Исследование опылителей проливает свет на "отвратительную тайну" Дарвина

Изучение цветочных предпочтений бабочек-бражников позволило выявить простые факторы, необходимые для возникновения новых видов.

Сильные коэволюционные отношения между растениями и животными-опылителями давно признаны потенциальным драйвером высоких темпов видообразования среди 275 000 существующих цветковых растений. Сдвиги между опылителями (шмели, колибри, бражники, летучие мыши) часто совпадают с событиями видообразования растений. Каждая такая "гильдия" опылителей привлекается своим набором признаков: цветом, узором, запахом, формой, нектаром — совокупностью, известной как синдром опыления.

В новом исследовании учёные попытались смоделировать смену опылителя в лаборатории, чтобы воспроизвести происхождение нового вида в природе. Они выбрали вид из секции Erythranthe рода Mimulus (губастик), где эволюция опыления бражниками от предков, опыляемых колибри, не происходила.

Исследователи внесли генетические изменения в два гена цвета цветка, синтезировав новый "вид" Mimulus с пониженным уровнем красного пигмента антоциана и жёлтых каротиноидных пигментов. Эти изменения основаны на наблюдениях, что большинство цветков, опыляемых колибри, — красные и плохо видны бражникам, чья зрительная чувствительность не распространяется на длинные волны красного света. Цветки, опыляемые бражниками, обычно белые или бледные и высоко отражающие, что адаптировано для обнаружения в сумерках и ночью.

Учёные протестировали привлекательность четырёх полученных фенотипов цвета — красного, жёлтого, розового и белого — используя лабораторных бражников, ранее не контактировавших с цветами.

Результаты:

• Бражники сильно предпочли "производные" не-красные цвета (жёлтый, розовый, белый) предковому красному, который предпочитают колибри.
• Бражники посещали бледные цветки чаще и проводили на них больше суммарного времени за период эксперимента.

Исследование показало, что для влияния на предпочтение бражников потребовались всего два простых генетических изменения.

"Мы ожидали, что бражники проявят некоторое предпочтение, но их предпочтения оказались чрезвычайно сильными", — сказала первый автор доктор Келси Байерс из Центра Джона Иннеса.

"Наше исследование показывает, что изменения в синдроме опыления могут происходить посредством относительно немногих генетических изменений, и это позволяет предположить, что для возникновения нового вида может быть достаточно всего нескольких простых генетических изменений".

Чарльз Дарвин, очарованный "отвратительной тайной" разнообразия цветковых растений, предсказал, что мадагаскарскую звездчатую орхидею (Angraecum sesquipedale) с белым цветком и 35-сантиметровым шпорцем должен опылять бражник с 35-сантиметровым хоботком. Такой опылитель был обнаружен десятилетия спустя, подтвердив гипотезу.

Это исследование предлагает перспективный подход к пониманию видообразования растений через смену опылителя: создавать прогнозы и проверять их экспериментально, синтезируя в лаборатории новые комбинации признаков. Это контрастирует с классическим ретроспективным подходом сравнения родственных растений с разными опылителями.

"Мы показали, что критические шаги к происхождению нового, экспериментально синтезированного вида растений, опыляемого бражниками, можно предсказать на основе фундаментальных знаний о синдромах опыления и генетике", — сказала доктор Байерс.

Пока эксперименты ограничены лабораторией. Одно из возможных будущих направлений — проверить гипотезу в природе с дикими насекомыми, чтобы определить, сможет ли новый "вид" сохраниться во внешней среде.