برای گرده افشان ها که می توانند در اشعه ماوراء بنفش ببینند، گل آفتابگردان طیف رنگی بیشتری دارد. (Unsplash/Marco de Hevia), CC BY-SA

گل ها یکی از بارزترین نمونه های تنوع در طبیعت هستند که ترکیب های بی شماری از رنگ ها، الگوها، شکل ها و رایحه ها را به نمایش می گذارند. آنها از لاله های رنگارنگ و گل های مروارید گرفته تا فرانجیپانی های معطر و غول پیکر، گلهای جسد با بوی گندیده. تنوع و تنوع شگفت آور است - در نظر بگیرید ارکیده به شکل اردک.

اما تا آنجا که می توانیم زیبایی و تنوع گل ها را قدردانی کنیم، به معنای واقعی کلمه برای چشمان ما مناسب نیست.

هدف گل ها جذب گرده افشان هاست و این به حس و حال آنهاست که گل ها را تامین می کند. نمونه بارز این الگوهای فرابنفش (UV) هستند. بسیاری از گل ها رنگدانه های UV را در گلبرگ های خود جمع می کنند و الگوهایی را تشکیل می دهند که برای ما نامرئی هستند. اما بیشتر گرده افشان ها می توانند آن را ببینند.

گسست بین آنچه ما می بینیم و گرده افشان ها به ویژه در گل آفتابگردان قابل توجه است. علیرغم جایگاه نمادین آنها در فرهنگ عامه (همانطور که توسط افتخار مشکوک بودن گواه است یکی از تنها پنج گونه گل با ایموجی اختصاصی، به سختی بهترین نمونه از تنوع گل به نظر می رسد.

حشرات دنیا را چگونه می بینند؟

نور متفاوت

چیزی که ما معمولاً به عنوان یک گل آفتابگردان در نظر می گیریم، در واقع خوشه ای از گل است که به آن گل آذین می گویند. همه آفتابگردان های وحشی که حدوداً از آنها وجود دارد 50 گونه در آمریکای شمالی، گل آذین های بسیار مشابهی دارند. به چشم ما، ماهیچه های آنها (گلبرگ های بزرگ و ذوب شده بیرونی ترین حلقه گلچه ها در گل آذین آفتابگردان) همان یکنواخت، زرد روشن آشنا هستند.

با این حال، هنگامی که در طیف UV (یعنی فراتر از نوع نوری که چشم ما می تواند ببیند)، همه چیز کاملاً متفاوت است. آفتابگردان رنگدانه های جذب کننده اشعه ماوراء بنفش را در قاعده ماهیچه ها جمع می کند. در سراسر گل آذین، این منجر به a الگوی bullseye UV.

در یک مطالعه اخیر، ما تقریباً مقایسه کردیم 2,000 گل آفتابگردان وحشی. ما دریافتیم که اندازه این بولسه‌های UV، هم بین گونه‌ها و هم در درون گونه‌ها، بسیار متفاوت است.

گونه آفتابگردان با بیشترین تنوع در اندازه بولسی های UV است هلیانتوس آنووس، آفتابگردان معمولی. H. annuus هست نزدیکترین وحشی نسبت به آفتابگردان پرورشیو پراکنده ترین گل آفتابگردان وحشی است که تقریباً در همه جا بین جنوب کانادا و شمال مکزیک رشد می کند. در حالی که برخی از جمعیت های H. annuus دارای گلوله های UV بسیار کوچک هستند، در برخی دیگر، ناحیه جذب کننده اشعه ماوراء بنفش کل گل آذین را می پوشاند.

جذب گرده افشان ها

چرا اینقدر تنوع وجود دارد؟ دانشمندان بوده اند آگاه از الگوهای UV گل برای مدت طولانی برخی از رویکردهای متعددی که برای بررسی نقش این الگوها در جذب گرده افشان ها به کار گرفته شده است کاملاً ابداع کننده بوده است، از جمله بریدن و چسباندن گلبرگ or آنها را با ضد آفتاب بپوشانید.

هنگامی که آفتابگردان‌ها را با گلوله‌های فرابنفش مختلف مقایسه کردیم، متوجه شدیم که گرده‌افشان‌ها می‌توانند بین آن‌ها و گیاهانی که دارای گلوله‌های فرابنفش متوسط ​​هستند، تمایز قائل شوند.

با این حال، این همه تنوع در الگوهای UV را که در جمعیت‌های مختلف آفتابگردان‌های وحشی مشاهده کردیم توضیح نمی‌دهد: اگر گلوله‌های متوسط ​​UV گرده افشان‌های بیشتری را جذب کنند (که به وضوح یک مزیت) چرا گیاهانی با نورهای فرابنفش کوچک یا بزرگ وجود دارند؟

 گل‌های آفتابگردان با الگوهای پرتو فرابنفش مختلف همانطور که ما آنها را می‌بینیم (بالا) و همانطور که زنبور ممکن است آنها را ببیند (پایین). (مارکو تودسکو), نویسنده ارائه

سایر عوامل

در حالی که جذب گرده افشان به وضوح عملکرد اصلی صفات گل است، شواهد فزاینده ای وجود دارد که نشان می دهد عوامل غیر گرده افشان مانند دما یا گیاهخواران می توانند بر تکامل ویژگی هایی مانند رنگ و شکل گل تأثیر بگذارند.

وقتی به نحوه تنظیم تنوع آنها در سطح ژنتیکی نگاه کردیم، اولین سرنخ را پیدا کردیم که می تواند در مورد الگوهای UV در آفتابگردان نیز صادق باشد. یک ژن واحد، HaMYB111، مسئول بیشتر تنوع در الگوهای UV است که ما در آن می بینیم H. annuus. این ژن تولید خانواده ای از مواد شیمیایی به نام را کنترل می کند گلیکوزیدهای فلاونولکه در غلظت های بالا در قسمت جذب کننده اشعه ماوراء بنفش لیگول ها یافتیم. گلیکوزیدهای فلاونول نه تنها رنگدانه های جذب کننده اشعه ماوراء بنفش هستند، بلکه نقش مهمی در کمک به گیاهان دارند. مقابله با استرس های مختلف محیطی.

سرنخ دوم از این کشف به دست آمد که همان ژن مسئول رنگدانه های UV در گلبرگ های گلبرگ است. شاهی تال، Arabidopsis thaliana. شاهی تال رایج ترین سیستم مدل مورد استفاده در ژنتیک گیاهی و زیست شناسی مولکولی است. این گیاهان قادر به گرده افشانی خود هستند، و بنابراین به طور کلی بدون گرده افشان انجام می شود.

از آنجایی که آنها نیازی به جذب گرده افشان ندارند، گل های سفید کوچک و بی تکلفی دارند. با این حال، گلبرگ های آنها مملو از فلاونول های جذب کننده اشعه ماوراء بنفش است. این نشان می دهد که دلایلی غیر مرتبط با گرده افشانی برای وجود این رنگدانه ها در گل های شاهی تال وجود دارد.

در نهایت، ما متوجه شدیم که جمعیت‌های آفتابگردان از اقلیم‌های خشک‌تر دارای گول‌های UV دائماً بزرگ‌تری هستند. یکی از عملکردهای شناخته شده گلیکوزیدهای فلاونول این است که تعرق را تنظیم می کند. در واقع، ما دریافتیم که لیگول‌هایی با الگوهای UV بزرگ (که حاوی مقادیر زیادی گلیکوزید فلاونول هستند) با سرعت بسیار کمتری نسبت به لیگول‌هایی با الگوهای UV کوچک آب خود را از دست دادند.

این نشان می دهد که حداقل در آفتابگردان، الگوهای رنگدانه های UV گل دو کارکرد دارند: بهبود جذابیت گل ها برای گرده افشان ها، و کمک به زنده ماندن آفتابگردان در محیط های خشک تر با حفظ آب.

تکامل صرفه جویانه

پس این به ما چه می آموزد؟ برای یکی، این تکامل صرفه جویی است، و در صورت امکان از همان ویژگی برای دستیابی به بیش از یک هدف سازگار استفاده می کند. همچنین یک رویکرد بالقوه برای بهبود آفتابگردان کشت شده، با افزایش همزمان نرخ گرده افشانی و انعطاف پذیرتر کردن گیاهان در برابر خشکسالی ارائه می دهد.

در نهایت، کار ما و سایر مطالعاتی که به تنوع گیاهان می‌پردازند، می‌توانند به پیش‌بینی اینکه گیاهان چگونه و تا چه اندازه می‌توانند با تغییرات آب‌وهوایی کنار بیایند، که در حال حاضر محیط‌هایی که با آن سازگار شده‌اند را تغییر می‌دهد، کمک کند.

درباره نویسنده

مارکو تودسکو، دانشیار، تنوع زیستی، دانشگاه بریتیش کلمبیا

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

نشستند