Первые цветы эволюционировали до появления пчёл — как же они стали такими яркими?

Красочные цветы и опыляющие их насекомые и птицы — одна из радостей природы. Но как возникли ранние взаимосвязи между окраской цветов и животными-опылителями?

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the Royal Society, эта загадка была раскрыта путём анализа визуальной среды, в которой предки современных пчёл добывали пищу с цветов.

Учёные измерили и проанализировали свет, отражаемый современными цветами, а также камнями, почвой, ветками, корой и листьями, которые формируют их естественный фон. На основе этих данных были созданы компьютерные симуляции, воссоздающие древнюю визуальную среду эпохи появления первых цветов.

Цветовое зрение насекомых возникло раньше цветов

Современные пчёлы — активные опылители цветковых растений, включая сельскохозяйственные культуры. Их цветовое зрение основано на ультрафиолетовых, синих и зелёных фоторецепторах (светочувствительных клетках) для обнаружения и распознавания наиболее "выгодных" цветов. Для сравнения, большинство людей воспринимают цвет с помощью синих, зелёных и красных фоторецепторов.

Когда первые цветы эволюционировали в мезозойскую эру (от 252 до 66 млн лет назад), предкам пчёл уже нужно было ориентироваться в пространстве, поддерживать стабильный полёт, избегать столкновений и находить пищу на естественном фоне. Учёные предполагают, что их зрительная система могла эволюционировать для эффективной работы именно в этой среде.

К моменту появления первых цветковых растений предки пчёл уже обладали цветовым зрением, которое сохранилось на протяжении всей их эволюционной истории. Таким образом, хотя самих пчёл изначально не было, их предки существовали. Яркие цвета цветов, вероятно, эволюционировали, чтобы соответствовать этой древней зрительной системе. Параллельно первые пчёлы стали самыми эффективными опылителями.

Какого цвета был фон для цветов на древней Земле?

Австралия — идеальное место для сбора данных о естественных фоновых материалах, которые видели ранние насекомые, поскольку это геологически древний континент. Исследователи собрали образцы фона по всей Австралии и измерили их отражающие свойства с помощью спектрофотометра.

Эти данные были использованы для создания базы материалов, присутствовавших в визуальной среде летающих насекомых более 100 млн лет назад — во время появления первых цветов.

Цвет цветов эволюционировал в ответ на цветовое зрение пчёл

Для коллекции естественных фонов, а также цветов, опыляемых насекомыми и птицами, были рассчитаны маркерные точки — резкие изменения интенсивности отражённого света в узком диапазоне длин волн. Эти точки определяют ключевые визуальные особенности окрашенных поверхностей и могут использоваться для статистической проверки эволюционного процесса.

Компьютерные симуляции генерировали возможные фоны для цветов. Анализ их маркерных точек показал, что распределение этих точек на лепестках растений, опыляемых пчёлами, чётко указывает на их "заметность" — то есть они выделяются как более сильные сигналы на естественном фоне.

Это подтверждает предыдущие исследования, предполагающие, что в Северном полушарии и Австралии цветковые растения эволюционировали цветовые сигналы для облегчения цветового восприятия пчёлами.

Самые первые цветы, вероятно, были тусклого зеленовато-жёлтого цвета и изначально опылялись мухами. Однако с началом опыления первыми пчёлами, обладавшими настроенной зрительной системой, цветы, вероятно, эволюционировали новые цвета, соответствующие зрительным возможностям пчёл. Процесс естественного отбора, по-видимому, заставлял окраску цветов выделяться из фона в глазах опылителей.

Птицы тоже сыграли роль

Птицы стали посетителями цветов через миллионы лет после возникновения опыления насекомыми. Их зрение использует четыре типа цветовых фоторецепторов, и они могут видеть длинноволновые красные цвета, которые пчёлы не могут легко обработать на естественном фоне.

Анализ подтвердил, что у цветов, опыляемых птицами, маркерные точки смещены в сторону более длинных волн по сравнению с цветами, опыляемыми пчёлами. Новое открытие также показало, что эти цветы систематически отличаются от естественных фонов.

По мере изменения климата Земли важно задуматься о будущем экосистем и систем производства пищи в мире без пчёл. Критически необходимо понимать, как может измениться опыление и размножение растений. Данное исследование показывает, что пчёлы являются основным драйвером эволюции цветов. Если мы не защитим этих насекомых и их среду обитания, мы потеряем фундаментальные и прекрасные аспекты жизни, которыми все мы наслаждаемся и в которых нуждаемся.