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 франжипани и гигантских трупных цветов с гнилостным запахом . Разнообразие и разнообразие поразительны — вспомните орхидею 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 узоры, невидимые для нас, но видимые большинством 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 одним из пяти видов цветов с выделенным смайликом ), они вряд ли кажутся лучшим примером цветочного разнообразия.
Другой свет
То, что мы обычно считаем одним подсолнухом , на самом деле представляет собой гроздь цветов, называемую соцветием. Все дикие подсолнухи, которых в Северной Америке насчитывается около 50 видов , имеют очень похожие соцветия. На наш взгляд, их язычки ( увеличенные, сросшиеся лепестки самой внешней мутовки цветков в соцветии подсолнуха ) такие же однородные, знакомые ярко-желтые.
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-рисунку «яблочко» .
В недавнем исследовании мы сравнили почти 2000 диких подсолнухов . Мы обнаружили, что размер этих УФ-лучей сильно различается как между видами, так и внутри них.
Разновидностью подсолнечника с самым большим разнообразием размеров УФ-лучей является Helianthus annuus, подсолнечник обыкновенный. H. annuus является ближайшим диким родственником культивируемого подсолнечника и наиболее широко распространенным из диких подсолнухов, произрастающим почти повсюду между южной Канадой и северной Мексикой. В то время как некоторые популяции H. annuus имеют очень маленькие УФ-яблоки, у других область, поглощающая ультрафиолет, охватывает все соцветие.
Привлечение опылителей
Почему так много вариаций? Ученые уже давно знают о цветочных УФ-паттернах . Некоторые из многочисленных подходов, которые использовались для изучения роли этих узоров в привлечении опылителей, были довольно изобретательными, включая вырезание и приклеивание лепестков или покрытие 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 диких подсолнухов: если промежуточные УФ-яблочки привлекают больше опылителей (что, безусловно, является преимуществом ), почему существуют растения с маленькими или большими УФ-яблочками?
Другие факторы
Хотя привлечение опылителей, несомненно, является основной функцией цветочных признаков, появляется все больше свидетельств того, что факторы, не связанные с опылителями, такие как температура или травоядные, 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 наблюдаем у H. annuus. Этот ген контролирует выработку семейства химических веществ, называемых флавонолгликозидами , которые мы обнаружили в высоких концентрациях в поглощающей УФ-излучение части лигул. Гликозиды флавонолов являются не только пигментами, поглощающими УФ-излучение, но и играют важную роль, помогая растениям справляться с различными стрессами окружающей среды .
Вторая подсказка пришла из открытия, что тот же самый ген отвечает за УФ-пигментацию лепестков кресс-салата, Arabidopsis thaliana . Кресс-салат является наиболее часто используемой модельной системой в генетике растений и молекулярной биологии. Эти растения способны самоопыляться, поэтому обычно 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 регулирование транспирации . 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.
