Рослини пристосовуються до нових запилювачів всього за кілька поколінь

Рослини пристосовуються до нових запилювачів всього за кілька поколінь

Про важливу роль тварин-запилювачів в еволюції писав ще Чарльз Дарвін, який присвятив антекологічним дослідженням (антекологія — «квіткова екологія», зараз зазвичай під цим терміном розуміється екологія запилення) кілька років свого плідного життя і написав за їх підсумками дві об'ємні праці — «Запилення у орхідних» і «Дія перехресного запилення та самозапилення в рослинному світі». Відтоді адаптації квіток до різних груп запилювачів стали хрестоматійними прикладами коеволюції (спільної еволюції), а чисельні приклади дивергенції — розбіжності ознак під дією добору — також відносяться до взаємин рослин і комах (втім, не тільки комах: запилювати можуть і колібрі, і летючі миші, і деякі інші тварини).

Часто вважають, що еволюційні процеси проходять неспішно і займають багато часу, але іноді така розбіжність ознак може відбуватись досить швидко. Наприклад, в експерименті над синюхою Polemonium viscosum, яка росте в горах Північної Америки, було показано, що нові ознаки можуть виникнути вже за одне покоління. Синюхи, які ростуть на межі лісу, запилюються різноманітними комахами (мухами, бджолами, джмелями) і мають вузький віночок. Квіти, які ростуть у високогірних тундрах, запилюються переважно джмелями, і їх віночок широкий (щоб виробляти більше привабливого нектару). На експериментальній ділянці рослини з вузькими віночками запилювались попередньо спійманими джмелями. В результаті квітки наступного покоління вже мали ширші віночки, ніж батьківські рослини.

Однак ця і подібні їй роботи проводились в природних популяціях, де діють і інші чинники — тому залишається лазівка для скептика: а чи в запилювачах справа? Можливо, відмінності пов'язані з чимось іншим, наприклад, особливостями ґрунту, клімату або патогенами?

Щоб усунути цю неоднозначність і виявити безпосередній вплив різних груп запилювачів на еволюцію рослин, вчені з Цюріхського університету провели експеримент для дослідження дивергенції ріпи Brassica rapa під впливом різних запилювачів — джмелів і мух-дзюрчалок. Ріпа була обрана як представник рослин-генералістів, що запилюються в природі різними групами комах. Насіння було взяте з одного джерела, щоб виключити можливі ефекти через різні сорти, але воно не було чистою лінією і мало достатню генетичну різноманітність, щоб від нього можна було очікувати швидкої відповіді на добір.

В експерименті рослини розділили на три групи: одна запилювалась виключно земляними джмелями Bombus terrestris, друга — дзюрчалками Episyrphus balteatus, яких іноді називають «мармеладними мухами», а третю запилювали самі дослідники (контрольна група). Експеримент з кожним типом запилення повторювали тричі, завжди використовуючи по 36 рослин для кожного типу (тобто в кожному повторі експерименту вирощувалось по 108 рослин). Рослини вирощувались в однакових умовах (ідентичний ґрунт, освітлення, умови поливу).

Експеримент тривав протягом одинадцяти поколінь. Насіння для кожного наступного покоління відбиралось пропорційно продуктивності рослин: якщо одна ріпа справила удвічі більше насіння, ніж інша, то при посадці рослин для наступного покоління від неї брали удвічі більше насіння. При цьому загальне число рослин в поколіннях зберігалось за рахунок того, що незапилені рослини не давали насіння.

Вчені вимірювали ознаки рослин (висоту, число квіток, розміри окремих частин квітки, а також кількість окремих пахучих речовин, що виділяються при цвітінні) кожне непарне покоління, щоб відстежити не лише кінцевий результат експерименту, але і динаміку змін. Крім того, через зв'язок ознак з насіннєвою продуктивністю рослин оцінювалась сила добору, що діє на ту чи іншу ознаку.

Групи запилюваних різними способами рослин з останнього, одинадцятого покоління суттєво різнились. Причому більше, ніж рослини між собою всередині кожної групи (це підтвердилось двома незалежними статистичними методами). Це говорить на користь того, що отримані результати виникли під дією саме добору, а не генетичного дрейфу.

В ході експерименту змінились ріпи як з «джмелиної», так і з «мушиної» групи. Причому зміни виявились різними, що як раз і говорить про адаптивну дивергенцію рослин під дією добору, викликаного наявністю різних запилювачів.

Запилювані джмелями ріпи стали вищими, більш пахучими (загальна кількість продукованих ними пахучих речовин подвоїлась), а відбиваюча ультрафіолет зона на пелюстках збільшилась (хоча в цілому забарвлення квіток залишилось незмінним). Змінився і запах, тобто склад пахучих речовин. Цікаво, що шість з восьми підтриманих добором ознак (як морфологічних, так і хімічних) позитивно корелюють з кількістю нектару, тобто можуть служити «чесними покажчиками» на якість квітки. Найголовніше ж — через одинадцять поколінь добору ріпи з джмелиної групи стали набагато привабливішими для джмелів, ніж ріпи з мушиної групи. Але що стосується загального числа виробленого насіння — нічого не змінилось. Ще одна помітна зміна в джмелиній групі — значно збільшилась частка рослин-ошуканців, які не виробляють нектар. Їх стало близько третини, тоді як в першому поколінні, з якого починався дослід, таких взагалі не було!

З ріпами в мушиній групі відбулись зовсім інші зміни. По-перше, у них збільшилась насіннєва продуктивність. Це можна було б пояснити підвищенням ефективності приваблення дзюрчалок, але мармеладні мухи не виявляли ніякого особливого інтересу ні до рослин з джмелиної, ні з мушиної групи, та й число відвідувань на одну квітку не змінилось. Безнектарні рослини з'явились і тут, але в незначній кількості (так само, як і в контрольній групі). Якихось помітних змін в загальному вигляді рослин не відбулось, вони стали тільки в 1,2 рази нижчими. Натомість у них зросла роль «допоміжних репродуктивних технологій» — самосумісності (здатності запилюватись власним пилком) і апоміксиса (здатності утворювати насіння без запилення), що в 15 разів збільшило число плодів, вироблених рослинами, які взагалі не відвідувались запилювачами! З цим співвідносяться і деякі інші тренди змін, помічені в цій групі: зменшення довжини маточки і продукції трьох пахучих речовин (втім, виділення ще однієї речовини, бензонітрила, збільшилось). Ці ознаки співвідносяться з так званим «синдромом самозапилення», тобто властиві самозапильним рослинам. Втім, інші ознаки (кількість нектару і розмір квітки зазвичай менші у рослин, які покладаються на себе, а не на комах) не змінились в цьому напрямку — автори пов'язують це з тим, що мухи-дзюрчалки все-таки відіграють роль в запиленні і сприяють добору на збереження цих ознак.

Таким чином, різні комахи викликали значне розходження ознак у рослин. Причому, що важливо, ріпа — це неспеціалізована рослина, пристосована до відвідування різними групами запилювачів — як бджолами, так і мухами (і не тільки дзюрчалками). І якщо в джмелиній групі пристосування йшло саме в бік кращого запилення відвідуючими їх комахами, то в мушиній добір призвів до розвитку альтернативних способів розмноження, при яких рослина покладається лише на себе, — мабуть, мармеладні мухи виявились в цілому малоефективними в запиленні квіток ріпи. Різкий ріст числа рослин-ошуканців, які не виробляють нектар, автори теж пов'язують з запиленням джмелями, оскільки ці комахи збирають пилок для вирощування свого потомства і тому готові відвідувати і такі квітки. Мухи-дзюрчалки теж харчуються пилком, але нектар для них важливіший — втім, автори на цьому не наголошують і наводять лише непрямі докази на користь цього припущення: мармеладні мухи можуть розрізняти різну концентрацію цукрів, але не кількість пилку.

Таким чином, зміна складу запилювачів навіть у рослин, початково «налаштованих» на запилення різноманітними тваринами, може досить швидко вплинути на вигляд і спосіб розмноження. Причому, як показав цей експеримент, не завжди еволюція піде шляхом підвищення ефективності запилення найбільш частим відвідувачем — якщо останнього явно недостатньо для нормального розмноження (як, мабуть, сталось, з достатньо маленькою дзюрчалкою, позбавленою помітного опушення, яке допомагає переносити пилок), добір може привести до розвитку інших способів виробництва насіння.

 

 

Коментарі

Ввійдіть або зареєструйтесь, щоб залишати коментарі.
Читайте також

Недавнє дослідження, проведене в Університеті Шеффілда, доводить, що люди все ще продовжують проходити дарвінівський відбір, незважаючи на чудеса сучасної медицини та технологій. Звичайно, ідея, що люди все ще еволюціонують, ніколи не була під сумнівом. Адже згідно еволюційному принципу, відомому як закон Харді-Вейнберга, еволюційна зміна є математично необхідною допоки популяція залишається під впливом як мінімум одного з наступних факторів: мутація, невипадкове спарювання (включаючи статевий відбір), потік генів, дрейф генів або природний відбір. Очевидно, перші чотири фактори з цього переліку все ще трапляються. Тепер же, коли дослідженням встановлено присутність ще й природного відбору, слід задуматись: як саме еволюціонує людина? Які риси ми можемо отримати в майбутньому?

X

Вхід

Завантажую...