У растений Brassica rapa, опыляемых шмелями, образуются более привлекательные цветы. Но эта эволюция нарушается, если гусеницы атакуют растение одновременно. Поскольку пчелы опыляют их менее эффективно, растения все чаще самоопыляются. В эксперименте по эволюции теплицы ученые из Цюрихского университета показали, насколько сильно влияние опылителей и вредителей влияет друг на друга.
В природе растения взаимодействуют с целым рядом организмов, определяя эволюцию их специфических характеристик. В то время как опылители влияют на цветочные особенности и размножение, травоядные насекомые усиливают защитные механизмы растений. Теперь ботаники из Цюрихского университета исследовали, как эти различные взаимодействия влияют друг на друга и как быстро растения адаптируются, когда меняется комбинация селективных агентов, с которыми они взаимодействуют.
Экспериментальная эволюция в реальном времени
В ходе двухлетнего эксперимента в теплице Флориан Шистль, профессор кафедры систематической и эволюционной ботаники UZH, и докторант Серхио Рамос продемонстрировали мощную взаимосвязь между эффектами насекомых-опылителей и травоядных. Для своего эксперимента они использовали Brassica rapa, растение, тесно связанное с масличным рапсом, взаимодействующее со шмелями и гусеницами в качестве селективных агентов. В течение шести поколений они подвергали четыре группы растений различным обработкам: только с пчелоопылением, пчелоопылением с травоядными (гусеницами), ручным опылением без травоядных и ручным опылением с травоядными.
Баланс между влечением и защитой
После этого экспериментального исследования эволюции растения, опыленные шмелями, не являющимися травоядными, были наиболее привлекательными для опылителей: они развили более ароматные цветы, которые, как правило, были крупнее. «Во время эксперимента эти растения адаптировались к предпочтениям пчел», - объясняет Серхио Рамос. Напротив, травоядные растения, опыляемые пчелами, были менее привлекательными, с более высокими концентрациями защитных токсичных метаболитов и менее ароматными цветками, которые, как правило, были меньше. «Гусеницы мешают эволюции привлекательных цветов, поскольку растения выделяют больше ресурсов на защиту», - говорит Рамос.
Комбинированное воздействие на репродукцию
Мощное взаимодействие между эффектами пчел и гусениц было также очевидно в репродуктивных характеристиках растений: например, в ходе своей эволюции пчелоопыляемые растения развили тенденцию к спонтанному самоопылению, когда они были одновременно повреждены гусеницами. У растений, атакованных гусеницами, появились менее привлекательные цветки, что повлияло на поведение пчел, так что они хуже опыляли эти цветы.
Лучшее понимание механизмов эволюции
Исследование показывает важность интерактивных эффектов в эволюции разнообразия. Если комбинация селективных агентов изменится, например, из-за утраты среды обитания, изменения климата или сокращения количества опылителей, это может вызвать быстрые эволюционные изменения растений. «Изменения окружающей среды, вызванные людьми, влияют на эволюционную судьбу многих организмов. Это имеет значение с точки зрения стабильности экосистемы, потери биоразнообразия и безопасности пищевых продуктов», - говорит Флориан Шистль. Он считает, что понимание этих механизмов никогда не было более важным, чем сейчас.