Для опылителей, которые могут видеть в ультрафиолете, подсолнухи имеют дополнительную цветовую гамму. (Unsplash/Марко де Эвиа), CC BY-SA

Цветы являются одним из самых ярких примеров разнообразия в природе, демонстрируя бесчисленное множество комбинаций цветов, узоров, форм и запахов. Они варьируются от красочных тюльпанов и маргариток до ароматных жасмин и гигантских, трупные цветы с гнилостным запахом. Разнообразие и разнообразие поражают — подумайте о орхидея в форме утки.

Но как бы мы ни ценили красоту и разнообразие цветов, они буквально не предназначены для наших глаз.

Цель цветов — привлекать опылителей, и цветы обслуживают их чувства. Ярким примером этого являются ультрафиолетовые (УФ) узоры. Многие цветы накапливают в своих лепестках УФ-пигменты, образуя невидимые для нас узоры. но это видят большинство опылителей.

Несоответствие между тем, что мы видим, и тем, что видят опылители, особенно бросается в глаза в случае с подсолнухами. Несмотря на их культовый статус в популярной культуре (о чем свидетельствует, возможно, сомнительная честь быть один из пяти видов цветов с выделенным смайликом), вряд ли они кажутся лучшим примером цветочного разнообразия.

Как насекомые видят мир?

Другой свет

То, что мы обычно считаем одним подсолнухом, на самом деле представляет собой гроздь цветов, называемую соцветием. Все дикие подсолнухи, которых насчитывается около 50 видов в Северной Америке, имеют очень похожие соцветия. На наш взгляд, их язычки (увеличенные, сросшиеся лепестки самой внешней мутовки цветков в соцветии подсолнуха) такие же однородные, знакомого ярко-желтого цвета.

Однако, если смотреть в УФ-спектре (то есть за пределами того типа света, который могут видеть наши глаза), все обстоит совсем по-другому. Подсолнухи накапливают пигменты, поглощающие УФ-излучение, в основании язычков. По всему соцветию это приводит к УФ-узор "яблочко".

В недавнем исследовании мы сравнили почти 2,000 диких подсолнухов. Мы обнаружили, что размер этих УФ-лучей сильно различается как между видами, так и внутри них.

Виды подсолнечника с наибольшим разнообразием размеров УФ-лучей: Подсолнечник обыкновенный, подсолнух обыкновенный. Х. аннуус это ближайший дикий родственник культурного подсолнечника, и является наиболее широко распространенным диким подсолнухом, произрастающим почти повсюду между южной Канадой и северной Мексикой. В то время как некоторые популяции Х. аннуус имеют очень маленькие УФ-яблоки, у других область, поглощающая ультрафиолет, покрывает все соцветие.

Привлечение опылителей

Почему так много вариаций? Ученые были осведомлены о цветочных УФ-паттернах длительное время. Некоторые из многочисленных подходов, использовавшихся для изучения роли этих паттернов в привлечении опылителей, были довольно изобретательными, в том числе вырезание и приклеивание лепестков or покрывая их солнцезащитным кремом.

Когда мы сравнили подсолнухи с разным УФ-яблочком, мы обнаружили, что опылители могли различать их и предпочитали растения с УФ-яблочком среднего размера.

Тем не менее, это не объясняет всего разнообразия УФ-паттернов, которое мы наблюдали в разных популяциях дикого подсолнечника: если промежуточные УФ-лучи привлекают больше опылителей (что явно преимущество), почему существуют растения с маленькими или большими УФ-яблоками?

 Подсолнухи с разной УФ-схемой «яблочко», как мы их видим (вверху) и как их может видеть пчела (внизу). (Марко Тодеско), Автор условии

Другие факторы,

Хотя привлечение опылителей, несомненно, является основной функцией цветочных признаков, появляется все больше свидетельств того, что факторы, не являющиеся опылителями например, температура или травоядные животные могут влиять на эволюцию таких характеристик, как цвет и форма цветка.

Мы нашли первый ключ к разгадке того, что это также может иметь место для УФ-паттернов у подсолнухов, когда мы посмотрели, как их вариации регулируются на генетическом уровне. Один ген, HaMYB111, отвечает за большую часть разнообразия УФ-паттернов, которые мы видим в Х. аннуус. Этот ген контролирует производство семейства химических веществ, называемых флавоноловые гликозиды, которые мы обнаружили в высоких концентрациях в УФ-поглощающей части лигул. Флавоноловые гликозиды не только поглощают УФ-излучение, но и играют важную роль в оказании помощи растениям. справляться с различными экологическими стрессами.

Вторая подсказка пришла из открытия, что тот же самый ген отвечает за УФ-пигментацию лепестков цветка. кресс-салат, Arabidopsis thaliana. Кресс-салат является наиболее часто используемой модельной системой в генетике растений и молекулярной биологии. Эти растения способны опылять себя, и поэтому вообще обходятся без опылителей.

Поскольку им не нужно привлекать опылителей, у них маленькие непритязательные белые цветки. Тем не менее, их лепестки полны флавонолов, поглощающих УФ-излучение. Это говорит о том, что существуют причины, не связанные с опылением, для присутствия этих пигментов в цветках кресс-салата.

Наконец, мы заметили, что популяции подсолнечника из более сухого климата имеют постоянно более крупные УФ-яблочки. Одной из известных функций флавоноловых гликозидов является регулировать транспирацию. Действительно, мы обнаружили, что лигулы с большой УФ-диаграммой (которые содержат большое количество гликозидов флавонолов) теряли воду гораздо медленнее, чем язычки с небольшой УФ-диаграммой.

Это говорит о том, что, по крайней мере, у подсолнухов узоры цветочной УФ-пигментации выполняют две функции: улучшают привлекательность цветков для опылителей и помогают подсолнечникам выживать в более засушливой среде за счет сохранения воды.

Бережливая эволюция

Итак, чему это нас учит? Во-первых, эта эволюция бережлива и, если возможно, будет использовать одну и ту же черту для достижения более чем одной адаптивной цели. Он также предлагает потенциальный подход к улучшению культивируемого подсолнечника за счет одновременного повышения уровня опыления и повышения устойчивости растений к засухе.

Наконец, наша работа и другие исследования, посвященные разнообразию растений, могут помочь в прогнозировании того, как и в какой степени растения смогут справиться с изменением климата, которое уже меняет среду, к которой они приспособлены.

Об авторе

Марко Тодеско, Научный сотрудник, Биоразнообразие, Университет Британской Колумбии

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

ИНГ