«Пчелы и растения преследуют разные цели, поэтому растения разработали способы оптимизации поведения пчел, чтобы максимизировать перенос пыльцы между цветами», – пояснила Кэтлин Кей, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Санта-Круз.
В исследовании, опубликованном 23 декабря в Proceedings of the Royal Society B, команда Кея описала стратегию опыления с использованием цветов с двумя различными наборами пыльников, которые различаются по цвету, размеру и положению. Дарвин был озадачен такими цветами, он сетовал в письме, что он «потратил на них огромные усилия и пока не может понять значение частей."
В течение многих лет единственное объяснение этого явления, называемого гетерантией, заключалось в том, что один набор пыльников специализирован для привлечения и кормления пчел, в то время как менее заметный набор пыльников тайно опрыскивает их пыльцой для переноса на другой цветок. Эта гипотеза «разделения труда» была проверена на различных видах, и, хотя кажется, что она применима в некоторых случаях, многие исследования не смогли ее подтвердить.
Новое исследование предлагает другое объяснение и показывает, как оно работает у видов полевых цветов рода Clarkia. Посредством разнообразных тепличных и полевых экспериментов команда Кея показала, что гетрантерия в Кларкии – это способ для цветов постепенно передавать свою пыльцу пчелам в течение нескольких посещений.
«Происходит то, что пыльники открываются в разное время, поэтому растение постепенно раздает пыльцу пчелам», – сказал Кей.
Эта стратегия «дозирования пыльцы» – это способ заставить пчел перейти к другому цветку, не останавливаясь, чтобы очистить пыльцу со своего тела и упаковать ее для доставки в свое гнездо. Пчелы очень специализированы на питании пыльцой: на их теле есть волосы, которые электростатически притягивают пыльцу, жесткие волосы на ногах для ухода за шерстью и структуры для хранения пыльцы на ногах или теле.
«Если цветок дозирует пчелу тонной пыльцы, пчела попадает в рай для пыльцы и начинает ухаживать за собой, а затем уходит кормить свое потомство, не посещая другой цветок», – сказал Кей. "Таким образом, у растений есть разные механизмы постепенного выделения пыльцы. В этом случае цветок скрывает некоторые пыльники и постепенно раскрывает их опылителям, что ограничивает количество пыльцы, которую пчела может удалить за каждое посещение."
В Калифорнии насчитывается около 41 вида Clarkia, и примерно половина из них имеет два типа пыльников. Они, как правило, опыляются специализированными видами местных одиночных пчел.
Команда Кея сосредоточилась на опылении пчелами двух видов Clarkia, C. unguiculata (элегантная кларкия) и C. цилиндрика (крапчатая кларкия).
У этих и других разнородных кларкиий внутренний венчик пыльников стоит прямо в центре цветка, визуально заметен и рано созревает, сначала выделяя пыльцу.
Незаметный внешний завиток прилегает к лепесткам до тех пор, пока не откроются внутренние пыльники. Затем внешние пыльники перемещаются к центру цветка и постепенно начинают выделять пыльцу. Через несколько дней рыльце становится прямостоячим и липким, готовым принять пыльцу с другого цветка.
«В поле вы можете увидеть цветы на разных стадиях, а с помощью покадровой фотографии мы смогли увидеть всю последовательность событий в отдельных цветах», – сказал Кей.
Гипотеза разделения труда требует, чтобы оба набора пыльников производили пыльцу одновременно. Кей сказала, что решила исследовать гетрантию после того, как увидела цветы кларкии на полевом участке и поняла, что это объяснение не подходит. «Я могла видеть некоторые цветы, где один набор был активен, и некоторые, где другой набор был активен, но не было цветов, где оба были активны одновременно», – сказала она.
В C. cylindrica, два набора пыльников производят пыльцу разного цвета, что позволило исследователям отследить, куда она направлялась.
Их эксперименты показали, что пыльца с обоих наборов пыльников собиралась в пищу, а также передавалась между цветами, что противоречит гипотезе разделения труда.
«Разница в цвете была удобной, потому что в противном случае очень сложно отследить пыльцу», – сказал Кей. «Мы показали, что пчелы собирают и переносят пыльцу с обоих видов пыльников, поэтому они не специализируются на разных функциях."
Кей сказала, что не осознавала, сколько времени Дарвин потратил на размышления о гетрантии, пока она не начала изучать ее сама. "Он понял так много вещей, что трудно найти случай, когда он этого не понял", – сказала она. Хотя Дарвин мог быть на правильном пути.
Незадолго до смерти он попросил семена C. unguiculata для использования в экспериментах.
Помимо Кея, в число соавторов статьи входят научный сотрудник постдокторантуры Таня Йогеш и два студента UCSC, Дайана Татару и Сами Акиба.
Оба студента защитили кандидатские диссертации по своей работе при поддержке Центра естественной истории Норриса UCSC.