Взаимодействие опылителей и вредителей влияет на эволюцию растений
Растения Brassica rapa, опыляемые шмелями, эволюционируют, формируя более привлекательные цветки. Однако эта эволюция нарушается, если растение одновременно атакуют гусеницы. Поскольку пчёлы опыляют их менее эффективно, растения всё больше переходят к самоопылению. В эксперименте по экспериментальной эволюции в теплице учёные из Университета Цюриха показали, насколько сильно эффекты опылителей и вредителей влияют друг на друга.
Экспериментальная эволюция в реальном времени
В двухлетнем тепличном эксперименте профессор Флориан Шистл и докторант Серхио Рамос продемонстрировали мощное взаимодействие между эффектами опыляющих насекомых и травоядных. Они использовали Brassica rapa (близкий родственник рапса), взаимодействующую со шмелями и гусеницами. В течение шести поколений четыре группы растений подвергались разным обработкам:
- опыление только шмелями,
- опыление шмелями с повреждением гусеницами,
- ручное опыление без вредителей,
- ручное опыление с повреждением гусеницами.
Баланс между привлекательностью и защитой
После эксперимента растения, опыляемые шмелями без вредителей, стали наиболее привлекательными для опылителей: у них эволюционировали более ароматные цветки, которые также имели тенденцию быть крупнее. «Эти растения адаптировались к предпочтениям пчёл», — объясняет Серхио Рамос.
Напротив, растения, опыляемые шмелями и повреждаемые гусеницами, были менее привлекательными: у них были более высокие концентрации защитных токсичных метаболитов, менее ароматные и, как правило, более мелкие цветки. «Гусеницы нарушают эволюцию привлекательных цветков, так как растения направляют больше ресурсов на защиту», — говорит Рамос.
Совокупное влияние на размножение
Мощное взаимодействие эффектов от пчёл и гусениц также проявилось в репродуктивных характеристиках растений. Например, в ходе эволюции растения, опыляемые шмелями, развили тенденцию к спонтанному самоопылению, когда они одновременно повреждались гусеницами. Растения, атакованные гусеницами, развивали менее привлекательные цветки, что влияло на поведение пчёл, и они хуже опыляли эти цветки.
Понимание механизмов эволюции
Исследование показывает важность интерактивных эффектов в эволюции разнообразия. Если комбинация действующих факторов меняется (например, из-за потери среды обитания, изменения климата или сокращения численности опылителей), это может вызвать быстрые эволюционные изменения у растений.
«Изменения окружающей среды, вызванные человеком, влияют на эволюционную судьбу многих организмов. Это имеет последствия для стабильности экосистем, потери биоразнообразия и продовольственной безопасности», — говорит Флориан Шистл.
Исследование опубликовано в журнале Science.