向日葵的秘密紫外線顏色吸引傳粉者並保存水

向日葵紫外線顏色 2 25
 對於可以在紫外線中看到的傳粉者來說,向日葵有更多的顏色。 (Unsplash/Marco de Hevia), CC BY-SA

花是自然界多樣性最引人注目的例子之一,展現出無數種顏色、圖案、形狀和氣味的組合。 它們的範圍從五顏六色的鬱金香和雛菊,到芬芳的雞蛋花和巨人, 腐臭的屍花. 多樣性和多樣性令人震驚——考慮一下 鴨形蘭花.

但是,儘管我們可以欣賞花朵的美麗和多樣性,但實際上它並不適合我們的眼睛。

花的目的是吸引傳粉者,而花是為了迎合它們的感官。 一個明顯的例子是紫外線 (UV) 模式。 許多花朵在花瓣中積聚紫外線色素,形成我們看不見的圖案, 但大多數傳粉者都能看到.

我們所見與傳粉者所見之間的脫節在向日葵中尤為顯著。 儘管他們在流行文化中的標誌性地位(正如可以說是可疑的榮譽所證明的那樣 僅有的五種帶有專用表情符號的花卉之一),它們似乎並不是花卉多樣性的最佳例子。

昆蟲是怎樣看世界的?

不同的光線

我們通常認為的一朵向日葵實際上是一簇花,稱為花序。 所有的野生向日葵,其中大約有 北美50種,有非常相似的花序。 在我們看來,它們的舌舌(向日葵花序中最外層的小花輪的擴大、融合的花瓣) 是同樣統一的、熟悉的亮黃色。

然而,當在紫外光譜中觀察時(即,超出我們眼睛可以看到的光類型),情況就完全不同了。 向日葵在葉舌基部積累吸收紫外線的色素。 在整個花序中,這導致 紫外線靶心圖案.

在最近的一項研究中,我們幾乎比較了 2,000 株野生向日葵. 我們發現這些紫外線靶心的大小在物種之間和物種內部都有很大差異。

紫外線靶心大小差異最大的向日葵品種是 向日葵,常見的向日葵。 H. annuus與栽培向日葵最近的野生近緣種,是分佈最廣的野生向日葵,幾乎生長在加拿大南部和墨西哥北部之間的任何地方。 雖然一些人口 H. annuus 有非常小的紫外線靶心,在其他情況下,紫外線吸收區域覆蓋整個花序。

吸引傳粉者

為什麼會有這麼多變化? 科學家們已經 了解花卉紫外線圖案 許久。 用於研究這些模式在吸引傳粉媒介中的作用的眾多方法中的一些非常具有創造性,包括 切割和粘貼花瓣 or 塗上防曬霜.


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當我們將向日葵與不同的紫外線靶心進行比較時,我們發現傳粉者能夠區分它們和具有中等大小紫外線靶心的植物。

儘管如此,這並不能解釋我們在不同野生向日葵種群中觀察到的紫外線模式的所有多樣性:如果中等紫外線靶心吸引更多的傳粉媒介(即 顯然一個 優點),為什麼會存在帶有小或大紫外線靶心的植物?

了解超暴力光2 25
 我們看到的具有不同紫外線靶心圖案的向日葵(上)和蜜蜂可能看到的(下)。 (馬可·托德斯科), 作者提供

其他因素

雖然傳粉媒介的吸引力顯然是花卉性狀的主要功能,但越來越多的證據表明 非傳粉因子 像溫度或食草動物會影響花色和形狀等特徵的演變。

當我們研究它們的變異如何在基因水平上受到調節時,我們發現了第一個線索,即向日葵中的紫外線模式也可能是這種情況。 一個基因, HaMYB111, 是造成我們在 H. annuus. 這個基因控制著一系列化學物質的產生,稱為 黃酮醇苷,我們在葉舌的紫外線吸收部分中發現了高濃度。 黃酮醇苷不僅是吸收紫外線的色素,在幫助植物方面也發揮著重要作用 應對不同的環境壓力.

第二條線索來自於發現相同的基因負責花瓣中的紫外線色素沉著。 塔勒水芹, 擬南芥(Arabidopsis thaliana). Thale Cress 是植物遺傳學和分子生物學中最常用的模型系統。 這些植物能夠自我授粉, 因此通常沒有傳粉者.

由於它們不需要吸引傳粉者,它們有小而不起眼的白色花朵。 儘管如此,它們的花瓣還是充滿了吸收紫外線的黃酮醇。 這表明這些色素存在於水芹的花朵中是有與授粉無關的原因。

最後,我們注意到來自乾燥氣候的向日葵種群始終具有較大的紫外線靶心。 黃酮醇苷的已知功能之一是 調節蒸騰. 事實上,我們發現具有大 UV 模式(含有大量黃酮醇苷)的葉舌比具有小 UV 模式的葉舌失去水分的速度要慢得多。

這表明,至少在向日葵中,花卉紫外線色素沉著模式有兩個功能:提高花朵對傳粉媒介的吸引力,以及通過保護水分幫助向日葵在乾燥的環境中生存。

節儉進化

那麼這教會了我們什麼? 一方面,這種進化是節儉的,如果可能的話,將使用相同的特徵來實現一個以上的適應性目標。 它還通過同時提高授粉率和使植物對乾旱更具抵抗力,為改善栽培向日葵提供了一種潛在的方法。

最後,我們的工作以及其他關於植物多樣性的研究可以幫助預測植物將如何以及在多大程度上能夠應對氣候變化,氣候變化已經改變了它們所適應的環境。談話

關於作者

馬可·托德斯科, 研究助理, 生物多樣性, 不列顛哥倫比亞大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

ING

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