Используя квантовые точки в качестве инструмента для отслеживания пыльцы длиннотрубчатого ириса Lapeirousia anceps, экологам-эволюционистам из Стелленбосского университета удалось сделать снимок растения в процессе видообразования.
Профессор Брюс Андерсон, эколог-эволюционист кафедры ботаники и зоологии Университета SU, говорит, что это только третий раз в его исследовательской карьере, когда он обнаружил контактную зону, где видообразование происходит прямо перед наши глаза.«Контактные зоны сущностей, находящихся в процессе расхождения, на самом деле могут быть довольно частыми, но их трудно найти, потому что вам действительно нужно знать, что искать», - постулирует он.
В течение последних 15 лет Андерсон и его коллеги посещали участок песчаной равнины западного побережья недалеко от небольшого городка Мамре на западном побережье Южной Африки, в 45 минутах езды от Кейп-Тайм по шоссе N7..
Это одно из лучших мест, где можно найти длиннотрубчатый ирис, Lapeirousia anceps, а также его опылителя, длинноязычную муху, Moegistorhynchus longirostris.
"Вспомните знаменитый пример мадагаскарской звездчатой орхидеи с ее 30-сантиметровой трубкой для нектара и мотылька Дарвина с почти одинаково длинным языком, - объясняет Андерсон, - где орхидея и мотылек эволюционировали вместе в сценарии нарастающей гонки".
Тот же эволюционный механизм, лежащий в основе совпадения языков опылителей и цветочных трубок, верен для Lapeirousia.
В 2009 году коллега-исследователь, профессор Антон Пау, обнаружил, что длина трубок Lapeirousia эволюционировала одновременно с длиной языка ее мух-опылителей Moegistorhynchus longirostris, где языки и трубки могут варьироваться от 43 до 86 мм, в зависимости от учебный сайт. Другими словами, длина трубок растений идеально соответствует длине языка опылителей, в зависимости от географического положения различных популяций.
Но в 2003 году Андерсон наткнулся на странную популяцию Lapeirousia anceps в районе Мамре: «У некоторых растений были короткие цветочные трубки, у других - длинные, и очень немногие растения имели трубки средней длины. посещал только один вид длинноязычной мухи, Moegistorhynchus longirostris."
В течение следующих 15 лет Андерсон и его коллеги изучали эту популяцию и обнаружили, что поток генов между двумя формами растений незначителен, что объясняет, почему они так долго оставались двумя отдельными существами.
"В других странах с меньшим количеством видов растений у биологов возникло бы сильное искушение назвать эти формы разными видами, но у нас уже так много видов, что мы можем позволить себе быть немного более осмотрительными!" он смеется.
Андерсон гораздо больше интересовался поиском механизмов, предотвращающих смешивание двух форм.
На одной из многочисленных фотографий, сделанных во время его полевых работ, он заметил длинноязычную муху из этого района с пыльцой на макушке, а затем еще один комок пыльцы на полпути к языку. Но поскольку эти растения отделились совсем недавно, они не могли отличить пыльцу друг от друга.
"Я был уверен, что пыльца на головке цветков с длинными трубками, а другая пыльца с цветов с короткими трубками, но у меня не было возможности доказать это."
Квантовая физика спешит на помощь
Когда Корнель Миннаар присоединился к группе в качестве аспиранта в 2015 году, он решил попытаться найти надежный метод маркировки и отслеживания пыльцы, чтобы ответить на этот вопрос. К концу первого года обучения ему удалось использовать квантовые точки для маркировки пыльцевых зерен, тем самым открыв новые горизонты в области исследований, которым более века мешало отсутствие универсального метода отслеживания пыльцы.
В ноябре 2015 и 2016 годов команда отправилась в Мамре, чтобы протестировать новый метод в полевых условиях и, что более важно, проверить гипотезу Андерсона.
В случае Lapeirousia и длинноязычной мухи Миннаар и Андерсон теперь смогли убедительно показать, что цветки с длинными и короткими трубками размещают и получают пыльцу на разных частях длинного языка мухи: цветы с короткими трубками в основном серединные и длиннотрубчатые цветки на головке или рядом с ней.
Следовательно, пыльца редко перемещается между длиннотрубчатыми и короткотрубчатыми особями, что указывает на барьер для потока генов.
Профессор Андерсонс говорит, что это выглядит так, как будто они захватили эти растения в самом акте видообразования: «Это довольно необычно, потому что обычно, когда вы видите растения, они давно разошлись, и очень трудно сказать, как происходил процесс видообразования. которым они расходились. Это другое. Нам удалось запечатлеть эти растения в процессе видообразования, и мы смогли определить процесс и механизмы, с помощью которых он происходит».
Он говорит, что трудно предсказать, останутся ли эти две формы Лапейрусии навсегда отдельными или в конечном итоге объединятся. Но он точно знает, что этот клочок земли нуждается в защите.
«Он находится под серьезной угрозой, сильно выпасен и заселен акациями и травами», - предупреждает он. «Существует вполне реальная возможность того, что этот уникальный участок финбоса на песчаной равнине исчезнет в недалеком будущем».