Для некоторых орхидей родство важнее опылителей в формировании цветочных аттрактантов
Растения, зависящие от опыления животными, часто производят специфические химические запахи для привлечения конкретных опылителей. Однако способность производить определённые химические вещества также определяется генетикой растения, или его филогенетической историей. Новое исследование Кима Штайнера и коллег, опубликованное в октябрьском выпуске American Journal of Botany, показывает, что для специализированных южноафриканских орхидей филогения может быть важнее опылителей в определении характеристик цветочного аромата.
Фон исследования
Во время полевых работ в Южной Африке Штайнер обнаружил, что пчёлы Redivia переносят поллинии (пыльцевые пакеты) орхидей. Он установил, что более 100 видов орхидей в южной Африке производят масло (а не нектар) в качестве награды для опылителей, и эти виды опыляются маслособирающими пчёлами. Ароматы этих орхидей, часто описываемые как неприятные, резкие, приторные или похожие на мыло, заинтересовали учёных.
Вопрос и гипотезы
Основной вопрос: что важнее в определении состава цветочных запахов у этой группы орхидей — филогения (родственные связи) или естественный отбор, опосредованный опылителем? Исходя из высокой специализации орхидей, авторы предсказали, что:
- Ароматы видов, опыляемых одним видом пчёл, будут схожи, независимо от филогении.
- Ароматы орхидей в пределах одного климатического региона (зимние vs. летние осадки) будут более схожи между собой, чем с родственными видами из других регионов.
Методология
С помощью метода headspace adsorption учёные отобрали пробы запахов у 39 маслообразующих орхидей подтрибы Coryciinae. Цветущие стебли помещали в стеклянный сосуд, прокачивали через него воздух, а химические сигнатуры улавливали с помощью газовой хроматографии.
Результаты
- Было идентифицировано 257 соединений из девяти различных классов.
- В среднем каждый вид орхидеи имел 26 различных соединений.
- Более 60% соединений были найдены только у одного или двух видов орхидей.
- Только 3% соединений были обнаружены более чем у половины таксонов.
Ключевые выводы
- В регионе с зимними осадками филогенетика играет значительно более важную роль, чем давление отбора со стороны опылителей. Профили запахов следовали филогенетическим линиям: родственные таксоны имели схожие запахи, при этом конкретные виды пчёл опыляли таксоны с разными запахами, а таксоны со схожими запахами опылялись разными видами пчёл.
- В регионе с летними осадками профили запахов также следовали филогенетическим линиям (хотя влияние опылителей проверить не удалось, так как большинство орхидей в этом регионе имели общих опылителей).
- Почти все орхидеи в двух регионах испускали схожие пахучие соединения, несмотря на то, что виды пчёл-опылителей Rediviva в регионах различались. Это также противоречило ожиданиям авторов.
Общий итог
Исследование показало подавляющую поддержку тому, что филогения играет более важную роль в вариациях запаха, чем отбор со стороны опылителей, даже в группе близкородственных видов растений, опыляемых одним классом опылителей.
«Мы показали, что хотя есть свидетельства опылительно-опосредованного отбора в химическом составе некоторых из проанализированных нами запахов, — заключает Штайнер, — для группы маслообразующих орхидей в целом роль филогенетического ограничения важнее для определения общего состава ароматов, чем естественный отбор».
Дальнейшие исследования
Авторы продолжают работу и сейчас занимаются идентификацией соединений, которые стимулируют обонятельные сенсиллы на антеннах пчёл, чтобы определить, какие из множества соединений в ароматах привлекательны для маслособирающих пчёл.