向日葵的秘密紫外线颜色吸引传粉者并保存水

向日葵紫外线颜色 2 25
 对于可以在紫外线中看到的传粉者来说,向日葵有额外的颜色范围。 (Unsplash/Marco de Hevia), 创用CC BY-SA

花是自然界多样性最引人注目的例子之一,展现出无数种颜色、图案、形状和气味的组合。 它们的范围从五颜六色的郁金香和雏菊,到芬芳的鸡蛋花和巨人, 腐臭的尸花. 多样性和多样性令人震惊——考虑一下 鸭形兰花.

但是,尽管我们可以欣赏花朵的美丽和多样性,但实际上它并不适合我们的眼睛。

花的目的是吸引传粉者,而花是为了迎合它们的感官。 一个明显的例子是紫外线 (UV) 模式。 许多花朵在花瓣中积聚紫外线色素,形成我们看不见的图案, 但大多数传粉者都能看到.

我们所见与传粉者所见之间的脱节在向日葵中尤为显着。 尽管他们在流行文化中的标志性地位(正如可以说是可疑的荣誉所证明的那样 仅有的五种带有专用表情符号的花卉之一),它们似乎并不是花卉多样性的最佳例子。

昆虫是怎样看世界的?

不同的光线

我们通常认为的一朵向日葵实际上是一簇花,称为花序。 所有的野生向日葵,其中大约有 北美50种,有非常相似的花序。 在我们看来,它们的舌舌(向日葵花序中小花的最外轮的扩大的、融合的花瓣) 是同样统一的、熟悉的亮黄色。

然而,当在紫外光谱中观察时(即,超出我们眼睛可以看到的光类型),情况就完全不同了。 向日葵在叶舌基部积累吸收紫外线的色素。 在整个花序中,这导致 紫外线靶心图案.

在最近的一项研究中,我们几乎比较了 2,000 株野生向日葵. 我们发现这些紫外线靶心的大小在物种之间和物种内部都有很大差异。

紫外线靶心大小差异最大的向日葵品种是 向日葵,常见的向日葵。 nu与栽培向日葵最近的野生近缘种,是分布最广的野生向日葵,几乎生长在加拿大南部和墨西哥北部之间的任何地方。 虽然一些人口 nu 有非常小的紫外线靶心,在其他情况下,紫外线吸收区域覆盖整个花序。

吸引传粉者

为什么会有这么多变化? 科学家们已经 了解花卉紫外线图案 许久。 用于研究这些模式在吸引传粉媒介中的作用的众多方法中的一些非常具有创造性,包括 切割和粘贴花瓣 or 涂上防晒霜.


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当我们将向日葵与不同的紫外线靶心进行比较时,我们发现传粉者能够区分它们和具有中等大小紫外线靶心的植物。

尽管如此,这并不能解释我们在不同野生向日葵种群中观察到的紫外线模式的所有多样性:如果中等紫外线靶心吸引更多的传粉媒介(即 显然一个 优点),为什么会存在带有小或大紫外线靶心的植物?

了解超暴力光2 25
 我们看到的具有不同紫外线靶心图案的向日葵(上)和蜜蜂可能看到的(下)。 (马可·托德斯科), 作者提供

其他因素

虽然传粉者的吸引力显然是花卉性状的主要功能,但越来越多的证据表明 非传粉因子 像温度或食草动物会影响花色和形状等特征的演变。

当我们研究它们的变异如何在基因水平上受到调节时,我们发现了第一个线索,即向日葵中的紫外线模式也可能是这种情况。 一个基因, HaMYB111, 是造成我们在 nu. 这个基因控制着一系列化学物质的产生,称为 黄酮醇苷,我们在叶舌的紫外线吸收部分中发现了高浓度。 黄酮醇苷不仅是吸收紫外线的色素,在帮助植物方面也发挥着重要作用 应对不同的环境压力.

第二条线索来自于发现相同的基因导致花瓣中的紫外线色素沉着。 塔勒水芹, 拟南芥(Arabidopsis thaliana). Thale Cress 是植物遗传学和分子生物学中最常用的模型系统。 这些植物能够自我授粉, 因此通常没有传粉者.

由于它们不需要吸引传粉者,它们有小而不起眼的白色花朵。 尽管如此,它们的花瓣还是充满了吸收紫外线的黄酮醇。 这表明这些色素存在于水芹的花朵中是有与授粉无关的原因。

最后,我们注意到来自干燥气候的向日葵种群始终具有较大的紫外线靶心。 黄酮醇苷的已知功能之一是 调节蒸腾. 事实上,我们发现具有大 UV 模式(含有大量黄酮醇苷)的叶舌比具有小 UV 模式的叶舌失去水分的速度要慢得多。

这表明,至少在向日葵中,花卉紫外线色素沉着模式有两个功能:提高花朵对传粉媒介的吸引力,以及通过保护水分帮助向日葵在干燥的环境中生存。

节俭进化

那么这教会了我们什么? 一方面,这种进化是节俭的,如果可能的话,将使用相同的特征来实现一个以上的适应性目标。 它还通过同时提高授粉率和使植物对干旱更具抵抗力,为改善栽培向日葵提供了一种潜在的方法。

最后,我们的工作以及其他关于植物多样性的研究可以帮助预测植物将如何以及在多大程度上能够应对气候变化,气候变化已经改变了它们所适应的环境。谈话

关于作者

马可·托德斯科, 研究助理, 生物多样性, 不列颠哥伦比亚大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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