Zapylacze kolibry. Shutterstock/Ondrej Prosicky

Kwiaty roślin zapylanych przez zwierzęta wykazują jedne z najbardziej zdumiewających zmienności koloru, zapachu i kształtu w naturze. Ale jak ewoluowała ta wyjątkowa różnorodność?

Dużą częścią tej historii jest przystosowanie się do zwierząt, od których są uzależnione do reprodukcji. Uważa się, że wiele cech kwiatowych jest przystosowaniem do przyciągania i „dopasowywania” ich zapylaczy w celu optymalnego przenoszenia pyłku.

Aby zrozumieć, kiedy i jak ewoluowały te cechy kwiatowe, biolodzy często muszą polegać na rekonstrukcji przeszłości, wywnioskowaniu warunków, które doprowadziły do ​​zmian ewolucyjnych. Ale ciekawą alternatywą jest wykorzystanie ostatnich zmian.

Kiedy moi koledzy i ja przyjrzeliśmy się szczegółowo, w nowym badaniu, odkryliśmy, że naturalizowane kwiaty naparstnicy – ​​zabrane do Ameryki około 200 lat temu – zmieniły się w porównaniu z autochtonicznymi w Europie. Ta zmiana jest zgodna z dodaniem kolibrów jako zapylaczy w mniej niż 85 pokoleniach od wprowadzenia.

Naparstnice są znajome i ukochane dzikie kwiaty w ich naturalnym zasięgu, pierwotnie ograniczone do Europy. W XIX wieku zostały wprowadzone do wielu obszarów świata, najprawdopodobniej przez zapalonych angielskich ogrodników.

Przenosząc rośliny na cały świat, my, ludzie, nieumyślnie rozpoczęliśmy eksperymenty międzykontynentalne, testując kluczową rolę zapylaczy w sukcesie reprodukcyjnym roślin i ewolucji kwiatów. Kiedy rośliny są wprowadzane na nowe obszary i rozszerzają swój zasięg, często stają w obliczu nowego środowiska bez zapylaczy.

W innych przypadkach, jak naparstnica zwyczajna lub Digitalis purpurea, można dodawać nowe zapylacze. W tym przypadku kolibry, zupełnie nowa grupa zapylaczy, zostały dodane do katalogu odwiedzających kwiaty w częściach nowej rozszerzonej oferty.

W Europie naparstnice są zapylane wyłącznie przez trzmiele z długimi językami – jedyne owady zdolne do osiągnięcia nagrody w postaci nektaru wytwarzanego u podstawy kwiatowej tuby. Ale kiedy naparstnice zostały znaturalizowane w obu Amerykach, na scenie pojawiły się kolibry.

Nieprzyjazne naparstnice

W swoich ojczystych krajach naparstnice mają szereg strategii, dzięki którym specjalizują się w swoich zapylaczach trzmieli. Chociaż kwiaty wydają się dostępne dla każdego gościa, mniejsze owady, a nawet trzmiele o krótkich językach nie mają dostępu do nektaru. Ukryty jest przez rurkę, zwaną koroną, która coraz bardziej zwęża się w kierunku nektaru u podstawy.

Kwiaty są również wyposażone w szereg długich włosków, które stanowią barierę dla małych pszczół i much, gdy próbują wejść w kwiat, ponieważ zaplątują się i poddają.

Te kwiatowe cechy nie przeszkadzają jednak w odwiedzaniu kolibrów. Pod wieloma względami naparstnice są idealne do zapylania kolibrów. Każdy kwiat wytwarza dużą ilość nektaru, a rosnąc w dużych drzewostanach, zapewnia zaopatrzenie, którego potrzebują kolibry, aby zaspokoić swoje wysokie zapotrzebowanie energetyczne.

 Trzmiele o długich językach mogą sięgać po nektar głęboko do naparstnic. Shutterstock/Iana Dyballa

Ewolucja naparstnicy

W naszym badaniu skupiliśmy się na populacjach naparstnicy w Kolumbii, Kostaryce i rodzimych w Wielkiej Brytanii. W regionach tropikalnych populacje są ograniczone do wysokości powyżej 2,200 metrów (7,200 stóp) wysokości, gdzie przez cały rok jest chłodno i mokro. Trzmiele są nadal najczęstszymi gośćmi kwiatowymi, ale kolibry mogą zrobić nawet 27% odwiedzin. Sprawdziliśmy, czy kolibry są skutecznymi zapylaczami naparstnic i odkryliśmy, że są nawet bardziej skuteczne niż pszczoły w przenoszeniu pyłku na kwiaty.

Badając kwiaty, odkryliśmy, że rurka, w której gromadzi się nektar, jest teraz znacznie większa w populacjach, w których występują kolibry, w porównaniu z rdzennymi populacjami Wielkiej Brytanii. Odkryliśmy również, że rośliny o kwiatach z większymi rurkami mają wyższy sukces reprodukcyjny we wszystkich znaturalizowanych populacjach, na które patrzyliśmy – wskazówka, że ​​dobór naturalny faworyzuje dłuższe kwiaty.

Było to spójne w populacjach Kolumbii i Kostaryki – co jest ważne, ponieważ reprezentują dwa niezależne wprowadzenia naparstnic z Europy około 1850 roku. Mamy wstępne dowody na podstawie markerów molekularnych, że naparstnice w obu krajach są genetycznie różne. Ameryka Południowa i Środkowa są oddzielone gęstym nizinnym lasem deszczowym, który jest nieprzenikniony dla naparstnic, więc jest bardzo mało prawdopodobne, aby rośliny mogły skolonizować z jednego regionu z drugiego.

Fakt, że po dodaniu kolibrów obserwujemy te same zmiany kwiatowe i kierunek selekcji w obu regionach, stanowi mocny dowód na to, że obserwujemy szybką adaptację do nowego środowiska zapylaczy. W naszym następnym badaniu mamy nadzieję potwierdzić, że selekcja, którą widzimy, jest w rzeczywistości narzucona przez kolibry.

Przypadek naparstnic sugeruje, że w niektórych przypadkach rośliny mogą być odporne na zmiany zapylaczy, jeśli da się im wystarczająco dużo czasu w świecie, w którym zarówno rośliny, jak i zwierzęta są zmuszone do poruszania się, ekspansji lub wycofywania się. Jednak w wielu przypadkach rośliny tracą zapylaczy zamiast zdobywać nowe. Badanie wszystkich przypadków pomaga nam lepiej zrozumieć ewolucję roślin.

O autorze

Maria Klara Castellanos, Wykładowca Ewolucji, Zachowań i Środowiska, University of Sussex

ING

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.