Turnera velutina – нечесність у світі рослин

Turnera velutina – це рослина, що росте в деяких регіонах Мексики і може бути дуже нечесною. Хоча чесність або її відсутність вважається притаманною людям, вона також присутня в інших живих істотах. Роги оленів, яскравість кольорів павича, розмір білої плями на голові мухоловки білошиєї або довжина рогу нарвала – все це чесні сигнали: вони мають на меті повідомити іншим, зазвичай самкам того ж виду, про генетичну придатність самця з такими атрибутами. Але серед рослин мало досліджено, як вони повідомляють про свою фізичну придатність. Нове дослідження T. velutina показує, що розмір її квітів пов'язаний з кількістю нектару, який вони містять. Але також було виявлено, що більшість особин цієї рослини обманюють запилювачів.

Взаємодія рослин і запилювачів

Покритонасінні, квіткові рослини, мають особливий спосіб розмноження: більшою чи меншою мірою вони покладаються на третю сторону для свого запліднення. У випадку T. velutina, вона майже повністю залежить від комах для виживання свого виду. Будучи однорічною рослиною, її квіти відкриваються лише на п’ять годин одного дня, протягом яких вона повинна забезпечити своє запилення. «Рано вранці її відвідують бджоли, яких замінюють інші, різні види розподіляють п’ять годин», – каже дослідник Серхіо Рамос. Під час перебування в Лабораторії взаємодії рослин і тварин Національного автономного університету Мексики (UNAM), Рамос і група колег розпочали дослідження зв’язку між цією рослиною з інтенсивно жовтими квітами та її запилювачами. Вони відібрали 45 особин з різним генотипом, зрізавши кілька стебел для пересадки. Вони хотіли виміряти їх чесність з дев'ятьма видами бджіл, від яких залежить їх розмноження.

«Чесність визначається як кореляція між квітковим сигналом (таким як розмір квітки) і кількістю винагороди (такою як нектар)», – пояснює Рамос, який зараз працює в Цюріхському університеті (Швейцарія). «Чесна рослина – це та, яка має позитивну та сильну кореляцію, оскільки таким чином вона показує запилювачам, скільки винагороди вони можуть знайти у квітці», – додає він. Успіх розмноження T. velutina залежатиме від того, наскільки правдивими є її сигнали чесності, тобто чи відповідає інформація, яку вона показує зовні, тому, що міститься всередині, і що бджола не може побачити ззовні.

Верхівка Erysimum mediohispanicum, типова для середземноморських районів Іберійського півострова. Кількість нектару, який вона приховує, пропорційна довжині трубки віночка. А кількість пилку корелює з його діаметром. Хосе Марія Гомес

Результати дослідження

Результати їх дослідження, нещодавно опубліковані у спеціалізованому журналі New Phytologist, виявили кореляцію між розміром пелюсток їх квітів і кількістю нектару, який вони містили, зв'язок, який закладено в їхніх генах. Найчесніші квіти мали пелюстки з більшою площею. Крім того, вони виявили, що чесність винагороджується: бджоли проводили більше часу на них, ніж на так званих нечесних. І це мало життєво важливі наслідки. З 1098 квітів, які вони досліджували, ті, які мали найбільшу відповідність між зовнішнім сигналом (квіткою) та її вмістом нектару, виробляли до 31,6% більше насіння на плід.

Парадокс нечесності

Але вони виявили дещо, що їм важко пояснити. Незважаючи на те, що бджоли проводили більше часу на T. velutina, які відповідали розміру їхніх квітів і кількості цукрів у нектарниках, що призводило до більш успішного запліднення у вигляді більшої кількості насіння, більшість рослин були нечесними. «Усі вони отримали велику та подібну кількість відвідувань», – зазначає мексиканський вчений. «Можливо, це означає, що вони не страждають від обмеження запилювачів, що вони завжди є в наявності. І це, можливо, призвело до того, що рослина розвинула дуже ефективну систему запилення, де того, що відбувається за п'ять годин, достатньо, щоб виробити ту кількість насіння, яку вона повинна виробити», – розмірковує Рамос. «Кількість однакова, змінюється якість відвідування. Проводячи більше часу на чесних, вони забезпечують краще запилення, про що свідчить виробництво більшої кількості насіння», – підсумовує він.

Щодо збереження нечесності, Рамос лише наводить кілька ідей, які варто було б дослідити. Однією з них може бути вартість виробництва нектару, пилку, пігментів, необхідних для забарвлення більших пелюсток, або навіть аромату, іншої форми прояву чесності, як показала робота, опублікована кілька років тому, в якій вони перевірили, що джмелі віддають перевагу квітам з більш інтенсивним ароматом. Усі ці ресурси більш-менш коштовні, що сприятиме тому, що деякі рослини будуть нечесними. Але не вистачає даних, щоб знати, наскільки поширені чесність і її протилежність серед рослин.

Чесні сигнали в рослинному світі

Хосе М. Гомес Рейес є керівником відділу функціональної та еволюційної екології Експериментальної станції посушливих зон (EEZA-CSIC). Кілька років тому він досліджував наявність чесних сигналів у невеликій квітці, типовій для найбільш середземноморської Іспанії, – скельному левкої (Erysimum mediohispanicum). «Немає жодних досліджень, які б інтегрували ті мізерні знання, які все ще існують про чесність квіткових сигналів», – каже цей дослідник. «Більшість досліджень чесних сигналів і вся теорія чесних сигналів були проведені на тваринах. Наприклад, з самцями, які демонструють певні ознаки, щоб привабити самок. Демонструючи цю ознаку, яка є дорогою, вони передають самці, що це генотип, який має генетичні характеристики, які є відносно хорошими», – пояснює він.

Орхідеї 'Ophrys speculum', типові для південно-східної Іспанії, імітують черевце самок одного з видів ос. Самці намагаються спарюватися з нею, поки, розчаровані, не перейдуть до іншої квітки, завершуючи таким чином запилення, нічого не отримуючи натомість. Кандела Родрігес Гомес

Екстерналізація статевого відбору у рослин

Але у випадку квіткових рослин відбувається те, що Гомес Рейес називає екстерналізацією статевого відбору: «У той час як павич покладається на себе, намагаючись привабити самок, квітка покладається на зовнішнього агента». Те, що вигідно рослині, припускаючи навмисність цих процесів, «це передати якомога більше гамет з якомога меншими витратами, і той, хто буде переміщувати її генетичний матеріал від однієї квітки до іншої, є кимось, хто навіть не належить до того самого виду і з ким вона не зможе розмножуватися. Тож, якщо ви можете спробувати стратегії обману, ви їх розвиваєте», – деталізує Гомес Рейес. Насправді, є багато квітів, як нагадує дослідник з EEZA, «які не мають нектару, але, тим не менш, підкреслюють певні риси, залучаючи запилювачів, які залишаються розчарованими». Це називається запилення обманом, і орхідеї є майстрами цього.

Запилення обманом: орхідеї

У гірських районах Альмерії, Гранади та Мурсії цвітуть різні іберійські орхідеї роду Ophrys. Переважна більшість з них не виробляють нектар, але забезпечують своє виживання, будучи нечесними, деякі, як Ophrys speculum, дуже нечесні. Їхні квіти імітують черевце оси Dasyscolia ciliata. Крім того, вони виробляють аромат самки оси. Тож самці комахи наближаються до квітки та намагаються спарюватися з нею. «Це називається псевдокопуляцією», – каже Гомес Рейес. Розчарована оса відлітає та повторює операцію на іншій квітці, але вже має прикріплені поллінії з попередньої, завершуючи таким чином запилення. «Це крайній випадок запилення обманом, тому що справа не лише в тому, що вони не виробляють нектар, а й у тому, що вони еволюціонували, щоб створити квіткову форму, яка майже не відрізняється від самки одиночної оси», – підсумовує він.

Співіснування чесності та нечесності

Директор Інституту еволюційної та систематичної ботаніки Цюріхського університету Флоріан Шістль каже в електронному листі, що співіснування чесності та нечесності вимагає довгої відповіді, але в його короткій версії це було б так: «Чесність є кращою, коли рослини мають велику кількість ресурсів і потребують великої кількості відвідувань запилювачів для запліднення своїх яйцеклітин. Нечесність заохочується, коли рослини потребують небагато відвідувань (наприклад, тому, що запилення є дуже ефективним, як у орхідей) або мають мало ресурсів для розвитку насіння».