Как маргаритка получила свои пятна... и зачем

Темные пятна на лепестках цветов встречаются у многих семейств покрытосеменных растений, включая некоторые лилии, орхидеи и маргаритки. Много исследований посвящено физиологическим и поведенческим механизмам привлечения опылителей этими пятнами. Но из чего состоят эти пятна, как они развиваются и почему появляются только на некоторых, а не на всех краевых цветках?

Доктор Мередит Томас из Кембриджского университета и коллеги из Англии и Южной Африки исследовали эти вопросы. Их результаты опубликованы в декабрьском выпуске American Journal of Botany. Они сосредоточились на южноафриканской маргаритке Gorteria diffusa (Asteraceae), у которой у основания некоторых краевых цветков есть уникальное выпуклое темное пятно.

"Я нахожу эту систему "растение-опылитель" очень интересной для изучения из-за удивительного морфологического разнообразия цветов между популяциями", — сказала Томас. "Пятна на цветках имитируют опылителя растения — небольшую муху, которую они и привлекают. Растение зависит от опылителя для репродуктивного успеха, поэтому крайне важно, чтобы оно привлекало мух".

"Нас удивило, — продолжила Томас, — насколько сложными являются пятна на лепестках в некоторых популяциях, в то время как другим популяциям, кажется, достаточно очень простого пятна или даже его полного отсутствия".

Исследовав слои тканей, составляющих пятна на зрелых краевых цветках, под бинокулярным микроскопом, ученые обнаружили, что пятна G. diffusa сложнее большинства. Они состоят из трех различных типов специализированных клеток эпидермиса:

• Центральные "подсвечивающие" клетки, отражающие УФ-излучение и лишенные пигмента.
• Внутренние клетки, которые короче, округлее, имеют различную пигментацию и приподняты над "подсвечивающими" клетками.
• Окружающее пятно кольцо многоклеточных папилл, которые вздутые, блестящие и заполнены антоцианином.

Кроме того, каждое пятно охватывает четыре врожденно сросшихся лепестковых доли, то есть каждая доля содержала в своем генетическом составе лишь часть пятна (и только некоторые типы клеток).

Что привлекает опылителей? Поскольку у этого вида наблюдается большое разнообразие пятен, авторы предполагают, что общие для различных популяций элементы, такие как наличие пигмента антоцианина или УФ-отражательная способность, могут играть ключевую роль.

Как развиваются пятна? Используя сканирующую электронную микроскопию, авторы изучили онтогенез пятна. Они обнаружили, что пятна содержат только первые несколько развивающихся краевых цветков, а остальные — нет. Томас отметила: "Растение эволюционировало очень умным способом распределения имитирующих опылителя пятен по соцветию, чтобы они выглядели случайными, как будто несколько мух только что приземлились, хотя на самом деле положение пятен математически предопределено в соответствии с филлотаксией растения". Авторы предполагают, что гены, контролирующие появление пятна, сначала активируются, а затем со временем "затухают", так что только первые и самые старые развивающиеся цветки имеют пятна. Таким образом, развитие пятен сложно не только на клеточном, но и на организменном уровне.

"Теперь мы планируем исследовать, — заключает Томас, — регулируется ли развитие этой адаптивной цветочной черты столь же сложным генетическим регуляторным путем или это растение просто заимствовало и модифицировало путь, обычно используемый растениями для создания других типов специализированных поверхностных структур, например, волосков".