Секрет впечатляющего цветения в самой сухой пустыне мира

Пустыня Атакама, протянувшаяся примерно на 1600 км вдоль западного побережья Южной Америки, — самое сухое место на Земле. Некоторые метеостанции здесь никогда не фиксировали осадков. Но она далеко не бесплодна: здесь обитает множество уникальных видов, адаптированных к экстремальным условиям.

Примерно каждые 5–10 лет, с сентября до середины ноября, в Атакаме происходит одно из самых впечатляющих зрелищ в мире природы — «цветущая пустыня» (desierto florido). Эти массовые цветения, одно из которых сейчас происходит в северной Атакаме после обильных дождей в начале этого года, часто привлекают внимание мировых СМИ.

Но какие физиологические и эволюционные механизмы позволяют добиться большого разнообразия цветов, форм и визуальных узоров цветов во время desiertos floridos? И как опылители — в Атакаме в основном перепончатокрылые, такие как одиночные осы и пчелы, — ради которых эта визуальная экстравагантность и развивалась, воспринимают всё это разнообразие? Этой теме посвящено новое исследование в Frontiers in Ecology and Evolution.

«Наша цель — пролить свет на экологические и эволюционные механизмы, вызывающие биологическое разнообразие в экстремальных средах, таких как пустыня Атакама», — сказал первый автор доктор Хайме Мартинес-Хармс.

Модельный вид

Учёные изучали событие desierto florido в конце 2021 года. Доминирующим видом была Cistanthe longiscapa (семейство Montiaceae) — однолетнее растение высотой до 20 см, которое цвело двумя разными участками. Для человеческого глаза цветы на них были однородно пурпурными и жёлтыми. Между ними росло множество промежуточных (красноватых, розоватых и белых) цветов того же вида, что сильно предполагает наследственную природу пурпурной и жёлтой морф, способных скрещиваться.

Визуализация цветов так, как их видят насекомые

Насекомые видят мир иначе, чем мы. Например, у большинства перепончатокрылых три типа фоторецепторов с максимальной чувствительностью к УФ, синему и зелёному свету.

Исследователи использовали камеры, чувствительные к видимому свету и УФ, и спектрометры для измерения отражения, поглощения и передачи различных длин волн лепестками 110 цветков C. longiscapa (пурпурных, жёлтых, красных, розовых и белых). Это позволило создать составные изображения этих вариантов, как их видят многочисленные виды опылителей.

Разнообразие, скрытое от человеческих глаз

Результаты показывают, что даже в рамках одного вида растений разнообразие, воспринимаемое опылителями, было больше, чем нами. Например, перепончатокрылые, как и мы, легко различают красные, пурпурные, белые и жёлтые варианты. Но они также могут различать цветы с высоким и низким УФ-отражением среди жёлтых и пурпурных цветов. УФ-«мишень» в центре некоторых цветов, направляющая опылителей к нектару и пыльце, невидима для нас.

Исключение составляют отражающие УФ розовые и красноватые цветы C. longiscapa, которые для человека выглядят по-разному, но, вероятно, кажутся похожими перепончатокрылым.

Это визуальное разнообразие цветков C. longiscapa, вероятно, в основном обусловлено различиями в беталаинах — жёлтых, оранжевых и пурпурных пигментах, типичных для порядка Гвоздичноцветные (Caryophyllales), к которому принадлежит Cistanthe. Беталаины не только придают цвет, но и защищают от засухи, солевого стресса и повреждения активными формами кислорода при стрессе — черты, очень полезные в пустынях.

Опылители движут отбором новых вариантов

Авторы предполагают, что наблюдаемое разнообразие цветков C. longiscapa обусловлено различиями в чувствительности и предпочтениях к разным цветам и узорам у многих видов опылителей: это эволюционный эксперимент, происходящий прямо сейчас, который в основном ускользает от нашего взгляда.

«Большое разнообразие окраски цветков C. longiscapa можно объяснить, если разные виды насекомых-опылителей, благодаря своему предпочтению к определённым цветам и узорам, могут привести к репродуктивной изоляции этих вариантов от других особей того же вида растений. Этот продолжающийся процесс в конечном итоге может привести к возникновению новых рас или видов», — сказал Мартинес-Хармс.

В следующих исследованиях учёные планируют изучить химическую идентичность и биосинтетические пути беталаинов и других цветочных пигментов, а также их связь с такими признаками, как аромат цветов. Это поможет понять их роль во взаимодействиях растений и опылителей и в устойчивости растений к биотическим и абиотическим стрессам в условиях меняющегося климата.