Planter tilpasser sig til nye pollinatorer på få generationer • Sergey Lysenkov • Videnskabsnyheder om "Elementer" • Evolution, Økologi

Planter tilpasser sig nye pollinatorer på få generationer

Fig. 1. Jord humle Bombus terrestris (til venstre) og hoverfly Episyrphus balteatus (til højre). Foto: © Alexander Prosvirov

Schweiziske forskere har studeret den divergerende udvikling af turnips under påvirkning af to forskellige pollinatorer – humle og fluer. Allerede ni generationer af udvælgelse har givet betydelige resultater. De planter, der er bestøvet af humlebier, er højere og mere duftende, og humlebier er blevet mere villige til at besøge dem. Og de planter, der blev pollineret af fluer udad, ændrede sig næsten ikke og blev ikke mere attraktive for insekter, der pollinerede dem, men udviklede evnen til at reproducere uden bestøvning. Tilpasning til forskellige pollinatorer kan således forekomme ret hurtigt, og resultatet kan være en ændring i plantens reproduktionssystem.

Charles Darwin skrev også om den vigtige rolle pollinering af dyr i evolution (Antecology – "Flower Ecology", som nu normalt refererer til økologi af bestøvning) i flere år af hans frugtbare liv, og som skrev to voluminøse værker "Pollination orkideer "(" Gødning af orkideer) "og" Virkning af krydsbestøvning og selvbestøvning i planteverdenen "(Virkningerne af kryds og selvfrugtning i Vegetabilsk Kongerige). Siden da er tilpasningen af ​​blomster til forskellige grupper af pollinatorer blevet lærebog eksempler på co-evolution (co-evolution),og mange eksempler på divergens – divergens af tegn under indflydelse af udvælgelse – gælder også for forholdet mellem planter og insekter (dog ikke kun insekter: kolibrier, flagermus og nogle andre dyr kan bestøve).

Det antages normalt, at evolutionære processer går langsomt og tager meget tid, men undertiden kan denne uoverensstemmelse af tegn forekomme ret hurtigt. Eksempelvis i forsøget på blåt klæbemiddel Polemonium viscosumvokser i bjergene i Nordamerika, har det vist sig, at der kun kan opstå nye tegn på kun én generation. Cyanose vokser på skovenes grænse er bestøvet af forskellige insekter (fluer, bier, humle) og har en smal corolla. Blomster der vokser i highland tundra er for det meste pollineret af humle, og deres corolla er bred (for at producere mere attraktivt nektar). På det eksperimentelle sted af planten med smalle corollas blev de bestøvet med tidligere fangede humle. Som følge heraf havde den næste generation af blomster allerede bredere beaters end forældreplanterne (se C. Galen, 1996.) Polemonium viscosum).

Imidlertid blev disse og lignende værker udført i naturlige populationer, hvor andre faktorer virker, så der er stadig et smuthul for skeptikeren: er det tilfældet med pollinatorer? Måskeer forskelle relateret til noget andet, såsom jord, klima eller patogener?

For at eliminere denne tvetydighed og for at afsløre den direkte indflydelse fra forskellige pollinatorgrupper på udviklingen af ​​planter, gennemførte forskere fra Zürichs universitet et forsøg for at studere ripdivergens Brassica rapa under påvirkning af forskellige pollinatorer – humle og fluer. Næbbet blev valgt som repræsentant for almindelige planteplanter (se generalistiske og specialiserede arter), bestøvet i naturen af ​​forskellige grupper af insekter. Frø blev taget fra samme kilde for at udelukke mulige virkninger på grund af forskellige sorter, men de var ikke en ren linje og havde tilstrækkelig genetisk mangfoldighed, så de kunne forventes at reagere hurtigt på udvælgelsen.

I eksperimentet blev planterne opdelt i tre grupper: en blev kun bestøvet af jord humle Bombus terrestris, den anden – talere Episyrphus balteatus, nogle gange kaldet "marmelade fluer" (figur 1), og den tredje blev bestøvet af forskerne selv (dette var en kontrolgruppe, der ikke var underlagt selektion for effektiviteten af ​​bestøvning af insekter). Forsøget med hver type pollinering blev gentaget tre gange, idet man altid anvender 36 planter for hver type (det vil sige 108 planter blev dyrket i hver iteration af eksperimentet). Planter voksede under de samme betingelser (identisk jord, belysning, vandingsforhold).

Forsøget varede i elleve generationer. Frø til hver næste generation blev udvalgt i forhold til planteproduktiviteten: hvis en roppe producerede to gange flere frø end den anden, så blev der plantet to gange mere frø fra planterne, da planter blev plantet til næste generation. Samtidig blev det samlede antal planter i generationer bevaret på grund af, at ikke-pollinerede planter ikke producerede frø.

Fig. 2. Grafer af fire tegn på forandring i planter, der pollinerer på forskellige måder: humlebier (blå bindestreg linje), flyver fluer (grøn prikket linje) og kunstigt (sort fast linje). og – plantehøjde b – antal frø pr. frugt med – frigivelse af indol under blomstringen d – udvælgelse under blomstringen panisaldehyd (anisaldehyd). Figur fra den diskuterede artikel i Naturkommunikation

Forskere målte et stort antal tegn på planter (højde, antal blomster, størrelser af individuelle dele af en blomst, samt antallet af individuelle lugtstoffer frigivet under blomstringen) hver eneste generation for at spore ikke kun det endelige resultat af eksperimentet, men også dynamikken i forandringer. Desuden blev udvælgelseskraften, der handlede på et bestemt træk, ved hjælp af tilknytningen af ​​træk med planternes frøproduktivitet estimeret.

Grupper af planter bestøvet af forskellige metoder fra den sidste ellevte generation varierede betydeligt. Og mere end planterne indbyrdes inden for hver gruppe (dette blev bekræftet af to uafhængige statistiske metoder). Dette taler for det faktum, at de opnåede resultater opstod under valg af selektion og ikke genetisk drift (se genetisk drift).

Ved slutningen af ​​forsøget ændredes rognene fra både "humle" og "mushina" -gruppen. Endvidere viste ændringerne sig at være forskellige, som blot taler om den adaptive divergens af planter under effekten af ​​udvælgelse forårsaget af tilstedeværelsen af ​​forskellige pollinatorer.

Turnips pollineret af humle blev højere (figur 2a), mere duftende (den totale mængde lugte stoffer udgivet af dem fordoblet), og den ultraviolette reflekterende zone på kronbladene steg (selvom blomstenes farve (refleksionsspektret) forblev det samme). Duften er også ændret, det vil sige sammensætningen af ​​lugtstoffer (figur 2, c, d). Interessant er seks af de otte tegn, der understøttes af udvælgelsen (både morfologiske og kemiske) positivt korreleret med mængden af ​​nektar, det vil sige de kan tjene som "ærlige pointers" til blomsternes kvalitet.Det vigtigste er, at udvælgelsen af ​​raps fra humleklassen efter 11 generationer er blevet meget mere attraktiv for humle end de fra mushina-gruppen (figur 3, a). Men hvad angår det samlede antal producerede frø, er der intet ændret (og i figur 2, b kan det ses, at udsving har fundet sted omkring samme værdi under hele eksperimentet). En anden væsentlig ændring i humleklubben – andelen af ​​vildledende planter, der ikke producerer nektar, er signifikant øget. Der var omkring en tredjedel af dem, mens i den første generation, hvorfra oplevelsen begyndte, var der slet ingen (figur 3, b)!

Fig. 3. a – humle præferencer (til venstre) og fluer (til højre) til turnips fra forskellige grupper (BB – planter bestøvet af humle, HF – planter bestøvet af whiskers) efter ti generationer af valg (11. generations erfaring): humlebier foretrækker humleplanter, mens fluer ikke viser betydelige præferencer. b – ændringen i antallet af ikke-producerende planter nektar i løbet af tre eksperimentvarianter: bestøvning af humle (lysegrå), flyver fluer (mørkegrå) og kunstig bestøvning (den sorte); Væsentlige forskelle mellem varianterne af erfaring observeres i 9. og 11. generation. Figur fra den diskuterede artikel i Naturkommunikation

Med rodfrugter i en svampe gruppe skete der helt forskellige ændringer. For det første har de øget frøproduktivitet (figur 2, b). Dette kunne forklares ved en øget effektivitet ved at tiltrække tamers, men marmeladeflyvninger viste ingen særlig præference for planterne fra humle eller muslin-gruppen (figur 3a), og antallet af besøg på en blomst ændrede sig ikke. Ikke-rektale planter optrådte her, men i små tal (såvel som i kontrolgruppen). Der var ingen mærkbare ændringer i plantens generelle udseende, de blev kun 1,2 gange lavere. Men de har øget rollen som "assisteret reproduktionsteknologi" – selvforenelighed (evne til at pollinere deres egen pollen) og apomixis (evnen til at danne frø uden bestøvning), hvilket øgede antallet af frugter produceret af planter, der ikke blev besøgt af pollinatorer 15 gange! Nogle andre ændringerstendenser, der observeres i denne gruppe, korrelerer med dette: et fald i pestlængden og produktionen af ​​tre lugtstoffer (dog frigivelsen af ​​et andet stof, benzonitril, er steget). Disse tegn er relateret til det såkaldte "selvbestøvnings syndrom", det vil sige karakteristisk for selvbestøvende planter.Andre tegn (mængden af ​​nektar og størrelsen af ​​blomsten er imidlertid normalt mindre i de planter, der stole på sig selv og ikke på insekter) ikke ændret sig i denne retning – forfatterne tillægger dette til, at svæverflyvninger stadig spiller en rolle i bestøvning og bidrage til udvælgelsen af ​​bevarelsen af ​​disse tegn.

Således medførte forskellige insekter en betydelig forskel i plantens tegn. Og vigtigere er en roppe en ikke-specialiseret plante, der er tilpasset til at besøge forskellige grupper af pollinatorer – både bier og fluer (og ikke kun hoops). Og hvis i humleklubben gik anordningen i retning af bedre pollinering af de insekter, der besøgte dem, udviste udvælgelsen af ​​svampe udviklingen af ​​alternative avlsmetoder, hvor planten kun afhænger af sig selv – tilsyneladende var marmeladeflyvninger generelt ikke effektive i bestøvning af roveblomster . Forfatterne forbinder også en kraftig stigning i antallet af vildledende planter, der ikke producerer nektar med bestøvning af humle, da disse insekter samler pollen for at fodre deres afkom og er derfor villige til at besøge sådanne blomster.Flueflyvlerne lever også på pollen, men nektar er vigtigere for dem. Forfatterne angiver imidlertid ikke strikt dette og giver kun indirekte argumenter til fordel for denne antagelse: geléflyvninger kan skelne forskellige koncentrationer af sukkerarter, men ikke mængden af ​​pollen på kunstige blomster (JP Sutherland et al. ., 1999. Blomstrets personers indflydelse på hoverfly, Episyrphus balteatus)

Således kan en ændring i sammensætningen af ​​pollinatorer, selv i planter, der oprindeligt "indstilles" til bestøvning af forskellige dyr, ganske hurtigt påvirke udseendet og reproduktionsmåden. Da dette eksperiment viste, går udviklingen ikke altid langs vejen for at øge effektiviteten af ​​pollinering af den hyppigste besøgende – hvis sidstnævnte er klart utilstrækkelig til normal reproduktion (som tilsyneladende skete der med en ret lille hoverbird, manglende mærkbar pubescence, der hjælper med at overføre pollen) føre til udvikling af andre metoder til frøproduktion.

Kilde af: Daniel D. L. Gervasi, Florian P. Schiestl. Real-time divergerende udvikling i planter drevet af pollinatorer // Naturkommunikation. 2017. DOI: 10,1038 / ncomms14691.

Se også om planteanpasning til forskellige pollinatorer:
1) Længden af ​​en blomsters pistil Nerine humilis bestemt af Fællesskabet af insektbestemmere, "Elements", 02.10.2015.
2) Konkurrence for pollinatorer udgør sammen blomstrende arter af solanaceae i modsætning til farvning, "Elements", 05/16/2014.
3) For at undgå interspecifik hybridisering er det nok at lugte orkideer anderledes, "Elements", 06/15/2011.

Sergey Lysenkov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: