本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,僅反映作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點。
“深入觀察”是 PBS 的超高畫質短影片系列(我去年在這裡寫過相關文章),最新一集以節日為主題,我認為非常值得分享。
我注意到一個小小的技術錯誤:旁白說“種子必須暴露才能捕捉花粉並受精”……實際上,是卵子或胚珠。在它們受精之前,它們還不是種子。
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球果內的那些種子是某些松樹“松子”的來源,這些松樹將大量營養儲藏在種子中。
如果您對這個解釋感到滿意(就目前而言,它也是正確的),那麼可以就此停止閱讀。但聖誕樹性 繁殖的實際情況比“深入觀察”節目所展示的要複雜得多,也更奇怪。這是因為針葉樹(像所有植物一樣)實際上擁有動物所缺乏的完全不同的生命形式/階段:配子體。
什麼是配子體?嗯,你體內除卵細胞或精子細胞外的每個細胞都是二倍體——也就是說,每個細胞包含兩整個人類 DNA 副本,一套來自你的母親,一套來自你的父親。你可能還記得高中生物課上老師強調的,我們所有的 23 條染色體都是成對出現的。
通常,在你的卵巢或睪丸中,這些二倍體細胞會經歷減數分裂——一種減數細胞分裂(老師一直強調的另一個令人討厭的術語)——從而在卵細胞和精子細胞中只剩下一套染色體。這樣,當卵細胞與精子細胞結合時,產生的合子最終會再次獲得兩整套染色體(而不是四套)。
現在想象一下,你不是製造單倍體(單 DNA 副本)的卵細胞和精子細胞,而是製造了被稱為孢子的單倍體細胞。這些細胞不是與另一個孢子融合以重新建立二倍體狀態,而是透過通常的方法(有絲分裂)開始分裂,並生長成完全不同的人類形態。這個人類分身(如果它像植物一樣,就不會看起來像人類,並且可能是也可能不是自由生活的!)——然後會繼續製造卵細胞和精子細胞。這就是配子體。
在苔蘚和蕨類植物等更早進化的植物中,配子體是一種大型、可見且自由生活的生物體。蕨類植物的配子體是一種獨立的小植物,獨自生活在森林底層植被中。在針葉樹等較晚進化的植物中,雌性配子體是隱藏在孢子體(我們看到的大型二倍體植物)雌球果內的小而不顯眼的細胞團。它會產生一個卵子進行受精,但配子體的其餘細胞會分裂,成為胚胎的食物,而胚胎將是受精的結果。
當你吃松子時,你吃的大部分是雌性配子體。裡面隱藏著一個小小的植物胚胎——如果你把松子切成兩半,你就會看到它可愛又天真地藏在那裡,就像你把花生掰成兩半一樣——而且它是二倍體。與紅藻紫菜(用於製作包裹壽司的紫菜)一起,松子可能是人類日常食用的唯一單倍體食物。
雄性配子體只有四個細胞大小,但它獲得了雌性配子體夢寐以求的暴露機會和冒險經歷。它就是雄性花粉粒,你在影片結尾看到的小小的帶翅膀的結構。在花粉粒內部是一個細胞,它有一天會分裂形成兩個精子細胞核(針葉樹精子不僅沒有尾巴,甚至沒有自己獨立的細胞),然後它們會沿著另一個細胞產生的花粉管進入雌性配子體——如果它們足夠幸運地落在雌球果上,而不是落在你剛洗過的車上。
如果您像我一樣喜歡生命週期圖,那麼這裡有一個很好的圖表,總結了聖誕樹誠然令人困惑,甚至可能令人驚訝地複雜的性 繁殖。