Квіти еволюціонують, щоб мати менше сексу

У міру того, як кількість бджіл та інших запилювачів падає, польові братки адаптуються, запліднюючи власні насіння, показало нове дослідження.

Дослідження польових братків у Франції показало, що протягом останніх кількох десятиліть квіти частіше самозапилювалися або використовували власний пилок для запліднення насіння.

Щовесни трильйони квітів спаровуються за допомогою бджіл та інших тварин. Вони заманюють запилювачів до своїх квітів яскравими кольорами та нектаром. Подорожуючи від квітки до квітки, тварини беруть із собою пилок, який може запліднити насіння інших рослин.

Нове дослідження показує, що люди швидко змінюють цей щорічний обряд весни. Оскільки токсичні пестициди та зникнення середовищ існування призвели до скорочення популяції бджіл та інших запилювачів, деякі квіти почали частіше запліднювати власні насіння, а не насіння інших рослин.

Вчені сказали, що були здивовані швидкістю змін, які відбулися всього за 20 поколінь. «Це швидка еволюція», — сказав П’єр-Олів’є Шепту, еволюційний еколог з Університету Монпельє у Франції, який очолював дослідження.

Доктор Чепту був натхненний провести дослідження, коли стало ясно, що кількість бджіл та інших запилювачів різко скоротилася . Чи знайдуть квіти, які залежать від запилювачів для статі, запитав він, інший спосіб розмноження?

Дослідження було зосереджено на бур’янистій рослині під назвою анютина польова, чиї білі, жовті та фіолетові квіти часто зустрічаються на полях і узбіччях доріг по всій Європі.

Для статевого розмноження польові братки зазвичай використовують джмелів. Але вони також можуть використовувати власний пилок для запліднення власного насіння, цей процес називається самозапиленням.

Самозапилення зручніше статевого життя, тому що квітці не потрібно чекати, поки до нього заскочить бджола. Але квітка, що самозапилюється, може використовувати лише власні гени для виробництва нового насіння. Статеве розмноження дозволяє квітам змішувати свою ДНК, створюючи нові комбінації, які можуть зробити їх краще підготовленими до хвороб, посух та інших проблем, з якими можуть зіткнутися майбутні покоління.

Щоб відстежити еволюцію польових братків протягом останніх десятиліть, д-р Шепту та його колеги скористалися сховищем насіння, яке Національна ботанічна консерваторія Франції зібрала в 1990-х і на початку 2000-х років.

Дослідники порівняли ці старі квіти з новими з усієї французької сільської місцевості. Після вирощування нових і старих насіння поруч у лабораторії в однакових умовах вони виявили, що з 1990-х років самозапилення зросло на 27 відсотків.

Дослідники також порівняли анатомію рослин. Хоча загальний розмір нових польових братків не змінився, їхні квітки зменшилися на 10 відсотків і виробляли на 20 відсотків менше нектару.

Дослідники підозрювали, що ці зміни зробили нових польових братків менш привабливими для джмелів. Щоб перевірити цю ідею, вони розмістили джмелині вулики всередині корпусів зі старими та новими польовими братками. Звичайно, бджоли більше відвідували старі рослини, ніж нові.

Оскільки популяція джмелів зменшилася, за словами доктора Чепту, вартість виробництва нектару та великих привабливих квітів, можливо, стала тягарем для квітів. Замість того, щоб вкладати енергію в заманювання запилювачів, припустив він, польові братки досягають більшого успіху, спрямовуючи її на ріст і опір хворобам.

Дослідники підозрюють, що багато інших квітів стикаються з такою ж проблемою виживання, і вони також можуть розвиватися в тому ж напрямку. «Немає підстав думати, що інші рослини не еволюціонували», — сказав доктор Чепту.

Якщо це правда, рослини можуть погіршити ситуацію для комах-запилювачів. Багато запилювачів залежать від нектару як їжі; якщо рослини виробляють менше, комахи залишаться голодними.

Запилювачі та квіти можуть бути замкнені в низхідній спіралі. Менша кількість нектару призведе до ще більшого скорочення популяції комах, що зробить статеве розмноження ще менш корисним для рослин.

Спіраль не буде поганою лише для комах, попередив доктор Чепту. Якщо деякі рослини врешті-решт повністю відмовляться від статевого розмноження, малоймовірно, що вони знову зможуть відновити цю здатність.

У довгостроковій перспективі генетичні обмеження самозапилення можуть поставити рослини під загрозу зникнення. «Вони не зможуть адаптуватися, тому вимирання стане більш імовірним», — сказав доктор Чепту.

Результати були «вражаючими, хоча й невтішними», — сказала Сьюзан Мейзер, ботанік з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі, яка не брала участі в дослідженні.

Доктор Мейзер сказав, що спіраль може бути навіть гіршою, ніж припускає дослідження доктора Чепту. Разом зі зменшенням кількості запилювачів квіткові рослини стикаються з іншими проблемами, які можуть змусити їх відмовитися від статевого розмноження.

Глобальне потепління, наприклад, прискорює ріст квітів. Можливо, це скорочує вікно часу до того, як квіти в’януть, протягом якого вони можуть дарувати запилювачам нектар.

Але Саша Бішоп, еволюційний біолог з Мічиганського університету, який не брав участі в дослідженні, сказав, що деякі квіти можуть реагувати на зменшення кількості запилювачів протилежним чином.

Під час дослідження іпомеї на півдні Сполучених Штатів вона та її колеги виявили, що між 2003 і 2012 роками квіти стали більшими, а не меншими. Вчені вважають цю зміну стратегією продовжувати залучати бджіл, оскільки вони стають менш поширеними.

«Вони можуть інвестувати в самозапилення або в залучення запилювачів», — сказав доктор Бішоп. «Обидва результати цілком розумні».