Ультрафиолетовые узоры подсолнухов привлекают опылителей и сохраняют воду
Цветы демонстрируют огромное разнообразие цветов, узоров, форм и запахов, но их красота предназначена в первую очередь для опылителей, а не для нас. Яркий пример — ультрафиолетовые (УФ) узоры. Многие цветы накапливают УФ-пигменты в лепестках, создавая узоры, невидимые человеку, но различимые большинством опылителей.
Особенно ярко этот контраст проявляется у подсолнухов. То, что мы воспринимаем как один цветок, на самом деле является соцветием. У всех диких подсолнухов (около 50 видов в Северной Америке) язычковые цветки (краевые лепестки соцветия) для нашего глаза имеют однородный ярко-желтый цвет.
Однако в УФ-спектре картина иная. Подсолнухи накапливают УФ-поглощающие пигменты у основания язычковых цветков, что создает для опылителей эффект «ультрафиолетовой мишени» в центре соцветия.
Разнообразие УФ-узоров
В недавнем исследовании было проанализировано почти 2000 диких подсолнухов. Оказалось, что размер этой УФ-«мишени» сильно варьируется как между видами, так и внутри них.
Наибольшее разнообразие размеров УФ-узора показал вид Helianthus annuus (подсолнечник однолетний) — ближайший дикий родственник культурного подсолнечника. У некоторых популяций этого вида УФ-«мишень» очень маленькая, у других же УФ-поглощающая область покрывает всё соцветие.
Привлечение опылителей и другие факторы
Сравнение подсолнухов с разными УФ-узорами показало, что опылители различают их и предпочитают растения с УФ-«мишенями» среднего размера.
Однако это не объясняет всего наблюдаемого разнообразия. Если узоры среднего размера привлекают больше опылителей (что является преимуществом), почему существуют растения с маленькими или большими УФ-узорами?
Ответ, вероятно, кроется в том, что на эволюцию признаков цветка влияют не только опылители, но и другие факторы, такие как температура или травоядные животные.
- Генетическая регуляция: Большую часть разнообразия УФ-узоров у H. annuus контролирует один ген — HaMYB111. Он регулирует выработку семейства химических веществ — флавонолгликозидов, которые в высокой концентрации содержатся в УФ-поглощающей части лепестков. Эти соединения не только поглощают УФ-свет, но и помогают растениям справляться с различными стрессами окружающей среды.
- УФ-пигментация без опылителей: Тот же ген отвечает за УФ-пигментацию лепестков у резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Это растение самоопыляющееся и не нуждается в привлечении опылителей, его цветки мелкие и невзрачные. Однако его лепестки также полны УФ-поглощающих флавонолов, что указывает на иные, не связанные с опылением причины наличия этих пигментов.
- Связь с климатом: Популяции подсолнухов из более засушливых климатических зон неизменно имели более крупные УФ-«мишени». Одной из известных функций флавонолгликозидов является регуляция транспирации (испарения воды). Эксперименты подтвердили, что язычковые цветки с крупными УФ-узорами (содержащие много флавонолгликозидов) теряли воду гораздо медленнее, чем цветки с мелкими узорами.
Выводы
Это открытие показывает, что УФ-узоры в цветках подсолнуха выполняют двойную функцию:
- Повышение привлекательности цветков для опылителей.
- Помощь растению в выживании в засушливых условиях за счет сохранения воды.
Это демонстрирует «экономность» эволюции, которая использует один признак для достижения более чем одной адаптивной цели. Результаты также открывают путь для улучшения культурного подсолнечника — одновременного повышения эффективности опыления и устойчивости к засухе. Подобные исследования помогают прогнозировать, как и в какой степени растения смогут адаптироваться к меняющемуся климату.