дома нескучно
Как весело и с пользой пережить самоизоляцию

Новые исследования по взаимодействии растений с опылителями

9 November 2019

Считается, что путь репродуктивной пригодности растений, от производства пыльцы до оплодотворения яйцеклеток, оказывает сильное влияние на эволюцию репродуктивных характеристик опылителей растений.

Для многих видов растений с зернистой пыльцой лишь малая её часть когда-либо извлекается основными опылителями. Например, только 2,9% пыльцевых зерен, произведенных в сообществе из 26 видов цветковых растений, были извлечены опылителями. Следовательно, экспорт пыльцевых зерен представляет собой серьезную проблему для мужской фертильности.

Источник pixabay.com
Источник pixabay.com

Молекулярные методы установления отцовства позволили биологам связать изменения в характерных для опыления признаках [например, фенология цветения, форма венчика-трубки и площадь лепестка] с изменениями в успехе зачатия. Однако, из-за малой производительности пыльцы, трудно установить прямую связь между отцовством и множеством возможных непродуктивных путей. Это может объяснить значительную долю различий в репродуктивном успехе самцов.

Чтобы понять, как мужские репродуктивные свойства функционируют при определении успеха зачатия, требуется четкое отслеживание движения пыльцы от отдельных растений.

Эмпирические исследования перемещения пыльцы исторически ограничивались немногими видами, для которых отслеживание пыльцы было возможным (например орхидеи). Некоторые важные аспекты репродуктивной функции самцов изучались в орхидеях путем отслеживания масул, рассеянных из окрашенных опылителей.

Эти аспекты включают в себя:

  • Компромиссы между количеством и качеством опыления для полезных и обманчивых растений;
  • Ущерб, наносимый самоопылением мужскому скрещиванию;
  • Контраст между цветочной морфологией мужских и женских характеристик пригодности.

Сравнительно редко проводятся исследования, посвященные мужской репродуктивной функции в растениях с гранулированным рассеянием пыльцы. Некоторые эксперименты подчеркивают важность отслеживания движения пыльцы. Используя полиморфизм, ученые отследили рассеивание пыльцы Erythronium grandiflorum, и на их основе составили подробные количественные оценки экспортных характеристик. Удивительным результатом этих экспериментов стало то, что общий экспорт пыльцы, от одного посещения шмеля, не увеличивался линейно к количеству пыльцы. Вместо этого, было замечено уменьшение экспорта: чем больше нагрузка на пчел, тем больше потери пыльцы во время транспортировки.

Erythronium grandiflorum. Источник Яндекс.Картинки
Erythronium grandiflorum. Источник Яндекс.Картинки

Чем больше пыльцы помещается на опылителя, тем больше могут быть её потери. Большая часть пыльцы может выпасть во время транспортировки, поскольку меньшие ее части находятся в непосредственном контакте с опылителем. Потенциально, повсеместное ограничение в распространении пыльцы, в целом может привести к небольшой загрузке отдельных опылителей. Однако степень, в которой растения должны ограничивать распространение, будет зависеть от частоты посещений опылителей - ограничение распространения пыльцы, при редких посещениях опылителей приведет к потере возможности спаривания и потере производства пыльцы.

Эти два прогноза лежат в основе теории описания пыльцы.

Эта теория позволила получить столь необходимое представление об эволюции стратегий рассеивания пыльцы и роли мужского организма в развитии репродуктивных функций растений. Однако некоторые аспекты этапа опыления остаются неизученными.

Новые технологии облегчили определение доноров пыльцы и отслеживание перемещение отдельных зерен. Ученые предполагают, что эмпирическое исследование репродуктивной функции станет еще более возможным, что позволит им заполнить некоторые из давних пробелов между эмпирическими исследованиями и теориями по репродуктивной пригодности растений. Постопылительные процессы сравнительно хорошо изучены и тщательно проанализированы, однако там, где это применимо, ученые обсуждают, как процессы в фазе опыления на пути распространения могут изменить успех после опыления.

Ученые изучают, насколько функции в процессе опыления, способные повлиять на конечный успех опыления, могут привести к тому, что путь к отцовству становится все более узким.

Пчела с пыльцой. Источник Яндекс.Картинки
Пчела с пыльцой. Источник Яндекс.Картинки

Они определили механизмы, которые отвлекают или блокируют поток пыльцы, и ограничивают потенциал извлечения пыльцы. С каждым барьером все меньше и меньше донорских зерен остается в наличии для оплодотворения яйцеклетки. В большинстве случаев общий экспорт пыльцы растения не происходит из одного цветка, и поэтому репродукция состоит из нескольких путей к цветам на отдельных растениях. Ученые также рассматривают, как растения должны распределять пыльцу по этим путям среди опылителей - основной принцип теории описания пыльцы.

В заключении

Исследователи продолжают изучать репродуктивный путь растений, обсуждают потенциальные мужские репродуктивные стратегии, которые могут смягчить барьеры, препятствующие размножению, тем самым увеличивая потенциальный успех размножения. Помимо конкуренции за посещение опылителей они подчеркивают и другие механизмы, с помощью которых растения, смогут конкурировать за спаривание с самцами.