стараются делать. Но это, как ни странно, не помогает.
Ежегодно ранней весной на городских улицах идет подрезка тополиных крон. Подчас это необходимо потому, что иные быстро растущие ветви грозят дотянуться до электрических проводов и порвать или замкнуть их. Подчас, подрезая ветви, озеленители хотят добиться образования более густых, более красивых крон у деревьев. Это им удается. Однако это же приводит и к другому, непредвиденному и нежелательному результату: ежегодная подрезка крон превращает многие мужские экземпляры тополя в женские, приводит к изменению пола растения.
Пример этот показывает, как непрост у растений процесс формирования пола.
У животных — по крайней мере у подавляющего большинства их — здесь все происходит четко. Имея даже одну-единственную клетку животного, исследователи с помощью микроскопа и иных средств исследования могут определить, какой особи — мужской или женской — она принадлежит. Дело в том, что в ядре каждой клетки тела животного среди хромосом есть две, называемые половыми и определяющие пол. У млекопитающих две одинаковые половые хромосомы в ядре клетки тела говорят о том, что данная особь принадлежит к женскому полу. Если половые хромосомы различны, значит, особь мужского пола. У птиц наоборот: одинаковые половые хромосомы присущи мужскому полу, а разные — женскому.
Половые клетки имеют в своих ядрах половинный набор хромосом. У млекопитающих все женские половые клетки одинаковы, а мужские — различны. Половина их несет точно такую же половую хромосому, как женские клетки, а половина — отличную, мужскую половую хромосому. От того, какая пара половых хромосом — одинаковые или разные — окажется в зародышевой клетке, образующейся при слиянии мужской и женской половых, зависит пол будущего существа, то есть он определяется еще в момент оплодотворения.
У растений дело с определением пола обстоит сложнее. Растения с обоеполыми цветками гермафродитны. Пол однодомных растений в целом также неопределенный. Только у двудомных растений мужской и женский пол четко разделены: на одних особях цветки только мужские, на других — только женские. В клетках у некоторых видов двудомных растений обнаружены даже половые хромосомы, так же как у животных. Но лишь у некоторых.
В животноводстве вопрос о возможности регулирования пола потомства — получение "по заказу" потомства либо только мужского, либо только женского пола — очень интересует практиков. В самом деле, на птицефабриках или птицефермах, где конечной задачей является получение яиц, желательно, чтобы все выводящиеся из яиц цыплята оказались курочками. Напротив, при производстве мясных цыплят — бройлеров — желательно, чтобы из яиц выводились исключительно петушки: они быстрее растут и достигают более крупных размеров. То же самое и в мясном животноводстве: бычки всегда крупнее своих сверстниц-телочек.
Столь же важным может оказаться и умение регулировать пол у растений, несмотря на всю неопределенность половой принадлежности большинства их. Дело в том, что плод можно получить и от женского цветка, и от гермафродитного, но хозяйственные качества их будут различными.
На ползучих плетях дыни, в общем-то очень похожих за плети огурцов, развиваются цветки не двух, как у огурцов, а трех видов: мужские, женские и обоеполые. Так вот замечено, что плоды, развивающиеся на месте чисто женских цветков, получаются более крупные и более сладкие, чем те, которые вырастают на месте обоеполых цветков. Та же закономерность подмечена у хурмы — южного плодового растения.
Присутствие большого количества мужских цветков (пустоцветов, как называют их подчас) на плети дыни, огурца или тыквы снижает урожай. Понятно, что необходимо изыскивать такие пути воздействия на эти растения, при которых удельный вес женских цветков был бы как можно выше. Отыскать такие пути можно. Известно, что количественное соотношение мужских и женских цветков на растении сильно изменяется в зависимости от условий выращивания его. Известны и некоторые практические приемы, позволяющие увеличить количество женских цветков.