По мере потепления мира у многих растений наблюдается хорошо задокументированный сдвиг в сторону более раннего весеннего цветения. Эта тенденция тревожит биологов, поскольку она потенциально может нарушить тщательно спланированные взаимодействия между растениями и существами — бабочками, пчелами, птицами, летучими мышами и другими, — которые их опыляют.
Но гораздо меньше внимания уделялось изменениям в других цветочных характеристиках, таких как размер цветка, которые также могут влиять на взаимодействие растений и опылителей, в то время как многие насекомые-опылители находятся в глобальном упадке.
В исследовании, опубликованном онлайн в журнале Эволюционные письмаДва биолога из Мичиганского университета и коллега из Университета Джорджии показывают, что дикие популяции ипомеи обыкновенной на юго-востоке США увеличили размер своих цветков в период с 2003 по 2012 год.
По мнению исследователей, увеличенный размер цветка предполагает больший вклад растений в привлечение опылителей. Изменения были наиболее выражены в более северных широтах, что соответствует широкому спектру предыдущих работ, показывающих, что северные популяции растений имеют тенденцию демонстрировать более резкие эволюционные реакции на изменение климата.
Среди популяций ипомеи также наблюдался переход к более раннему цветению. Кроме того, появились дразнящие признаки того, что растения увеличили свои инвестиции в цветочные награды — нектар и пыльцу, получаемые пчелами, сирфидными мухами и осами, которые опыляют белые, розовые и синие цветы ипомеи.
«Существует серьезный пробел в нашем понимании того, как черты, имеющие решающее значение для взаимодействия растений и опылителей, могут развиваться с течением времени в ответ на изменение климата», — сказала ведущий автор исследования Саша Бишоп, аспирант кафедры экологии UM. и эволюционная биология.
«Мы показываем, что — в дополнение к хорошо задокументированному переходу к более раннему цветению — цветочная архитектура и вознаграждения также могут играть значительную роль в эволюционном ответе на современные изменения окружающей среды».
Ипомея обыкновенная — однолетняя сорная лоза, произрастающая на востоке, Среднем Западе и юге США. Его часто можно увидеть вдоль обочин дорог и поля урожая.
В исследовании под руководством UM использовался подход «воскрешения», который включал проращивание семян ипомеи, собранных на краях сельскохозяйственных соевых и кукурузных полей в Теннесси, Северной Каролине и Южной Каролине в течение двух лет: 2003 и 2012 годов.
В течение этого девятилетнего периода в регионе наблюдалось повышение температуры – особенно повышение минимальной и ночной температуры – и увеличение количества экстремальных осадков, перемежающихся более сильной засухой.
Чтобы выявить изменения в морфологии цветков, исследователи посадили семена, собранные в полевых условиях за оба года, в теплицу в ботаническом саду Маттеи Университета Мэриленда. Когда цветы распустились, различные цветочные характеристики измерялись цифровым штангенциркулем.
Измерения показали, что венчики ипомеи стали значительно шире за девятилетний интервал — 4.5 сантиметра (1.8 дюйма) в диаметре в 2003 году и 4.8 сантиметра (1.9 дюйма) в 2012 году, а изменение ширины венчика было наибольшим в популяциях в более северных широтах. . Лепестки цветка называются венчиком.
Исследование также выявило переход к более раннему цветению в период с 2003 по 2012 год, вызванный, главным образом, популяциями в более северных широтах. Начало цветения наступало в среднем на четыре дня раньше у растений, выращенных из семян, собранных в 2012 году.
Интересно, что исследователи также наблюдали под влиянием широты тенденцию к увеличению инвестиций в цветочные вознаграждения (пыльцу и нектар) с течением времени. В среднем цветы ипомеи, выращенные из семян, собранных в 2012 году, дали больше пыльцевых зерен и больше нектара сахарозы, чем цветы из семян, собранных в 2003 году.
Однако в анализе пыльцы и нектара участвовали только четыре популяции растений ипомеи. Из-за небольшого количества исследованных популяций результаты цветочных наград не были включены в статистический тест для поиска доказательств того, что у растений происходит адаптация посредством естественного отбора.
«Тем не менее, вполне вероятно, что существует временное увеличение инвестиций в привлечение опылителей и что этот результат обусловлен популяциями в северных широтах», — сказала старший автор исследования Регина Бауком, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии UM.
Исследование не обнаружило никаких доказательств того, что ипомея увеличивает скорость самоопыления. Данные некоторых предыдущих исследований указывали на повышенное «самоощущение» как возможную реакцию на изменение климата и/или сокращение количества опылителей, связанное с изменением землепользования.
«Это первая статья, в которой используется подход воскрешения для изучения возможности того, что черты, ответственные за взаимодействие растений и опылителей, могут развиваться с течением времени, одновременно с уменьшением численности опылителей и резкими изменениями окружающей среды из-за изменения климата и режимов землепользования». – сказал Бишоп.
Пятнадцать популяций ипомеи были включены в эксперимент по воскрешению, изучавший изменения в морфологии цветков. Двадцать три популяции были включены в исследование раннего весеннего цветения. Всего было измерено 2,836 цветков с 456 растений.