Квантовые точки зафиксировали видообразование в песчаном финбоше Южной Африки
Эволюционные экологи из Стелленбосского университета использовали квантовые точки для отслеживания пыльцы длиннотрубчатого ириса Lapeirousia anceps и зафиксировали "моментальный снимок" растения в процессе видообразования.
Профессор Брюс Андерсон, эволюционный эколог, отмечает, что это лишь третий случай в его карьере, когда он обнаружил контактную зону, где видообразование, кажется, происходит прямо на наших глазах. "Контактные зоны между таксонами в процессе расхождения могут быть довольно обычным явлением, но их трудно найти, потому что нужно точно знать, что искать", — говорит он.
На протяжении 15 лет Андерсон и его коллеги изучали участок песчаного финбоша у городка Мамре на западном побережье ЮАР. Это одно из ключевых мест произрастания Lapeirousia anceps и обитания его опылителя — длиннохоботковой мухи Moegistorhynchus longirostris.
Механизм коэволюции, аналогичный знаменитой паре "орхидея Мадагаскара — бражник Дарвина", работает и у Lapeirousia. Профессор Антон Пау обнаружил в 2009 году, что длина трубки цветка коэволюционировала с длиной хоботка мухи (43–86 мм), идеально соответствуя ей в разных популяциях.
Однако в 2003 году Андерсон обнаружил в районе Мамре странную популяцию Lapeirousia anceps: "У одних растений были короткие цветочные трубки, у других — длинные, а растения с трубками промежуточной длины встречались крайне редко. При этом эту популяцию посещал только один вид длиннохоботковой мухи".
Последующие 15 лет исследований показали, что генный поток между двумя формами растений очень слаб, что объясняет их длительное существование как отдельных форм.
Андерсона больше интересовал механизм, препятствующий их смешению. На фотографиях с полевых работ он заметил, что у мухи из этой зоны пыльца находится на верхней части головы, а другой комок — примерно на середине хоботка. Он был уверен, что пыльца на голове — от длиннотрубчатых цветков, а на хоботке — от короткотрубчатых, но не мог этого доказать.
На помощь пришла квантовая физика
Аспирант Корней Минар, присоединившийся к группе в 2015 году, разработал метод маркировки и отслеживания пыльцы с помощью квантовых точек, что стало прорывом в области, где более века не было универсального метода.
В ноябре 2015 и 2016 годов команда провела полевые испытания в Мамре. Метод позволил однозначно показать, что длинно- и короткотрубчатые цветки размещают и получают пыльцу на разных частях хоботка мухи: короткотрубчатые — в основном на середине, а длиннотрубчатые — на голове или рядом с ней.
В результате пыльца редко переносится между длинно- и короткотрубчатыми особями, что указывает на барьер для потока генов.
"Мы, кажется, застали эти растения в самом акте видообразования, — говорит профессор Андерсон. — Это необычно, потому что обычно растения уже давно разошлись, и трудно понять процессы, которые к этому привели. Здесь же мы смогли зафиксировать сам процесс и определить его механизмы".
Трудно предсказать, останутся ли эти две формы Lapeirousia раздельными навсегда или в конечном итоге объединятся. Однако Андерсон уверен, что этот участок земли нуждается в защите: "Он находится под серьёзной угрозой из-за выпаса скота и инвазии акаций и злаков. Существует реальная вероятность исчезновения этого уникального участка песчаного финбоша в не слишком отдалённом будущем".