Разнообразие ароматов диких цветов Lithophragma обусловлено коэволюцией с опылителями

Исследование диких цветов рода Lithophragma (лесная звезда) на западе США выявило замечательное разнообразие летучих соединений, производимых их цветами. Каждый вид, и даже разные популяции внутри вида, могут производить уникальный букет ароматов, иногда состоящий из десятков соединений, для привлечения специализированных насекомых-опылителей.

Двенадцать видов и подвидов Lithophragma обитают в широком диапазоне сред на западе Северной Америки. Они коэволюционировали с группой специализированных молей Greya, которые опыляют цветы и откладывают яйца только в них. Хотя растения теряют часть развивающихся семян из-за личинок молей, польза от опыления обычно перевешивает затраты.

Исследование цветочного аромата, опубликованное 11 февраля в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), добавляет новый неожиданный слой к сложным взаимоотношениям между растениями и их опылителями. Старший автор Джон Томпсон, профессор экологии и эволюционной биологии в UC Santa Cruz, изучает коэволюцию этих видов несколько десятилетий. Новое исследование основано на предыдущей работе, показавшей, что исход взаимодействия Lithophragma с молями Greya сильно варьирует в разных экосистемах в зависимости от присутствия других опылителей.

Неожиданное разнообразие ароматов

Исследователи охарактеризовали цветочные ароматы, производимые каждым видом Lithophragma в широком диапазоне экосистем — от южной Калифорнии до Вашингтона. Результаты оказались неожиданными:

  1. Большое количество соединений: многие популяции производили ароматы, состоящие более чем из 20 соединений, а некоторые — почти из 50 разных молекул.
  2. Разнообразие биосинтетических путей: соединения в этих букетах образуются в результате широкого спектра биохимических путей, а не одного или двух.

Популяции в разных экосистемах могут иметь букеты, доминируемые разными классами соединений: терпенами, азотсодержащими соединениями, ароматическими эфирами или сложными эфирами.

Связь с морфологией и опылителями

На биохимию ароматов влияет несколько факторов:

  • Специализированные опылители: два вида молей Greya отбирают разную морфологию цветка из-за различий в способе опыления. Форма цветка популяции часто зависит от того, какой вид моли присутствует.
  • Локализация производства аромата: разные соединения производятся разными частями цветка, поэтому изменения в морфологии могут влиять на производство аромата.
  • Другие опылители: в некоторых экосистемах менее специализированные насекомые также опыляют цветы. Это нарушает тесную коэволюцию, и Lithophragma может даже эволюционировать, чтобы исключить молей Greya (прерывая развитие цветов, в которые они отложили яйца).
  • Конкуренция ароматов в окружающей среде: растениям необходимо привлекать своих опылителей на фоне множества других химических сигналов в экосистеме, что может способствовать созданию уникального сигнала.

Значение для сохранения биоразнообразия

Исследование является частью долгосрочных усилий по пониманию того, как процесс коэволюции работает в природе и формирует адаптацию видов на больших географических масштабах.

«Эти результаты говорят нам, что виды коэволюционируют как географическая мозаика, в которой каждое локальное взаимодействие между видами может включать уникальные эволюционные решения. Если мы хотим сохранить виды в мире, где среды быстро меняются, нам необходимо сохранить как можно больше этих связей», — пояснил Джон Томпсон.