Jak len i jego zapylacze wspierają różnorodność w ekosystemach śródziemnomorskich
Różnorodność biologiczna jest przejawem wyjątkowej zdolności organizmów żywych do adaptacji i ewolucji w obliczu globalnych zmian. Główną siłą napędową tej różnorodności jest ewolucja organizmów w drodze doboru naturalnego pod wpływem innych organizmów. Przykładem tej dynamiki jest relacja, jaką obserwujemy między kwiatami a ich zapylaczami. Dla procesu zapylania najważniejszym czynnikiem jest fakt dopasowania organów płciowych roślin okrytonasiennych do kształtu i wielkości ich zapylaczy, co pomaga w zapewnieniu udanej interakcji. W ramach projektu FLAXMATE przeprowadzono badanie pokazujące, w jaki sposób cechy reprodukcyjne kwiatów i zapylaczy współgrają ze sobą, umożliwiając utrzymanie różnorodności biologicznej w ekosystemach typu śródziemnomorskiego. Jako roślinę modelową zespół projektu wykorzystał len ze względu na znaczne zróżnicowanie tej rośliny w tego typu środowiskach. Projekt otrzymał dofinansowanie w ramach programu działań „Maria Skłodowska-Curie”.
Co wpływa na zachowanie zapylaczy i pomaga w zapyleniu krzyżowym
Dzięki przeprowadzeniu zakrojonych na szeroką skalę badań terenowych w Afryce Południowej i Europie naukowcy zidentyfikowali gatunki zapylające rośliny lnu. „Nasze odkrycia pokazują, że mechanizmy zapylania danego gatunku znacząco wpływają na ewolucję jego fenotypu związanego z rozmnażaniem”, twierdzi Juan Arroyo, koordynator projektu. Wykonane na szerszą skalę w odniesieniu do roślin okrytonasiennych, podobne analizy wykazały, że heterostylia i związane z nią polimorfizmy długości słupka – gdy kwiaty różnych roślin tego samego gatunku mają odpowiadające sobie długością męskie (pręciki) i żeńskie (słupki) organy płciowe, co sprzyja zapyleniu krzyżowemu – wiążą się z konkretnymi cechami kwiatów i zachowaniami zapylaczy. „Współgrają one ze sobą, aby zapewnić precyzyjny transfer pyłku na ciało zapylacza”, zauważa Arroyo. „Dzięki analizie porównawczej wszystkich roślin okrytonasiennych odkryliśmy, że wielopostaciowość kwiatów jest znacznie bardziej rozpowszechniona wśród roślin okrytonasiennych, niż dowodzą tego wcześniejsze badania. Ustalenia te potwierdzają również darwinowską hipotezę, według której zapylacze są wyspecjalizowane w interakcjach z określonymi typami słupka (różnice w strukturach reprodukcyjnych kwiatu), co zwiększa skuteczność zapylania krzyżowego”, dodaje Arroyo.
Nowe wskazówki dotyczące mechanizmów zapylania
Z wcześniejszych badań dotyczących zachowania zapylaczy w przypadku roślin okrytonasiennych wynikało również, że struktura i cechy kwiatu charakteryzującego się heterostylią determinują sposób, w jaki pyłek osadza się na określonych częściach ciała zapylacza. Maksymalizuje to szanse na skuteczne przeniesienie pyłku na inny kwiat tego samego gatunku, poprawiając efektywność zapylenia krzyżowego. Aby lepiej zrozumieć interakcje między lnem a jego zapylaczami, zespół przeprowadził doświadczenia z wykorzystaniem kropek kwantowych do oznaczania pyłku. Wykazały one, że ziarenka pyłku osadzają się na określonych częściach ciała zapylaczy, odpowiadających fenotypom rozmnażania kwiatów. Opracowano również nowe pomiary ilościowe umożliwiające ocenę dokładności zapylania w populacjach o zróżnicowanych fenotypach rozmnażania.
Badanie czynników kształtujących różnorodność i ewolucję lnu
Analizy porównawcze wykazały również, że systemy zapylania silnie wpływają na ewolucję cech związanych z rozmnażaniem, aczkolwiek cechy te nie mają bezpośredniego wpływu na to, jak zróżnicowane stają się gatunki lnu w obrębie kladu(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Aby pogłębić wiedzę na temat różnorodności kwiatów, naukowcy przeprowadzili geometryczne analizy morfometryczne celem ilościowej oceny fenotypów rozmnażania wśród różnych gatunków lnu. Ponadto opracowali oni również filogenezę HybSeq(odnośnik otworzy się w nowym oknie) dla lnu złocistego, wykorzystując jednocześnie zbiory danych dotyczących genów jądrowych o niskiej kopiowalności i genomowych celów o wysokiej kopiowalności. Oferując wgląd w zależności ewolucyjne, podejście to umożliwiło zaawansowane badania filogenomiczne. Naukowcy przyjrzeli się bliżej czynnikom, które powodują, że w przypadku gatunków lnu polimorfizmy słupków podlegają wielokrotnie ewolucji, co jest kluczową cechą kształtującą ich mechanizmy rozmnażania. Zespołowi udało się również zbadać, w jaki sposób rozkład geograficzny wpływa na tempo dywersyfikacji linii lnu. „Owocem naszych badań jest wiedza, która pomoże w przeciwdziałaniu obecnemu spadkowi liczebności i zmianom w populacjach owadów zapylających oraz w kształtowaniu europejskiej polityki ochrony środowiska. Co więcej, biorąc pod uwagę, że basen Morza Śródziemnego jest domem dla większości gatunków lnu, odkrycia dotyczące systemów rozmnażania i kojarzenia oferują cenne narzędzia do z zastosowania w przyszłych programach hodowli roślin uprawnych”, podsumowuje Arroyo.
