В нескольких словах
Исследование показало, что некоторые растения, такие как Turnera velutina, могут «обманывать» опылителей, не соответствуя размеру цветка и количеству нектара. Однако, несмотря на это, «нечестные» растения также успешно опыляются. Ученые предполагают, что это может быть связано с эффективностью опыления и доступностью ресурсов.
Turnera velutina: честность и обман в мире растений
Turnera velutina – растение, эндемичное для некоторых районов Мексики, и оно может быть весьма «нечестным». Хотя честность или её отсутствие обычно приписывают людям, оно также присутствует и у других живых существ. Рога оленей, яркость цветов павлина, размер белого пятна на голове мухоловки или длина рога нарвала – всё это «честные» сигналы: они призваны сообщить другому, обычно самкам того же вида, о генетической пригодности самца, обладающего такими атрибутами. Но среди растений почти не исследовалось, как они сообщают о своей физической пригодности (fitness у англосаксонских экологов). Теперь исследование T. velutina показывает, что размер её цветков связан с количеством содержащегося в них нектара. Но также было обнаружено, что большинство экземпляров этого растения обманывают опылителей.
Покрытосеменные и опыление
Покрытосеменные, или цветковые растения, имеют весьма своеобразный способ размножения: в большей или меньшей степени они доверяют своё оплодотворение третьей стороне. В случае T. velutina это почти исключительно зависит от насекомых для её выживания как вида. Будучи однолетним растением, её цветки открываются только на пять часов в течение одного дня, в которые она должна обеспечить своё опыление. «Рано утром её посещают одни пчёлы, которых сменяют другие, разные виды делят эти пять часов», – говорит исследователь Серхио Рамос. Во время своего пребывания в Лаборатории взаимодействия растений и животных Национального автономного университета Мексики (UNAM) Рамос и группа коллег начали изучать взаимоотношения между этим растением с ярко-жёлтыми цветками и его опылителями. Они отобрали 45 экземпляров с разным генотипом, обрезав несколько стеблей для пересадки. Они хотели измерить их «честность» по отношению к девяти видам пчёл, от которых зависит их размножение.
Что такое "честность" в мире растений?
«Честность определяется как корреляция между цветочным сигналом (например, размером цветка) и количеством вознаграждения (например, нектара)», – объясняет Рамос, ныне работающий в Цюрихском университете (Швейцария). «Честное растение – это то, которое имеет положительную и сильную корреляцию, потому что таким образом оно указывает опылителям, сколько вознаграждения они могут найти в цветке», – добавляет он. Успех размножения T. velutina зависел бы от того, насколько правдивы её сигналы честности, чтобы информация, которую она показывает внешне, соответствовала тому, что находится внутри, и чего пчела не может увидеть снаружи.
Результаты исследования
Результаты их исследования, недавно опубликованные в специализированном журнале New Phytologist, показали корреляцию между размером лепестков её цветков и количеством содержащегося в них нектара, связь, которая закреплена в их генах. Самые честные цветы имели лепестки большей площади. Кроме того, они проверили, что за честность есть награда: пчёлы проводили на них больше времени, чем на так называемых нечестных. И это имело жизненно важное последствие. Из 1098 изученных цветков те, у которых было большее соответствие между внешним сигналом (цветком) и содержанием нектара, произвели на 31,6% больше семян на плод.
Парадокс нечестности
Но они обнаружили кое-что, что им трудно объяснить. Несмотря на то, что пчёлы проводили больше времени на T. velutina, которые соответствовали размеру их цветков и количеству сахаров в нектарниках, что приводило к более успешному оплодотворению в форме большего количества семян, большинство растений были нечестными. «Все они получили большое и подобное количество посещений», – отмечает мексиканский учёный. «Возможно, это означает, что они не испытывают недостатка в опылителях, что они всегда доступны. И это, возможно, привело растение к развитию очень эффективной системы опыления, где того, что происходит за пять часов, достаточно и хватает для производства того количества семян, которое оно должно произвести», – предполагает Рамос. «Количество то же, меняется качество посещения. Проводя больше времени на честных, они обеспечивают лучшее опыление, о чём свидетельствует производство большего количества семян», – заключает он.
Причины нечестности
Относительно сохранения нечестности Рамос высказывает лишь некоторые идеи, которые необходимо исследовать. Одной из них может быть стоимость производства нектара, пыльцы, пигментов, необходимых для окрашивания более крупных лепестков, или даже аромата, ещё одной из форм проявления честности, как показала работа, опубликованная несколько лет назад, в которой было установлено, что шмели предпочитают цветы с более интенсивным ароматом. Все эти ресурсы более или менее дорогостоящи, что способствовало бы тому, что некоторые растения были нечестными. Но не хватает данных, чтобы узнать, насколько распространены честность и её противоположность среди растений.
Честность сигналов в мире животных и растений
Хосе М. Гомес Рейес является руководителем отдела функциональной и эволюционной экологии Экспериментальной станции засушливых зон (EEZA-CSIC). Несколько лет назад он исследовал наличие честных сигналов в небольшом цветке, характерном для наиболее средиземноморской Испании, – скальном левкое (Erysimum mediohispanicum). «Нет исследований, которые бы объединили те немногие знания, которые ещё имеются о честности цветочных сигналов», – говорит этот исследователь. «Большинство исследований честных сигналов и вся теория честных сигналов были проведены на животных. Например, на самцах, которые демонстрируют определённые признаки, чтобы привлечь самок. Демонстрируя этот признак, который является дорогостоящим, они передают самке, что это генотип, обладающий относительно хорошими генетическими характеристиками», – объясняет он.
Экстернализация полового отбора
Но в случае цветковых растений происходит то, что Гомес Рейес называет экстернализацией полового отбора: «В то время как павлин полагается на себя в попытке привлечь самок, цветок полагается на внешнего агента». То, что выгодно растению, предполагая преднамеренность в этих процессах, – «это передать как можно больше гамет с наименьшими затратами, и тот, кто будет перемещать его генетический материал от одного цветка к другому, – это кто-то, кто даже не принадлежит к тому же виду, и с кем он не сможет размножаться. Поэтому, если вы можете попытаться использовать стратегии обмана, вы их развиваете», – уточняет Гомес Рейес. Фактически, есть много цветов, – напоминает исследователь EEZA, – «которые не имеют нектара и, тем не менее, выделяют определённые признаки, привлекая опылителей, которые остаются разочарованными». Это называется опылением обманом, и орхидеи в этом мастера.
Опыление обманом: мастерство орхидей
В горных хребтах Альмерии, Гранады и Мурсии цветут несколько иберийских орхидей рода Ophrys. Подавляющее большинство из них не производят нектар, но обеспечивают своё выживание, будучи нечестными, некоторые, например, Ophrys speculum, очень нечестными. Их цветки имитируют брюшко осы, Dasyscolia ciliata. Кроме того, они производят аромат самки осы. Так что самцы насекомого приближаются к цветку и пытаются с ним спариться. «Это называется псевдокопуляцией», – говорит Гомес Рейес. Разочарованная оса улетает и снова повторяет операцию на другом цветке, но на ней уже прикреплены поллинии с предыдущего, завершая таким образом опыление. «Это крайний случай опыления обманом, потому что дело не только в том, что они не производят нектар, но и в том, что они эволюционировали, чтобы производить цветочную форму, почти неотличимую от самки одиночной осы», – заключает он.
Баланс честности и нечестности
Директор Института эволюционной и систематической ботаники Цюрихского университета Флориан Шистль говорит в письме, что сосуществование честности и нечестности требует длинного ответа, но в его короткой версии это будет так: «Честность предпочтительна, когда растения обладают обильными ресурсами и нуждаются во многих посещениях опылителей для оплодотворения своих яйцеклеток. Нечестность благоприятствуется, когда растения нуждаются в небольшом количестве посещений (например, потому, что опыление очень эффективно, как у орхидей) или имеют мало ресурсов для развития семян».