Augalai prisitaiko prie naujų apdulkintojų tik kelias kartas • Sergejus Lysenkovas • Mokslo naujienos apie "Elementus" • Evoliucija, ekologija

Augalai prisitaiko prie naujų apdulkintojų tik kelias kartas

Pav. 1. Žemės kamanys Bombus terrestris (kairėje) ir "Hoverfly" Episyrphus balteatus (dešinėje) Foto: © Aleksandras Prosvirovas

Šveicarijos mokslininkai tyrė skirtingą ropių evoliuciją dviejų skirtingų apdulkintojų – karmų ir musių – įtaka. Jau devynios atrankos kartos atnešė reikšmingų rezultatų. Šampūnų apklaustos augalai yra aukštesni ir kvapnūs, o kamaneliai labiau linkę juos aplankyti. Be to, augalai, apdulkinti muses, iš išorės beveik nepasikeitė ir netapo patrauklesniais vabzdžiais, apdulkinančiais juos, tačiau sukūrė gebėjimą daugintis be apdulkinimo. Taigi, prisitaikymas prie skirtingų apdulkintojų gali pasireikšti gana greitai, o rezultatas gali būti augalų dauginimo sistemos pasikeitimas.

Karolis Darvinas taip pat parašė apie svarbų gyvulių apvaisinimo vaidmenį evoliucijoje (antecologija – "Gėlių ekologija", dabar dažniausiai vadinama apdulkinimo ekologija) kelerius metus jo vaisingo gyvenimo ir rašė du didžiulius darbus " orchidėjos "(orchidėjų tręšimas) ir" Kryžminio apdulkinimo ir savaiminio apdulkinimo poveikis augaliniame pasaulyje "(kryžminių ir savaiminio derliaus poveikis daržovių karalystėje). Nuo to laiko gėlių adaptavimas į skirtingas apdulkintojų grupes tapo bendrojo evoliucijos (bendrojo evoliucijos) pavyzdžių vadovėliais,ir daugybė skirtumų – atrankos įtakos turinčių požymių skirtumų – taip pat taikomi santykiams tarp augalų ir vabzdžių (tačiau ne tik vabzdžiai: kolibris, šikšnosparniai ir kai kurie kiti gyvūnai gali apdulkinti).

Paprastai manoma, kad evoliuciniai procesai vyksta lėtai ir užima daug laiko, tačiau kartais šis ženklų neatitikimas gali pasireikšti gana greitai. Pavyzdžiui, mėlyname klijais eksperimentu Polemonio viskozėauga Šiaurės Amerikos kalnuose, buvo įrodyta, kad nauji požymiai gali atsirasti tik vienai kartai. Miško sienoje augančią cianozę apdulkina įvairūs vabzdžiai (musės, bitės, kamanės) ir siauras vėžlys. Aukštuminėje tundroje augančių gėlių daugiausia apdulkina kamanės, o jų koralas yra platus (gaminant patrauklų nektarą). Sėklos karolių augalo bandymų vietoje jie buvo apdulkinti anksčiau sugautų kamanių. Dėl šios priežasties naujos kartos gėlės jau turėjo daugiau plaukų, nei tėvų augalai (žr. C. Galen, 1996). Polemonio viskozė).

Tačiau tokie ir panašūs darbai buvo atliekami natūraliose populiacijose, kuriose veikia kiti veiksniai, todėl skeptikams liko spraga: ar tai taikoma apdulkintojams? GalbūtAr skiriasi kažkas kitas dalykas, pvz., dirvožemis, klimatas ar patogenai?

Norint pašalinti šį dviprasmiškumą ir atskleisti tiesioginę įvairių apdulkintojų grupių įtaką augalų evoliucijai, mokslininkai iš Ciuricho universiteto atliko eksperimentą, skirtą tirti rąstų divergenciją Brassica rapa priklausomai nuo įvairių apdulkintojų – kamanių ir musių. Ropinė buvo parinkta kaip augalų generalistų (žr. Bendrosios ir specialios rūšies) reprezentatorių, kurių užterštas įvairiomis vabzdžių grupėmis. Sėklos buvo paimtos iš to paties šaltinio, kad būtų išvengta galimų padarinių, susijusių su skirtingomis veislėmis, tačiau jie nebuvo švarios linijos ir turėjo pakankamai genetinės įvairovės, todėl galima tikėtis greitai reaguoti į atranką.

Eksperimento metu augalai buvo suskirstyti į tris grupes: vienas buvo apdulkintas tik žemės kamanomis Bombus terrestris, antrasis – pokalbis Episyrphus balteatus, kartais vadinamos "marmeladiniais" (1 pav.), o trečiąsias – patys tyrėjai (tai buvo kontrolinė grupė, kuri nebuvo pasirinkta dėl vabzdžių apdulkinimo veiksmingumo). Kiekvieno apdulkinimo rūšies eksperimentas kartojamas tris kartus, visada naudojant 36 augalus kiekvienam tipui (ty kiekvienoje eksperimento kartotinėje buvo auginami 108 augalai). Augalai augo tokiomis pačiomis sąlygomis (identiškas dirvožemis, apšvietimas, drėkinimo sąlygos).

Eksperimentas truko vienuolikai kartų. Kiekvienos naujos kartos sėklos buvo parenkamos proporcingai augalų našumui: jei viena ropė gamina du kartus daugiau sėklų nei kitos, tada, kai augalai buvo pasodinti į kitą kartą, iš jo buvo paimta du kartus daugiau sėklų. Tuo pačiu metu bendras kartų augalų skaičius buvo išsaugotas dėl to, kad neapdorotų augalų sėklos nebuvo gaminamos.

Pav. 2 Grafikai apie keturis požymius, pasikeitusius augalams, apdulkinantiems skirtingais būdais: kamanės (mėlynas brūkšnys linija linija), skrenda muses (žalia punktyrinė linija) ir dirbtinai (juoda kieta linija). a – augalų aukštis, b – sėklų skaičius vienam vaisiui; su – indolo išsiskyrimas žydėjimo metu; d – atranka žydėjimo metu p-isalaldehidas (anizybinis aldehidas). Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio Gamtos komunikacijos

Mokslininkai išmatavo daugybę augalų požymių (aukštis, gėlių skaičius, atskirų gėlių dalių dydžiai, taip pat atskirų odos medžiagų kiekis, išsiskleidęs žydėjimo metu), kiekviena nelyginė karta stebina ne tik galutinį eksperimento rezultatą, bet ir pokyčių dinamiką. Be to, remiantis sąveikų su augalų sėklų našumu asortimentu, buvo įvertintas atrankos galia, veikianti pagal konkretų požymį.

Įvairių metodų, išaugintų nuo paskutiniojo, vienuolikto kartos, apdulkintų augalų grupės, labai skiriasi. Ir daugiau nei augalai tarpusavyje kiekvienoje grupėje (tai patvirtino du nepriklausomi statistiniai metodai). Tai reiškia naudą, kad gauti rezultatai atsirado atrankos veiksmu, o ne genetiniu dreifu (žr. Genetinį dreifą).

Iki eksperimento pabaigos pasikeitė rogės iš kamanių ir grybų grupės. Be to, pokyčiai pasirodė esą skirtingi, o tai tik pasakoja apie adaptuotą augalų sklaidą pagal atrankos poveikį, kurį sukelia įvairių apdulkintojų buvimas.

Kiaušinių užsikrėtusios riekelės padidėjo (2a pav.), Tapo kvapnios (dvigubai išsiplėtė jų išmestų medžiagų kiekis), o žiedlapių ultravioletinę atspindėjimo zona padidėjo (nors apskritai gėlių spalva (atspindžio spektras) išliko tokia pati). Be to, pasikeitė kvapas, ty kvapo medžiagų sudėtis (2 pav., C ir d pav.). Įdomu tai, kad šeši iš aštuonių atrankos palaikomų ženklų (tiek morfologinių, tiek cheminių) teigiamai koreliuoja su nektaro kiekiu, tai yra, jie gali būti "sąžiningi" gėlių kokybės rodikliai.Svarbiausia, kad po 11 kartų kamieninių atšakų iš kamanių grupės parinkimas tapo žymiai patrauklesnė kamanėms nei mushina grupei (3 pav. A). Tačiau dėl bendro sėklų skaičiaus niekas nepasikeitė (o 2 pav., B, galima pastebėti, kad viso eksperimento metu svyravo apie tą pačią vertę). Kitas svarbus kamanių grupės pokytis – žymiai padidėjo apgaulingų augalų, kurie neparuošia nektaro, dalis. Buvo apie trečdalį jų, o pirmosios kartos, iš kurių prasidėjo ši patirtis, visai nebuvo (3 pav., B)!

Pav. 3 a – kamanų pageidavimai (kairėje) ir muses (dešinėje) prie ropių iš skirtingų grupių (BB – merlūzus aptiktos augalai, HF – augalai, užauginti žvilgančiais) po dešimties kartų atrankos (11 kartos patirtis): kamanės labiau mėgsta kamieninius augalus, o kirmėlėms nėra reikšmingų pageidavimų. b – nevartojančių augalų nektaro skaičiaus pasikeitimas per tris eksperimento variantus: paprastųjų kamieninių (šviesiai pilka), skrenda muses (tamsiai pilka) ir dirbtinio apdulkinimo (juodas); 9-ojoje ir 11-ojoje kartoje pastebimi skirtingi patirties variantai. Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio Gamtos komunikacijos

Su ropėmis grybų grupėje įvyko visiškai skirtingi pokyčiai. Pirma, jie padidino sėklų našumą (2 pav., B). Tai galėjo būti paaiškinta padidėjusiu pritraukimo įpročių efektyvumu, tačiau marmeladinių muselų metu nenustatyta, kad augalai iš kamanių ar muslino grupės (3a pav.), O apsilankymų skaičius viename gėleneje nepasikeitė. Čia atsiranda ne rektaliniai augalai, bet nedaug (taip pat ir kontrolinėje grupėje). Bendros augalų išvaizdos pastebimų pokyčių nebuvo, jie tapo tik 1,2 karto mažesni. Tačiau jie padidino "pagalbinių reprodukcinių technologijų" vaidmenį – savarankiškumą (gebėjimą apdulkinti savo pačių žiedadulkes) ir apomiksius (gebėjimą formuoti sėklų be apdulkinimo), kuris padidino vaisių skaičių, kurį augalai, kurių neapkūrė apdulkintojai, 15 kartų! Keletas kitų šioje grupėje pastebimų pokyčių tendencijų koreliuoja su tuo: pestle ilgio sumažėjimas ir trijų kvapnų medžiagų gamyba (tačiau išaugo kitos medžiagos – benzonitrilo). Šie požymiai yra susiję su vadinamuoju "apsivalymo sindromu", ty būdingu savęs apsinuodijantiems augalams.Tačiau kiti ženklai (nektaro kiekis ir gėlių dydis paprastai yra mažesni tiems augalams, kurie remiasi savimi, o ne vabzdžiais) nepakito šia kryptimi – autoriai tai nurodo tuo, kad vis dar atlieka svarbų vaidmenį apdulkinant ir prisidėti prie šių ženklų išsaugojimo atrankos.

Taigi skirtingi vabzdžiai sukėlė didelį augalų požymių neatitikimą. Svarbiausia, kad ropė yra nespecializuota gamykla, pritaikyta apsilankyti skirtingų apdulkintojų grupių – tiek bičių ir muses (ir ne tik lankai). O jei kamanių grupėje prietaisas vaikščiojo geresnio apdulkinimo kryptimi, aplankydamas juos vabzdžiais, grybų parinkimas paskatino alternatyvių veisimo metodų kūrimą, kuriame augalas remiasi tik pačiomis savybėmis – matyt, želių musės apskritai neefektyvios rupių gėlių apdulkinimui . Autoriai taip pat asocijuojasi su staigiu klystančių augalų, nešvartuojančių kimščių apdulkinimu, skaičiaus didėjimą, nes šie vabzdžiai renka žiedadulkes, kad pašarų savo palikuonis, todėl nori aplankyti tokias gėles.Hoverfly skrandžiai taip pat maitina žiedadulkes, tačiau nektaras jiems yra svarbesnis, tačiau autoriai to neginčija ir pateikia tik netiesioginius argumentus dėl šios prielaidos: želė muses gali atskirti skirtingas cukraus koncentracijas, bet ne žiedadulkių kiekį dirbtinėse gėlės (JP Sutherland ir kt. ., 1999. Gėlių simbolių įtaka hoverfly, Episyrphus balteatus)

Taigi, apdulkintojų sudėties pokyčiai, net ir augaluose, kurie iš pradžių buvo "sureguliuoti" į skirtingų gyvūnų apdulkinimą, gali gana greitai paveikti reprodukcijos išvaizdą ir būdą. Be to, kaip rodo šis eksperimentas, evoliucija ne visada vyksta didžiausio dažniausio lankytojo padidėjusio apdulkinimo veiksmingumo keliu – jei pastarasis yra akivaizdžiai nepakankamas normaliai reprodukcijai (nes, matyt, tai atsitiko su gana mažu slėptuvu, kurio nepastebimas pastebimas griuvimas, kuris padeda perduoti žiedadulkes), atranka gali būti lemti kitų sėklų gamybos metodų kūrimą.

Šaltinis: Daniel D. L. Gervasi, Florian P. Schiestl. Gyvūnų, kuriuose dirba apdulkintojas, kintanti evoliucija realiuoju laiku // Gamtos komunikacijos. 2017. DOI: 10.1038 / ncomms14691.

Taip pat žr. Apie augalų pritaikymą skirtingiems apdulkintojams:
1) gėlių žievės ilgis Nerine humilis nustato vabzdžių apdulkintojų bendruomenė, "Elements", 2015.10.22.
2) Apdulkintojai konkuruoja su žydinčiomis solanaceae rūšimis, skirtingai nuo dažymo, "Elements", 2014-05-16.
3) Siekiant išvengti interspecifinės hibridizacijos, pakanka kvapo skirtingai nuo orchidėjų, "Elements", 2011 06 15.

Sergejus Лисенков


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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