Цветочная симметрия

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

Цветочная симметрия описывает, может ли и каким образом цветок , в частности его околоцветник , быть разделен на две или более идентичные или зеркальные части.

В редких случаях цветы могут вообще не иметь оси симметрии , как правило, потому, что их части расположены по спирали.

Актиноморфный

Wurmbea stricta , его листочки околоцветника в актиноморфном расположении

Большинство цветков актиноморфны («звездообразные», «радиальные»), то есть их можно разделить на 3 или более одинаковых сектора, которые связаны друг с другом вращением вокруг центра цветка. Как правило, каждый сектор может содержать один листочек околоцветника или один лепесток и один чашелистик и так далее. Можно или нельзя разделить цветок на симметричные половины одинаковым количеством продольных плоскостей, проходящих через ось: олеандр — пример цветка без таких зеркальных плоскостей. Актиноморфные цветки также называют радиально-симметричными или правильными цветками. Другими примерами актиноморфных цветов являются лилия ( Lilium , Liliaceae ) и лилия.лютик ( Ranunculus , Ranunculaceae ).

Зигоморфный

Сатириум карнеум . Наземная орхидея с типичной зигоморфной анатомией цветка.

Зигоморфные (« ярмообразные », «двусторонние» — от греч. ζυγόν , zygon , ярмо, и μορφή, morphe , форма) цветки могут быть разделены только одной плоскостью на две зеркальные половины, подобно коромыслу или человеческому телу. лицо. Примерами являются орхидеи и цветы большинства представителей семейства Lamiales (например, Scrophulariaceae и Gesneriaceae ). Некоторые авторы предпочитают термин моносимметрия или билатеральная симметрия. ^[1] Асимметрия позволяет пыльце откладываться в определенных местах на насекомых-опылителях, и эта специфичность может привести к эволюции новых видов. ^[2]

В глобальном масштабе и внутри отдельных сетей зигоморфные цветы составляют меньшинство. Растения с зигоморфными цветками имеют меньше видов-посетителей по сравнению с растениями с актиноморфными цветками. Подсети растений с зигоморфными цветками имеют большую связь, большую асимметрию и меньшую устойчивость к совместному исчезновению как для растений, так и для видов-посетителей. Таксоны растений с зигоморфными цветками могут подвергаться большему риску исчезновения из-за уменьшения количества опылителей . ^[3]

Асимметрия

У некоторых видов растений цветы лишены какой-либо симметрии и, следовательно, имеют «ручность». Примеры: Валериана лекарственная и Канна индика . ^[4]

Отличия

Актиноморфные цветки относятся к прикорневым покрытосеменным признакам; зигоморфные цветки - производный признак, который много раз эволюционировал. ^[5]

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

Пелория

Пелория или пелорический цветок - это аберрация, при которой растение, которое обычно производит зигоморфные цветы, вместо этого дает актиноморфные цветы. Эта аберрация может быть связана с развитием или иметь генетическую основу: ген CYCLOIDEA контролирует симметрию цветка. Растения Peloric Antirrhinum были получены путем нокаута этого гена. ^[5] 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 (львином зеве), исследуя наследование цветочных характеристик для своей книги «Изменение животных и растений в условиях одомашнивания» . ^[6] Более поздние исследования с использованием Digitalis purpurea показали, что его результаты ^[7] в значительной степени соответствовали теории Менделя . ^[8]

Группы симметрии

Если мы рассмотрим только те цветы, которые состоят из одного цветка, а не цветочной головки или другой формы соцветия , мы можем разделить их симметрии на относительно небольшое количество двумерных групп симметрии. Эти группы характеризуются двумя типами симметрии: отражательной (или зеркальной) симметрией и вращательной симметрией. Фигуры, остающиеся инвариантными при отражениях вокруг одной оси, обладают отражательной симметрией, которая описывается циклической группой 2- го порядка (иногда обозначаемой ). Фигуры, остающиеся инвариантными относительно вращений, имеют вращательную симметрию, принадлежащую циклической группе порядка , (или${\ displaystyle C_ {2}}$${\ Displaystyle Z_ {2}}$${\ Displaystyle 2 \ пи / п}$${\ displaystyle n}$${\ Displaystyle С_ {п}}$${\ Displaystyle Z_ {п}}$). Многие цветы, инвариантные относительно вращений , также инвариантны относительно отражений относительно различных осей, комбинация этих двух симметрий образует большую диэдральную группу размерности ( которая имеет порядок ).${\ Displaystyle 2 \ пи / п}$${\ 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 вращательной симметрии, что означает, что они описываются просто группой отражения .${\displaystyle C_{2}}$

Однодольные можно идентифицировать по их трехчленным лепесткам , что означает, что они часто инвариантны относительно вращения и, таким образом, обладают вращательной симметрией . Однодольные, обладающие вращательной симметрией, но не зеркальной симметрией (например, если их лепестки проявляют хиральность ), описываются циклической группой порядка 3, , а однодольные, обладающие как вращательной симметрией, так и симметрией отражения относительно 3 осей, описываются диэдральной группой размерности 3, .${\displaystyle 2\pi /3}$${\displaystyle C_{3}}$${\displaystyle D_{3}}$

Эвдикоты с четырехчленными или пятичленными лепестками часто инвариантны относительно поворотов на или . Опять же, наличие у них зеркальных плоскостей определяет, принадлежат ли они к 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 видим, что формируется тенденция, что в общем случае порядок циклической группы или размерность диэдральной группы, описывающей симметрию цветка, будет соответствовать размеру его лепестков. Однако чашелистики некоторых однодольных цветков развиваются, чтобы воспроизвести лепестки, поэтому на первый взгляд некоторые однодольные растения могут иметь вращательную симметрию 6-го порядка 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 эвдидольных симметрия цветков редко бывает идеальной, поскольку любые дефекты лепестков приведут к несовершенной инвариантности при вращении или отражении.${\displaystyle D_{6}}$${\displaystyle C_{6}}$

Смотрите также

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

использованная литература

Библиография

• Крейн, Луи П. Ронс Де (2010), Цветочные диаграммы: помощь в понимании морфологии и эволюции цветков , Кембридж: издательство Кембриджского университета, ISBN 9780521493468
• Дарвин, Чарльз (1868 г.). Изменчивость животных и растений при одомашнивании . II . Лондон: Джон Мюррей.
• Эндресс, ПК (февраль 2001 г.). «Эволюция цветочной симметрии». Курс. мнение Биол растений . 4 (1): 86–91. doi : 10.1016/S1369-5266(00)00140-0 . PMID  11163173 .
• Нил пиар; 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 .