חשוב ללמוד על רבייה של צמחים!

כולם יודעים שפרחי צמחים בדרך כלל גדלים מזרעים, אולם האם אי פעם תהיתם מהיכן הזרעים מגיעים? זרעים נוצרים כאשר אבקה (מהחלק הזכרי של פרח) מגיעה לביצית (מהחלק הנקבי של פרח). זה נראה פשוט למדי, אולם למעשה ישנן דרכים שונות שבהן צמחים יכולים להתרבות! במאמר הזה נלמד על חלק מהשיטות של רבייה צמחית, כמו גם על חלק מהיתרונות והחסרונות של שיטות הרבייה השונות האלה.

ישנן סיבות רבות לכך שחשוב למדענים לחקור רבייה של צמחים. לדוגמה, צמחים חשובים מאוד למזון שאתם, משפחותיכם, החברים שלכם והמורים שלכם אוכלים, ואפילו למה שחיות המחמד שלכם אוכלות. אנו יכולים לאכול צמחים באופן ישיר, כמו למשל פירות או ירקות. אנו זקוקים לצמחים גם עבור שאר המזון שלנו, כמו למשל עשב שפרות אוכלות כדי לספק לנו חלב, גבינה ויוגורט. באמצעות למידה על צמחים שאנו צריכים עבור מזון, מדענים יכולים להבין כיצד אנו יכולים לגדל יותר צמחים כאלה, כיצד לגדלם יותר ביעילות וכיצד להשתמש בפחות משאבים יקרי ערך כמו למשל אדמה ומים בגידול של המזונות האלה. חוץ ממזון, האם אתם יכולים לחשוב על דרכים נוספות שבהן אנו משתמשים בצמחים?

צמחים שמקיימים הַאֲבָקָה עצמית והכלאה הדדית: כיצד שני סוגי הצמחים האלה שונים?

צמחים שמקיימים הַאֲבָקָה עצמית (שנקראים באנגלית selfers מלשון self-עצמי), יוצרים אבקה שיכולה להפרות את הביציות של עצמם (איור 1A). אם לצמח יש חלקים זכריים ונקביים, הוא נקרא הרמפרוֹדיטי. לעיתים ישנם פרחים נקביים וזכריים מופרדים, אולם הם עדיין נמצאים על אותו הצמח. הצמחים האלה נקראים מוֹנוֹסיים (משמעות המילה היא “בית אחד”). צמחים מונוסיים הם דוגמאות לצמחים שמקיימים האבקה עצמית, מאחר שהם לא זקוקים לשני צמחים שונים כדי להתרבות. כמה מהצמחים שמקיימים האבקה עצמית ומופיעים באיור 2 אתם מכירים?

צמחים שמקיימים הכלאה הדדית (ידועים באנגלית כ-outcrossers), זקוקים לשני צמחים שונים כדי להתרבות. לעיתים, פרח יכול להכיל גם אבקה וגם ביציות, אולם הם לא יכולים להפרות זו את זו; זה נקרא אי-סבילות עצמית (self-incompatibility). כדי שצמחים שמקיימים הכלאה הדדית יתרבו, האבקה והביציות צריכות להיות מצמחים שונים. במקרים אחרים, שני המינים מופרדים לחלוטין, כאשר חלק מהצמחים מייצרים פרחים זכריים בלבד, ואחרים מייצרים פרחים נקביים בלבד. זה דומה לאופן שבו רבייה פועלת אצל מרבית החיות. מדענים קוראים לצמחים האלה דו-ביתיים (איור 1B). האבקה מהצמחים הזכריים צריכה “לטייל” אל הביציות של הצמחים הנקביים כדי לייצר זרעים. בסביבות 5% בלבד ממיני הצמחים הידועים הם דו-ביתיים, אולם זה לא אומר שהם לא שכיחים! [1]. כמה מהצמחים שמופיעים באיור 2 ומקיימים הכלאה הדדית אתם מכירים?

כיצד מדענים חוקרים צמחים דו-ביתיים?

ישנן עדיין תעלומות רבות בנוגע לאופן ולסיבה לכך שחלק מסוגי הצמחים שמקיימים הכלאה הדדית הם דו-ביתיים. מדענים החליטו להסתכל בדנ“א של סוגי צמחים דו-ביתיים שונים רבים, כדי לנסות להבין מה גורם להם להיות זכריים או נקביים. יש הרבה דברים שאפשר ללמוד מהדנ”א שלא כל כך פשוט ללמוד מהסתכלות על צמח או מגידולו. רצף הדנ“א דומה לאותיות על מקלדת: האותיות עצמן לא אומרות כלום, אולם כשאתם מחברים אותן יחד אתם יכולים ליצור מילים. ה”מילים“ האלה בדנ”א נקראות גֶּנִים, והן מספקות לצמחים מידע כמו למשל מה תהיה צורת העלים שלהם, האם הם יגדלו קוצים או לא, או האם הם יהיו זכריים או נקביים.

מדענים השוו בין גֶּנִים של כמה צמחים דו-ביתיים במטרה להבין אלה גנים חשובים בקביעת הזכריוּת או הנקביוּת של הצמח. הם גילו שישנן כמה דרכים שבהן צמח יכול לקבוע את המין שלו. לדוגמה, יכולים להיות גנים בדנ“א שגורמים לצמח להיות זכרי או גנים שמונעים ממנו להיות נקבי [1].

התבוננות על דנ”א של צמחים היא לא הדרך היחידה שבה מדענים יכולים ללמוד על ההבדלים שבין צמחים זכריים ונקביים. לדוגמה, הם יכולים לחקור את הבדלי הצורה בין פרחים זכריים ונקביים. אתם גם יכולים לעשות את זה!

יתרונות וחסרונות של שיטות רבייה

שלא כמו בני אדם, צמחים לא יכולים לזוז. משמעות הדבר היא שצמחים צריכים להשתמש באסטרטגיות אחרות כדי להזיז אבקה לביציות לצורך ייצור זרעים. עבור צמחים המקיימים הכלאה הדדית, הצמחים הזכריים לא צריכים להשקיע את האנרגיה שלהם ביצירת זרעים, אז הם יכולים להשקיע יותר אנרגיה ביצירה של אבקה איכותית ובהפצתה. באופן דומה, מאחר שצמחים נקביים לא צריכים לייצר אבקה, הם יכולים להשקיע יותר אנרגיה ביצירת ביציות איכותיות. משמעות הדבר היא שהם יכולים להעביר יותר משאבים לצאצאים שלהם כדי לשפר את סיכוייהם לשרוד. יתרה מזו, מאחר שצמחים דו-ביתיים זקוקים לשני סוגי צמחים שונים כדי להתרבות, הצאצאים יכילו מגוון רחב יותר של גנים שהם מקבלים מהוריהם. זה חשוב במיוחד אם הסביבה משתנה, מאחר שצאצאים עם מגוון גדול יותר של גנים יהיו בעלי סיכויים גבוהים יותר להכיל גנים שמסייעים להם להסתגל לסביבה חדשה. מצד שני צמחים שמקיימים האבקה עצמית, שהצאצאים שלהם קיבלו גנים רק מהורה אחד, יכילו מגוון קטן יותר של גנים ועשויים לחוות קשים בהסתגלות לשינויים בסביבה. זהו יתרון די משמעותי עבור צמחים שמקיימים הכלאה הדדית! למדתם קודם שרק 5% ממיני הצמחים מתרבים באופן הזה – זה לא הרבה. האם אתם יכולים לחשוב על סיבות לכך שהכלאה הדדית עשויה שלא להיות האסטרטגיה הטובה ביותר עבור התרבוּת של צמח?

למדענים יש כמה רעיונות מדוע צמחים שמקיימים הכלאה הדדית אינם שכיחים כמו צמחים שמקיימים האבקה עצמית. ראשית, מאחר שצמחים זכריים ונקביים שמקיימים הכלאה הדדית זקוקים לסביבה ולמשאבים דומים כדי לשרוד, הם צריכים להתחרות זה בזה אם הם קרובים אחד לשני. 31% מהצמחים הדו-ביתיים נמנעים מעניין התחרות באמצעות הסתמכות על הרוח שתישא את האבקה לצמחים הנקביים. זה הרבה יותר מאשר 6% של צמחים שמקיימים האבקה עצמית שמשתמשים בהאבקה באמצעות הרוח (איור 3A) [1]. בעוד שהצמחים כבר לא מתחרים על משאבים כשהם משתמשים ברוח עבור האבקה, הזכרים צריכים ליצור הרבה יותר אבקה כדי להגדיל את הסיכויים שהאבקה שלהם תגיע לביציות הנקבות המרוחקות. אתם יכולים לחשוב על זה כמו זריקת כדורסל אל הסל (איור 3B). להיות צמח שמקיים האבקה עצמית זה כמו לזרוק כדורסל ממש מתחת לחישוק הסל. להיות צמח דו-ביתי זה כמו לזרוק כדורסל לסל שנמצא במרחק של חצי מגרש: אתם צריכים הרבה יותר כדורים כדי להגדיל את הסיכויים שלכם לקלוע לסל.

הסיבה השנייה לכך שצמחים שמקיימים הכלאה הדדית עשויים שלא להיות שכיחים כמו צמחים שמקיימים האבקה עצמית היא שגם הזכרים וגם הנקבות לא מסוגלים לייצר צאצאים ללא המין השני. אם כל הזכרים או כל הנקבות ימותו, אז מינֵי הצמח יכחדו. צמחים בעלי האבקה עצמית לא צריכים לדאוג לגבי העניין הזה מאחר שהם לא תלויים בצמחים אחרים עבור ייצור של זרעים.

כיצד המידע הזה מסייע לחקלאים?

חקלאים חשובים מאוד עבורנו מאחר שהם מגדלים את המזון שאנו אוכלים. מדענים יכולים לחלוק עם חקלאים את מה שהם לומדים על צמחים, כך שהם יוכלו לגדל יותר מזון ובאופן יותר יעיל. בואו נאמר שאתם חקלאים ושאתם רוצים לגדל גפני קיווי, שאתם יודעים שהוא דו-ביתי. כחקלאים, אתם צריכים לגדל עצי קיווי זכריים, שלא מייצרים פירות קיווי אולם נדרשים כדי לייצר אבקה לעצי הקיווי הנקביים. אתם יכולים לשאול מדענים מהי כמות גפני הקיווי הזכריים הקטנה ביותר שצריך במטרה להאביק את גפני הנקבה, כך שלא תצטרכו לבזבז משאבים כמו מים ואדמה כדי לגדל גפנים זכריים מיותרים. יתרה מזו, כחקלאי קיווי אתם יודעים שאתם צריכים לגדל את הגפנים שלכם במשך כמה שנים לפני שהם מתחילים להניב פירות. כאשר גפן קיווי הוא צעיר, קשה לומר אם הוא זכרי או נקבי. אתם יכולים לבקש ממדענים להסתכל על הדנ“א של גפן הקיווי הצעיר שלכם במטרה להבין אלה גפנים זכריים ואלה נקביים. אתם יכולים להשתמש במידע הזה כדי לוודא שהצמחים הזכריים מפוזרים טוב בחווה שלכם, ושאין יותר מדי גפנים זכריים בסך הכול.

מסקנות

כעת, משלמדתם על האופן שבו רבייה צמחית פועלת, אתם יכולים להסתכל אחרת על צמחים. בפעם הבאה שתראו פרח, אולי תרצו להסתכל עליו מקרוב יותר. האם אתם יכולים להגיד אם יש לו חלקים זכריים, או נקביים, או שניהם? בפעם הבאה שתראו צמח שהזכרנו במאמר הזה, אולי תספרו על כך לחברים או למשפחה שלכם. ”היי, האם אתם יודעים שהקיווי בצלחת שלי הוא צמח דו-ביתי?!“

מילון מונחים

אבקה (Pollen): ↑ גרגרים מיקרוסקופיים שגדלים על החלק הזכרי של פרחים בסופו של המאבּק (ראו איור 1), שיכולים להפרות את החלק הנקבי של פרחים (ראו ”ביצית“).

ביצית (Ovule): ↑ החלק הנקבי של פרח שיכול להיות מופרה (ראו ”אבקה“).

צמח המקיים האבקה עצמית (Selfer): ↑ צמח שמפרה את הביציות של עצמו באמצעות האבקנים שלו, כך שהוא יכול ליצור זרעים בעצמו. צמחים כאלה כוללים גם צמחים מונוסיים וגם צמחים הרמפרודיטים.

הרמפרוֹדיטי (Hermaphroditic): ↑ צמח שיש לו איברי רבייה זכריים ונקבים ש(לעיתים קרובות) נמצאים באותו הפרח.

מוֹנוֹסי (Monoecious): ↑ צמח שיש לו איברי רבייה זכריים ונקביים שנמצאים בפרחים שונים.

צמח המקיים הכלאה הדדית (Outcrosser): ↑ צמח שביציות שלו מופרות על ידי אבקנים של צמח שונה מאותו המין. לעיתים לצמחים כאלה יש איברי רבייה זכריים ונקביים באותו הצמח, אולם הם עדיין זקוקים להפריה מצמח אחר.

דו-ביתי (Dioecious): ↑ צמח שיש לו רק פרחים זכריים או רק פרחים נקביים.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.