令人疲惫的达尔文解决了:聪明的策略一些花卉用来确保蜜蜂的有效授粉

蜜蜂授粉巅峰国家公园

在塔尖国家公园里,一只长尾大黄蜂正在观赏白粉杉的一朵花。信贷:塔尼亚蒂巴

对具有两种花药的花的研究解开了困扰达尔文的谜团。

一些花使用一种聪明的策略来确保蜜蜂的有效授粉,即从两组不同的花药中逐渐分发花粉。

大多数开花植物依靠蜜蜂等传粉者将花粉从一朵花的雄蕊花药转移到另一朵花的雌蕊柱头上,从而实现受精并产生果实和种子。然而,蜜蜂授粉有一个内在的利益冲突,因为蜜蜂只对花粉作为食物来源感兴趣。

“蜜蜂和植物有不同的目标,因此植物已经进化了蜜蜂的行为,以最大化花粉转移的蜜蜂,”凯瑟伦凯副教授兼进化生物学教授在UC Santa Cruz。yabo124

山字草的花

长爪克拉克和柱状克拉克花的特写照片显示了两种类型的花药,一个明显的内轮和一个与花瓣混合的外轮。资料来源:Kay等人,PRSB 2020

在12月23日发布的一项研究中英国皇家学会学报B,Kay的团队描述了一种涉及鲜花的授粉策略,其中两种不同的花药含有各种颜色,大小和位置。达尔文被这样的花朵,哀叹他的一封信,他“浪费了他们对他们的巨大努力,并且无法瞥见零件的含义。”

多年来,人们对这种现象的唯一解释是,一组花药专门用来吸引和喂养蜜蜂,而另一组不太显眼的花药则偷偷地在花药上撒上花粉,以便转移到另一朵花上。这种“分工”假说已经在不同物种中得到验证,尽管它似乎在少数情况下适用,但许多研究都未能证实它。

新的研究提出了一个不同的解释,并展示了它在属的野花种类上的工作原理山字草。通过各种温室和田间实验,Kay的团队表明杂色山字草是一种鲜花逐渐向蜜蜂逐渐向蜜蜂呈现花粉的方式。

“发生了什么是在不同时间开放的人,所以植物正在逐步将花粉淘汰,”凯说。

这种“花粉剂量”策略是一种让蜜蜂转移到另一朵花上的方法,而不会停下来梳理身体上的花粉并将其打包送到巢中。蜜蜂是高度专一的花粉取食者,身体上的毛发可以静电吸引花粉,腿上的硬毛用于梳理,腿上或身体上的结构用于储存花粉。

凯说:“如果一朵花给一只蜜蜂注入了一吨的花粉,这只蜜蜂就处于花粉天堂,它会开始梳理毛发,然后离开去喂养自己的后代,不会再去拜访另一朵花。”“所以植物有不同的机制来逐渐发放花粉。在这种情况下,花隐藏了一些花粉囊,并逐渐向传粉者展示它们,这就限制了蜜蜂每次访问花粉囊的数量。”

大约有41种山字草在加利福尼亚,大约一半的植物有两种花药。这些花粉往往是由当地专门的独居蜜蜂授粉的。凯的研究小组专注于两种蜜蜂的授粉山字草,c . unguiculata(优雅的Clarkia)和C. Cylindrica.(斑点Clarkia)。

在这些和其他异花克拉氏属植物中,花药的内轮直立在花的中央,外观明显,成熟早,最先释放花粉。一个不明显的外轮向后靠在花瓣上,直到内部的花药打开之后。外部的花药向花的中心移动,开始逐渐释放花粉。几天后,柱头就会直立并粘在一起,准备接受另一朵花的花粉。

凯说:“在田间,你可以看到不同阶段的花朵,使用延时摄影技术,我们可以看到每朵花发生的整个过程。”

劳动假设的划分需要两组花药同时生产花粉。凯说,她决定在观察克拉基亚在现场观察克拉基亚的花朵并意识到解释并不适合之后调查杂色。“我可以看到一套活跃的一些花朵,有些套装有效的地方,但没有鲜花,两者都同时活跃,”她说。

C. Cylindrica.在美国,两组花药产生不同颜色的花粉,这使研究人员能够跟踪花粉的去向。他们的实验表明,从两组花药中采集的花粉都是作为食物,而且也在花之间传播,这与劳动分工假说相矛盾。

“色彩差异方便,因为否则很难跟踪花粉,”凯说。“我们表明蜜蜂正在收集和运送两种花药的花粉,因此它们不专注于不同的功能。”

凯说,她没有意识到达尔文花了多少时间,直到她开始学习它。“他想到了很多事情,很难找到他没有弄明白的案例,”她说。但是,达尔文可能已经在正确的轨道上。在他去世前不久,他要求种子c . unguiculata在实验中使用。

参考:2020年12月23日,Kathleen M. Kay, Tania Jogesh, Diana Tataru和Sami Akiba的《达尔文的令人困惑的发明:为什么一些花有两种花药的新假设》英国皇家学会学报B
DOI: 10.1098 / rspb.2020.2593

除凯外,本文的同志包括博士后学者Tania Jogesh和两个UCSC大学生,Diana Tataru和Sami Akiba。这两个学生都完成了他们的工作高级学者,并得到了UCSC的诺里斯自然历史中心的支持。

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