Цветочная симметрия

[Слева] Обычный цветок Streptocarpus ( зигоморфный или зеркально-симметричный) и [справа] пелорический (радиально-симметричный) цветок на одном и том же растении.

Цветочная симметрия описывает, можно ли и как разделить цветок , в частности околоцветник , на две или более идентичные или зеркальные части.

В редких случаях цветы могут вообще не иметь оси симметрии , обычно из-за того, что их части расположены по спирали.

Актиноморфный [ править ]

Wurmbea stricta , его листочки околоцветника в актиноморфном расположении

Большинство цветов актиноморфны («звездообразные», «радиальные»), то есть их можно разделить на 3 или более идентичных сектора, которые связаны друг с другом вращением вокруг центра цветка. Обычно каждый сектор может содержать один листочек околоцветника или один лепесток и один чашелистик и так далее. Разделение цветка на симметричные половины одним и тем же числом продольных плоскостей, проходящих через ось, может быть или невозможно: олеандр - это пример цветка без таких зеркальных плоскостей. Актиноморфные цветы еще называют радиально-симметричными или правильными цветками. Другими примерами актиноморфных цветов являются лилия ( Lilium , Liliaceae ) илютик ( Ranunculus , Ranunculaceae ).

Зигоморфный [ править ]

Satyrium carneum . Наземная орхидея с типичной зигоморфной цветочной анатомией

Зигоморфные («в форме ярма », «двусторонний» - от греч. Ζυγόν , зигон , иго и μορφή, морфе , форма) цветы могут быть разделены только одной плоскостью на две зеркальные половины, что очень похоже на ярмо или человеческое лицо. Примерами являются орхидеи и цветы большинства представителей семейства Lamiales (например, Scrophulariaceae и Gesneriaceae ). Некоторые авторы предпочитают термин «моносимметрия» или «двусторонняя симметрия». ^[1] Асимметрия позволяет осаждать пыльцу в определенных местах насекомых-опылителей, и эта специфика может привести к появлению новых видов. ^[2]

Асимметрия [ править ]

У некоторых видов растений цветы лишены какой-либо симметрии и, следовательно, обладают «ручностью». Примеры: валериана лекарственная и канна индика . ^[3]

Различия [ править ]

Актиноморфные цветки - базальный признак покрытосеменных; зигоморфные цветки - это производный признак, который эволюционировал много раз. ^[4]

Некоторые знакомые и кажущиеся актиноморфными так называемые цветы, такие как цветы маргариток и одуванчиков ( Asteraceae ) и большинство видов Protea , на самом деле представляют собой группы крошечных (не обязательно актиноморфных) цветков, расположенных в примерно радиально-симметричное соцветие формы, известной как голова, головка или pseudanthium .

Пелория [ править ]

Пелория или пелорический цветок - это аберрация, при которой растение, которое обычно производит зигоморфные цветы, вместо этого производит актиноморфные цветы. Эта аберрация может быть связана с развитием или иметь генетическую основу: ген CYCLOIDEA контролирует симметрию цветков. Растения Peloric Antirrhinum были получены путем выключения этого гена. ^[4] Многие современные сорта Sinningia speciosa («глоксиния») были выведены с пелорическими цветками, поскольку они крупнее и ярче, чем обычно зигоморфные цветки этого вида.

Чарльз Дарвин исследовал пелорию в Antirrhinum (львиный зев), исследуя наследование цветочных характеристик для своей книги «Разнообразие животных и растений при одомашнивании» . ^[5] Более поздние исследования с использованием Digitalis purpurea показали, что его результаты ^{[6] в} значительной степени соответствовали теории Мендели . ^[7]

Группы симметрии [ править ]

Если мы рассмотрим только те цветы, которые состоят из одного цветка, а не цветочную головку или другую форму соцветия , мы можем разделить их симметрии на относительно небольшое количество двумерных групп симметрии. Эти группы характеризуются двумя типами симметрий: отражательной (или зеркальной) симметрией и вращательной симметрией. Цифры, левоинвариантные относительно отражений вокруг одной оси имеют симметрию отражения, который описан в циклической группу из порядка 2, (иногда обозначаемой ). Фигуры, которые остаются инвариантными относительно поворотов на, обладают вращательной симметрией, принадлежащей циклической группе порядка , (или${\ displaystyle C_ {2}}$${\ displaystyle Z_ {2}}$${\ displaystyle 2 \ pi / n}$${\ displaystyle n}$${\displaystyle C_{n}}$${\displaystyle Z_{n}}$). Многие цветы , которые инвариантны относительно вращений по также инвариантны относительно отражений относительно различных осей, сочетание этих два форм симметрий большой группы диэдра размерности , (который имеет порядок ).${\displaystyle 2\pi /n}$${\displaystyle n}$${\displaystyle n}$${\displaystyle D_{n}}$${\displaystyle 2n}$

Цветы с двусторонней симметрией , такие как орхидеи, обладают симметрией отражения относительно одной оси и не имеют симметрии вращения, что означает, что они описываются просто группой отражения .${\displaystyle C_{2}}$

Однодольные идентифицируются по их трехцветным лепесткам , что означает, что они часто инвариантны относительно вращения и, следовательно, обладают симметрией вращения . Однодольные, обладающие вращательной симметрией, но не зеркальной (например, если их лепестки обладают хиральностью ), описываются циклической группой порядка 3 , а однодольные как с симметрией вращения, так и с симметрией отражения относительно трех осей описываются двугранной группой размерности 3 ,.${\displaystyle 2\pi /3}$${\displaystyle C_{3}}$${\displaystyle D_{3}}$

Эвдикоты с четырехкратными или пятичленными лепестками часто инвариантны при поворотах на или . Опять же, наличие у них зеркальных плоскостей решает, принадлежат ли они диэдральным ( и ) или циклическим группам ( или ). ${\displaystyle \pi /2}$${\displaystyle 2\pi /5}$${\displaystyle D_{4}}$${\displaystyle D_{5}}$${\displaystyle C_{4}}$${\displaystyle C_{5}}$

Мы можем видеть тенденцию формирования того, что в целом порядок циклической группы или размерности двугранной группы, которая описывает симметрию цветка, будет соответствовать мерности его лепестков. Однако чашелистики некоторых однодольных цветов развиваются так, чтобы повторять лепестки, поэтому на поверхности некоторые однодольные могут иметь вращательную симметрию порядка 6 и принадлежать либо к группе симметрии, либо к . Некоторые составные цветы также могут иметь, по крайней мере, поверхностную циклическую или двугранную симметрию. Насколько точна эта симметрия, зависит от строения головки цветка. Даже у однодольных и эвдикотов цветочная симметрия редко бывает идеальной, так как любые недостатки лепестков приведут к несовершенной инвариантности при вращении или отражении.${\displaystyle D_{6}}$${\displaystyle C_{6}}$

См. Также [ править ]

• Узоры в природе
• Филлотаксис
• Симметрия в биологии
• Мутовка (ботаника)

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Craene, Луи П. Ронсе Де (2010), Цветочные диаграммы: помощь в понимании морфологии и эволюции цветов , Кембридж: Издательство Кембриджского университета, ISBN 9780521493468
• Дарвин, Чарльз (1868). Изменчивость животных и растений при одомашнивании . II . Лондон: Джон Мюррей.
• Эндресс, ПК (февраль 2001 г.). «Эволюция цветочной симметрии». Curr. Opin. Plant Biol . 4 (1): 86–91. DOI : 10.1016 / S1369-5266 (00) 00140-0 . PMID  11163173 .
• Нил PR; Дафни А .; Джурфа М. (1998). «Цветочная симметрия и ее роль в системах растение-опылитель: терминология, распространение и гипотезы». Annu Rev Ecol Syst . 29 : 345–373. DOI : 10.1146 / annurev.ecolsys.29.1.345 . JSTOR  221712 .