V letním odpoledni, kdy slunečnicová pole zlatě zářila, přiletěl čmelák a usedl na jeden z květů. Rostlina ho přilákala svou jasnou barvou a sladkým nektarem, který je pro hmyz zdrojem energie. Při sběru nektaru se čmelák nevědomky stal nositelem pylových zrn slunečnice – lepkavých a se složitým povrchem, aby se dobře přichytila k jeho tělu.
Naopak pylová zrna z nedalekého borovicového lesa, kde se zjara s větrem zvedl žlutý pylový oblak, aby se rozprášil po okolí, mají jednodušší strukturu. Jsou hladká a lehká a jsou opatřená vzdušnými vaky přispívajícími k jejich aerodynamickým vlastnostem. To jim umožňuje urazit velké vzdálenosti, až stovky kilometrů.
„Pylová zrna jsou nejen díky svým strukturám a tvarům estetická, jsou ale také fascinující svou jednoduchostí. Jedno pylové zrno je celá zjednodušená rostlina. Kompletní tělo je jedna buňka, která v sobě nese dvě pohlavní buňky,“ vysvětluje David Honys z Akademie věd ČR, vedoucí laboratoře biologie pylu Ústavu experimentální botaniky.
S větrem v zádech
Na rozdíl od živočichů rostliny nemají možnost pohybovat se a vyhledávat sexuální partnery aktivně. Jsou usedlé a při přenosu pylu z květu na květ musejí spoléhat na pomocníky. Nejčastěji jim pomáhá hmyz – u hmyzosnubných rostlin – nebo vítr – u větrosprašných rostlin. Může docházet také k samoopylení. Rostliny často způsoby opylení kombinují, většinou ale některý převažuje.
Přestože pylová zrna, drobná obvykle 10 až 100 mikrometrů, mohou působit jemně až křehce, jsou velmi silná a odolná. Jsou mistrovskými díly evoluce, vybavenými k tomu, aby přežila a splnila svůj jediný úkol – rozmnožování rostlin. Mají tvrdou buněčnou stěnu, která je chrání před nepříznivými podmínkami prostředí. „Je tvořena látkou zvanou sporopolenin, což je směs zesíťovaných polyfenolů a mastných kyselin. Sporopolenin je chemicky extrémně stabilní a je odolný vůči většině bakterií a enzymů. Jde o jeden z nejodolnějších materiálů přírodního původu vůbec,“ říká David Honys.
David Honys vede laboratoř biologie pylu Ústavu experimentální botaniky AV ČR
Tvrdá cesta za životem
Když čmelák přeletěl ze slunečnice na další květ, pár pylových zrn z jeho těla se zachytilo na blizně. Některá cestou odpadla na nesprávnou rostlinu, kde postupně odumřela. Pylová zrna z borovicového lesa většinou neuspěla – jejich život skončil, protože se ocitla na nevhodném povrchu, několik jich spadlo do kaluže, kde chvíli tvořila žlutý povlak a potom shnila. Pravděpodobnost, že vítr zavane pylové zrno na tu správnou domovskou rostlinu, je velmi malá, ale příroda kompenzuje tuto nevýhodu obrovským množstvím produkovaného pylu.
Jedno zrníčko unášené větrem mělo štěstí. Přistálo na samičí šištici a stejně jako pyl slunečnice začalo svůj boj o přežití a reprodukci plný fascinující komunikace mezi samčím a samičím partnerem.
Řeč rostlin
Po dopadu pylových zrn na bliznu vypustil střapeček buněk tekutinu, aby zrna mohla vyklíčit v pylovou láčku. Cestou k vajíčku rostlina s láčkou intenzivně komunikovala pomocí chemických signálů – vysílala signály o tom, zda je cesta volná, a vábila ji směrem k vajíčku, přesněji do jeho nitra, k vaječné buňce. Láčka se ji zase snažila přesvědčit, že je nejsilnější a nejrychlejší z konkurentů. Musela trefit do cíle a cestou překonat mnoho překážek ve vodicích pletivech. Soupeřům cestou znepříjemňovala život vylučováním chemických látek.
„Celý komunikační systém v poslední fázi před oplozením je modifikací imunitní odpovědi, tedy toho, jak se rostlina brání při napadení patogenem,“ vysvětluje David Honys. Jeho výzkumnému týmu se podařilo dokázat, že komunikace pylové láčky se samičkou není jednostranná, jak se vědci původně domnívali. Mělo se za to, že aktivně komunikují jen samičí buňky. „Popsali jsme ale řadu proteinů, které dokazují, že signály vysílá i samčí partner, tedy pyl.“
Genialita květů
Profesor David Honys byl součástí mezinárodního týmu, jenž poprvé odhalil dynamiku globální aktivity genů během vývoje jedné rostlinné buňky v přirozených podmínkách. Byl také u toho, když se podařilo popsat, jak se kolonizace pevniny rostlinami promítla na genetické úrovni do způsobu jejich rozmnožování.
Z vodního prostředí na souš přešly rostliny před více než půl miliardou let. A byla to pro ně velká výzva. Musely se adaptovat na nové podmínky a naučit se rozmnožování bez vody. Vyvinuly si různé mechanismy, které jim umožnily přežít. Zrodil se květ, do něhož rostliny ukryly jak vajíčka nesoucí samičí pohlavní buňky, tak samčí gametofyt, pyl. Květy začaly lákat hmyzí opylovače svými barvami, vůněmi a tvary. Fascinujícím příkladem adaptace jsou například orchideje rodu tořič, jejichž květy tvarem a barvou připomínají samičky hmyzu, což láká samečky k páření, čímž květ opylují.
Česká stopa
Pyl a jeho význam pro rozmnožování rostlin jsou známé lidem od pradávna. Již v Babylóně lidé věděli, že ho musejí přenášet z datlových palem, aby zajistili jejich plodnost. Vědci se na pyl a rozmnožování rostlin podívali až o mnoho staletí později. První, kdo podrobně popsal pohlavní rozmnožování rostlin, byl Adam Zalužanský ze Zalužan, rodák z Mnichova Hradiště a zakladatel botaniky jako samostatné vědní disciplíny. V 16. století shrnul poznámky starověkých autorit a uvedl, že rostliny mají různá pohlaví. „Je až s podivem, jak se mu to v jeho době podařilo,“ říká profesor Honys a dodává: „Bohužel, někteří obrozenečtí vědci tuto jeho zásluhu zpochybňovali a za zakladatele našeho oboru často bývá mylně označován Rudolf Jakob Camerarius, profesor medicíny a ředitel botanické zahrady v německém městě Tübingen. Ten však působil přibližně o sto let později.“
Hrozba horka
Pylovému zrnu slunečnice se podařilo přesvědčit rostlinu, že je to pravé. Oplodnilo vaječnou buňku, z níž začal vznikat zárodek, a z vajíčka se vytvořilo semeno. Z plodu se pak stala nová rostlina, která opět bude produkovat pyl.
Pylové zrno borovice tak úspěšné nebylo – neobstálo v konkurenci. Bylo slabé a stejně jako tisíce dalších, jež rodný strom poslal do světa, aby se mohl dál rozmnožovat, neuspělo. Některá zrna se zakonzervovala v sedimentu, kde díky své odolné buněčné stěně přežijí i miliony let. Jednou se třeba stanou cenným oknem do minulosti a budoucím vědcům poskytnou jedinečné informace o rostlinách a klimatu naší doby, kdy čelíme klimatické změně. Rostlinám ubývá přirozených opylovačů a pylová zrna jsou v ohrožení, protože jsou značně citlivá na teplo.
„Pylová zrna jsou v současné době nejslabším článkem v celém rozmnožovacím systému, protože právě vývoj drobného pylu je nejcitlivější vůči působení vyšších teplot; není schopen je tolerovat. Proto je důležité hledat mechanismy, jak termotoleranci pylu zvyšovat. Na tom s kolegy z celé Evropy nyní pracujeme,“ doplňuje David Honys.
Přežití pylových zrn a úspěšné opylení jsou klíčové pro budoucnost mnoha rostlin včetně zemědělských plodin – a pro zajištění pokračování života na Zemi.
