• Σπύρος Οικονομίδης

Ο μαγικός κόσμος των φυτικών σπερμάτων: η εμφάνιση και η εξέλιξη των Σπερματοφύτων

Ενημερώθηκε: Απρ 7

του Σπύρου Οικονομίδη



Το φυτικό βασίλειο βρίσκεται παντού γύρω μας. Από τα μικροσκοπικά βρύα μέχρι τις τεράστιες Σεκόγιες της Αμερικής μπορεί να βρει κανείς απίστευτη ποικιλία μορφών μεταξύ των φυτών. Η εξέλιξη των φυτικών οργανισμών ξεκίνησε ωστόσο μακριά από την ξηρά, εντός της θάλασσας, πιθανώς από κάποιο χαροφύκος που αποτέλεσε των πρόγονο των χερσαίων φυτών. Στο παρόν άρθρο θα ακολουθήσουμε την εμφάνιση ενός ιδιαίτερου χαρακτήρα των φυτών που τελικά κυριάρχισαν στον κόσμο. Ο χαρακτήρας αυτός δεν είναι άλλος από την εμφάνιση των σπερμάτων. Τα φυτά για τα οποία θα μιλήσουμε περιλαμβάνονται στην ομάδα των Σπερματοφύτων (αυτά δηλαδή που διαθέτουν το γνώρισμα των σπερμάτων) και διακρίνονται από άλλες ομάδες σύγχρονες και εξαφανισμένες (π.χ. Βρυόφυτα, Πτεριδόφυτα) οι οποίες δεν φέρουν σπέρματα. Εντός των Σπερματοφύτων μπορούμε να διακρίνουμε δύο ακόμα ομάδες αυτή των Γυμνοσπέρμων που κοινώς είναι γνωστά ως κωνοφόρα και την ομάδα των Αγγειοσπέρμων που αποτελούν την πολυπληθέστερη ομάδα και είναι τα είδη στα οποία εμφανίζεται ο χαρακτήρας του άνθους per se.


Η σημασία των σπερμάτων στην εξάπλωση των Σπερματοφύτων


Η εξέλιξη των σπερμάτων αποτέλεσε, μεταξύ άλλων, όπως η ανάπτυξη του ξύλου, της υδατοαδιαπέρατης εφυμενίδας και των στομάτων, ένα κομβικό σημείο για την εξάπλωση των Σπερματοφύτων και την εγκατάσταση τους στα περιβάλλοντα που καταλαμβάνουν ακόμα και σήμερα. Μια βασική ανάγκη που καλύφθηκε με τις παραπάνω αλλαγές ήταν η μετακίνηση των φυτών από υγρά σε πιο ξηρά περιβάλλοντα, που ξεκίνησε κατά το Ορδοβίκιο με τη μετακίνηση των φυτών από τη θάλασσα στην ξηρά. Τα σπέρματα αποτελούν ανθεκτικές μορφές στην αφυδάτωση, με πολλά είδη να φέρουν σπέρματα που μπορούν να παραμείνουν ζωντανά για μεγάλα χρονικά διαστήματα σε αφυδατωμένη μορφή και σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η κυριαρχία της εγγενούς αναπαραγωγής μέσω σπερμάτων έναντι της προηγουμένως κυριαρχούσας αναπαραγωγής μέσω σπορίων (Βρυόφυτα, Πτεριδόφυτα) παράλληλα με την παραπάνω ιδιότητα των σπερμάτων κατέστησε ικανή τη γρήγορη εξάπλωση των Σπερματοφύτων με την κατάληψη της πλειονότητας των χερσαίων οικοσυστημάτων στα τέλη του Κρητιδικού.


Η φύση δεν κάνει άλματα… ή μήπως κάνει;


Η ταχύτατη εξέλιξη και εξάπλωση των αγγειοσπέρμων που κατά κύριο λόγω παρουσιάστηκε περί τα μέσα με τέλη του Κρητιδικού, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, οδήγησε τον πατέρα της εξελικτικής θεωρίας Charles Darwin να κάνει λόγο για ένα «απεχθές μυστήριο» στην εξέλιξη των Αγγειοσπέρμων (της κυριαρχούσας αριθμητικά τουλάχιστον ομάδας των σπερματοφύτων). Η γρήγορη εξέλιξη της ομάδας αυτής σε συνδυασμό με το ελλιπές απολιθωματικό αρχείο ήρθε να κλονίσει την πεποίθηση του Darwin περί “natura non facit saltum”, ότι δηλαδή οι οργανισμοί και οι «ιδιότητες» τους μεταβάλλονται αργά και χωρίς «εξελικτικά άλματα». Τα παραπάνω οδήγησαν τον Darwin να κάνει λόγo για μια αργή και σταδιακή εξέλιξη των Αγγειοσπέρμων η οποία δεν είχε ανακαλυφθεί, ή στην συνεξέλιξη των εντόμων και των αγγειοσπέρμων μέσω των συνδρόμων επικονίασης.


Από τα μεγάλα στα μικρά: η απίστευτη ποικιλομορφία των σπερμάτων


Τα σπέρματα τον φυτών αποτελούν ένα μοναδικό «κόσμο» με ποικιλομορφία αντίστοιχη αυτής που παρατηρείται στα άνθη των φυτών που τα φέρουν. Η ποικιλομορφία αυτή σε μεγάλο βαθμό οφείλεται στους τρόπους με τους οποίους τα σπέρματα διασπείρονται, όπως θα δούμε και παρακάτω, αλλά ταυτόχρονα και στην τεράστια ποικιλομορφία στις διαστάσεις τους. Το μέγεθος τον σπερμάτων μπορεί να περιγραφεί αρκετά παραστατικά με τη μάζα τους. Από τα ελαφρύτερα και μικρότερα σπέρματα που εντοπίζονται στο φυτικό βασίλειο στις ορχιδέες μέχρι τα τεράστια σπέρματα του είδους Lodoicea maldivica υπάρχουν πάνω από δέκα τάξεις μεγέθους όσον αφορά τη μάζα. Τα μικρότερα σε μάζα σπέρματα, αυτά των ορχιδεών, φέρουν μάζα της τάξης του 1 μg ενώ στο άλλο άκρο τα σπέρματα του είδους Lodoicea maldivica φτάνουν τα 20 Kg.

Αριστερά σπέρματα του είδους Cephalanthera cucullata (προσωπικό αρχείο), δεξιά σπέρμα του είδους Lodoicea maldivica.



Η διασπορά των σπερμάτων


Η ανθεκτικότητα που παρουσιάζουν τα σπέρματα έδωσε τη δυνατότητα να εξελιχθεί μία πληθώρα μηχανισμών διασποράς. Έτσι, σήμερα εάν κάποιος κοιτάξει τη βιολογία αναπαραγωγής των σπερματοφύτων μπορεί να διαπιστώσει ότι η διασπορά των σπερμάτων τους και κατ’ επέκταση η εγκατάσταση τους σε νέες θέσεις πραγματοποιείται με την εκμετάλλευση: 1) του ανέμου, 2) της βαρύτητας 3) του νερού και 4) των ζώων.


Διασπορά μέσω του ανέμου

Όσον αφορά στη διασπορά μέσω του ανέμου, που πιθανώς είναι μια από τις αρχαιότερες μορφές διασποράς, φυτά που φέρουν μικροσκοπικά σπέρματα όπως οι ορχιδέες κ.α. είναι εφικτό να ταξιδέψουν σε τεράστιες αποστάσεις πολλές φορές ξεπερνώντας τα όρια δύο Ηπείρων. Ωστόσο και είδη με αρκετά μεγαλύτερα σπέρματα π.χ. πεύκα, σφενδάμια κ.α. έχουν αναπτύξει τρόπους να αξιοποιούν τον άνεμο για τη διασπορά των σπερμάτων τους, συνήθως με την ανάπτυξη εξαρτημάτων που μοιάζουν με πτερύγια και επιτρέπουν την «πλεύση» των σπερμάτων στον άνεμο και μακριά από το μητρικό φυτό.

Αριστερά σπέρματα σφενδάμου, δεξιά σπέρματα του είδους Pinus halepensis.



Διασπορά μέσω βαρύτητας

Βεβαίως ένας αρκετά κοινός τρόπος διασποράς των καρπών και των σπερμάτων είναι προφανώς μέσω της βαρύτητας, όπως άλλωστε λέει και το ρητό «το μήλο κάτω από τη μηλιά θα πέσει» κυριολεκτικά.


Διασπορά μέσω του νερού

Αρκετά είδη έχουν αναπτύξει τη δυνατότητα διασποράς των σπερμάτων τους μέσω του νερού. Αυτό μπορεί να πάρει τη μορφή μικρής κλίμακας διασποράς, όπως στην περίπτωση μετακίνησης των σπερμάτων κατά μήκος ροής ενός ποταμού ή ρυακιού, ή να αποκτά τη μορφή τεράστιων ταξιδιών εκατοντάδων χιλιομέτρων μεταξύ ωκεάνιων νησιών όπως στην περίπτωση των σπερμάτων της καρύδας (Cocos nucifera).

Διασπορά καρπού καρύδας.



Διασπορά μέσω έκρηξης

Το είδος Hura crepitans γνωστό και ως monkey’s pistol tree ή dynamite tree θεωρείται ως ένα από τα πιο επικίνδυνα δέντρα στον κόσμο, τόσο λόγω της τοξικότητας του, όσο και της ιδιότητάς του να συσσωρεύει πίεση στο εσωτερικό των καρπών του, και καθώς αυτοί ωριμάζουν οδηγεί στην εκτόξευση των σπερμάτων του σε μεγάλες αποστάσεις. Αντίστοιχο είδος έχουμε και στην Ελλάδα, το Ecballium elaterium γνωστό και ως πικραγγουριά.

Hura crepitans


Διασπορά μέσω των ζώων

Αν και η διασπορά των σπερμάτων με τη βοήθεια των ζώων μπορεί να αποκτήσει πολλές μορφές, μπορεί να γίνει με δύο κύριους τρόπους: με τη μεταφορά των καρπών στους οποίους τα σπέρματα εγκλείονται ή με τη μεταφορά των ίδιων των σπερμάτων. Στην πρώτη περίπτωση συνήθως η μεταφορά γίνεται είτε με τη συλλογή και την εναπόθεση των σπερμάτων, όπως στην περίπτωση της μεταφοράς βελανιδιών από σκίουρους ή σπερμάτων που συλλέγουν τα μυρμήγκια και τοποθετούν στις φωλιές τους, είτε με την προσκόλληση των καρπών στο τρίχωμα των ζώων όπως στην περίπτωση των καρπών του γένους Xanthium. Στη δεύτερη περίπτωση η μεταφορά γίνεται μέσω της κατανάλωσης των σπερμάτων ως τροφής. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η διασπορά του γκι (Viscum album) από το πτηνό Turdus viscivorus που το καταναλώνει, όπως υποδηλώνει και το όνομα του.

Αριστερά Xanthium strumarium Λίμνη Τριχωνίδα (προσωπικό αρχείο), δεξιά Viscum album κατά τη φύτρωση.



Τα σπέρματα αποτελούν τα μέσα της εγγενούς αναπαραγωγής των φυτών. Καθώς αυτά αποτελούν μορφές, συνήθως, εξαιρετικά ανθεκτικές στην αφυδάτωση και στις χαμηλές θερμοκρασίες έδωσαν τη δυνατότητα στα φυτά να κατακτήσουν όλα τα ενδιαιτήματα της Γης μετά την έξοδο από τη θάλασσα. Ταυτόχρονα αυτή η ιδιότητα τους τα καθιστά μονάδες που μπορούν να αποθηκευτούν για μεγάλα χρονικά διαστήματα, συμβάλλοντας στην εκτός τόπου διατήρηση φυτικών ειδών που κινδυνεύουν. Η διατήρηση αυτή πραγματοποιείται ανά τον κόσμο σε μονάδες διατήρησης φυτών που καλούνται Τράπεζες Σπερμάτων.



Τι να θυμάσαι:

  • Τα σπέρματα αποτελούν το μέσο εγγενούς αναπαραγωγής των σπερματοφύτων.

  • Αποτελούν μορφές πολύ ανθεκτικές, συνήθως, στην αφυδάτωση.

  • Διασπείρονται με ποικίλους τρόπους και πολλές φορές φέρουν εξαρτήματα κατάλληλα για τη διασπορά τους, όπως «πτερύγια».

  • Η εμφάνιση των σπερμάτων οδήγησε στη γρήγορη εξάπλωση των σπερματοφύτων και κυρίως των αγγειοσπέρμων κατά το τέλος του Κρητιδικού.


Για περισσότερες πληροφορίες:

  1. A. Linkies, K. Graeber, C. Knight, G. L. Metzger (2010). Tansley review: The evolution of seeds. New Phytologist, 186: 817-831.

  2. W. E. Friedman (2009). The meaning of Darwin’s ‘Abominable Mystery’. American Journal of Botany, 96: 5-21.

Λίγα λόγια για τον Σπύρο Οικονομίδη...

«Είμαι Υποψήφιος Διδάκτορας του Τμήματος Βιολογίας του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών. Τα τελευταία 4 χρόνια το ερευνητικό μου ενδιαφέρον έχει κεντρίσει η αναπαραγωγική βιολογία των ορχιδεών σε παγκόσμιο επίπεδο, αλλά κυρίως των αυτοφυών ορχιδεών της Ελλάδας.

Τα κύρια ερευνητικά μου ενδιαφέροντα αποτελούν: 1) η βιολογία αναπαραγωγής των ορχιδεών της Ελλάδας 2) βιολογία διατήρησης κινδυνευόντων φυτικών ειδών και 3) η ποικιλομορφία των λειτουργικών χαρακτήρων της οικογένειας Orchidaceae.

Στην προσωπική μου σελίδα μπορείτε να βρείτε περισσότερα σχετικά με τη δουλειά και τα ενδιαφέροντα μου, καθώς και τα στοιχεία επικοινωνίας μου.»