Исследование цветочных предпочтений мотыльков-опылителей, возможно, дало важный ключ к разгадке простых факторов, необходимых для появления новых видов.
Сильные коэволюционные отношения между растениями и животными-опылителями уже давно признаны потенциальной движущей силой высоких темпов видообразования у 275 000 существующих цветковых растений.
Сдвиги между опылителями, такими как шмели, колибри, бражники и летучие мыши, часто совпадают с событиями видообразования растений.
Каждую из этих «гильдий» опылителей привлекает различный набор цветочных признаков, таких как цвет, рисунок, запах, форма и награда за нектар, которые в совокупности известны как синдром опыления.
До сих пор детальная генетика признаков, участвующих в видообразовании, управляемом сменой опылителей, остается неясной, за исключением нескольких развивающихся модельных систем.
В новом исследовании ученые решили создать в лаборатории переключатель опылителя, который мог бы отражать происхождение нового вида в природе.
Они выбрали вид из рода Mimulus (обезьяньи цветы) секции Erythranthe, где эволюция опыления бражником от предков, опыляемых колибри, не происходила.
Они внесли генетические изменения в два гена окраски цветов, эффективно синтезировав новый вид Mimulus с более низким уровнем красного пигмента антоцианина и желтых каротиноидных пигментов. Эти изменения были основаны на наблюдениях в природе, что большинство цветков, опыляемых колибри, красные и их нелегко увидеть бражникам, чья зрительная чувствительность не распространяется на более длинные волны красного света. Напротив, цветки, опыляемые бражниками, обычно белые или бледные и обладают высокой отражательной способностью, приспособленными для обнаружения сумеречными и ночными бражниками.
Исследователи проверили привлекательность четырех получившихся цветовых фенотипов - красного, желтого, розового и белого - с использованием выращенных в лаборатории бражников, ранее не контактировавших с цветами.
Бражники решительно предпочитали "производные" некрасные цвета - желтый, розовый и белый - наследственному красному цвету, предпочитаемому колибри, и посещали эти бледные цветы чаще и в течение более продолжительных периодов времени в течение экспериментального периода.
Исследование показало, что только эти два простых генетических изменения, разработанные исследователями, должны повлиять на предпочтения бражников-опылителей.
«Мы ожидали, что бражники проявят некоторое предпочтение между цветами, но их предпочтения были чрезвычайно сильными», - сказал первый автор доктор Келси Байерс из Центра Джона Иннеса, ранее работавший в Вашингтонском университете (Сиэтл, Вашингтон, США).), где проводилось это исследование.
«Наше исследование показывает, что изменения в синдроме опыления цветковых растений могут происходить за счет относительно небольшого количества генетических изменений, и это также предполагает, что для происхождения нового вида может потребоваться всего несколько простых генетических изменений», - добавила она.
Чарльз Дарвин, очарованный тем, что он назвал «отвратительной тайной» различных видов цветковых растений, как известно, предсказал, что малагасийская звездчатая орхидея (Angraecum sesquipedale), имеющая белый цветок и 35-сантиметровый нектарный шпорец, должна опыляться (тогда не обнаруженный) бражник с 35-сантиметровым хоботком. Именно такой бражник-опылитель был обнаружен спустя десятилетия после его предсказания, что подтвердило его гипотезу.
Это исследование также вдохновляет на перспективный подход к пониманию видообразования растений по смене опылителя - один из прогнозов и их экспериментальная проверка с использованием новых комбинаций признаков, синтезированных в лаборатории. Это контрастирует с классическим ретроспективным подходом, который включает сравнение родственных растений с разными опылителями на предмет различий в ключевых цветочных признаках и их влияния на предпочтения опылителей.
«Мы показали, что критические шаги к происхождению новых, экспериментально синтезированных видов растений, опыляемых бражником, можно предсказать на основе фундаментальных знаний о синдромах опыления и генетике», - сказал д-р Байерс..
До сих пор эксперименты были ограничены лабораторией с использованием выращенных в лаборатории насекомых, и одним из возможных будущих направлений исследований является проверка гипотезы в природе с дикими насекомыми, чтобы определить, сможет ли новый вид сохраняться во внешнем мире. среда.