Z kwiatka na kwiatek, z owada na wiatr

28 czerwca 2023
Blog szalonych naukowców

Czerwiec, wiosna powoli przechodzi w lato. Wszędzie kwiaty. Poza miastem bzyczące, zapylające je owady… W obliczu drastycznego wręcz spadku tych ostatnich znaczenia nabiera pytanie, jak istotne w rzeczywistości są dla roślin.

Zapylenie polega w dużym skrócie na przeniesieniu pyłku kryjącego gamety męskie na zalążnię kryjącą w środku gametę żeńską, co prowadzi do zapłodnienia i rozwoju nowego osobnika. Zachowanie różnorodności genetycznej wymaga, by na zalążni osiadł pyłek z innego kwiatu wytworzonego przez innego osobnika. Co u żwawo poruszających się zwierząt nie stanowi najmniejszej przeszkody (samiec szuka samicy, zdobywa ją na tokowisku czy Tinderze, a potem wprowadza plemniki sposobem, o którym w podręcznikach obecnego ministra edukacji nie napiszą), u uwięzionych w jednym miejscu roślin stanowi istotny problem.

Z kwiatka na kwiatek pyłek przenieść może wiatr, woda bądź zwierzę. Prym wiodą owady (pszczoły i osy, muchy, motyle i ćmy, chrząszcze i wciornastki), ale zdarzają się inne zwierzęta (nietoperze i inne małe ssaki, jaszczurki, ptaki, zwłaszcza kolibry). Istnieją rośliny współpracujące z jednym jedynym gatunkiem zapylacza, inne wykorzystują szerokie rzesze chętnych. Zapylaczy wabią jaskrawymi barwami, zapachem i słodkim nektarem.

Ruby E. Stephens i inni niedawno opublikowani na ten temat nową pracę w „New Phytologist”. Badacze zadali sobie pytanie, od kiedy to owady zapylają rośliny okrytonasienne, czyli popularne rośliny kwiatowe (w zasadzie wszystkie dzisiejsze rośliny prócz glonów, mszaków, paprotników i iglastych). Okazało się, że od zawsze.

Naukowcy przeanalizowali dane dotyczące zapylania 1160 gatunków roślin z 434 rodzin. Okazało się, że zapylanie przez zwierzęta stanowi dominujący model. Obecnie większość roślin opiera się na zwierzęcej pomocy. W trzech czwartych zbadanych rodzin był to jedyny sposób przenoszenia pyłku. Tylko 9 proc. opierało się wyłącznie na wietrze. U jednej na 20 występowały oba sposoby. W drugą stronę – jakakolwiek forma zapylania przez zwierzęta występowała u 9 na 10 zbadanych rodzin (w 89 proc. chodziło o owady), 23 proc. stosowało wiatropylność. W tym wypadku procenty przekraczają 100, ponieważ część rodzin wykorzystywała obydwa sposoby.

Badacze wykazali, że owadopylność była strategią stosowaną także przez przodka wszystkich obecnych okrytonasiennych i przodków wszystkich ich większych grup, jak podają autorzy, jednoliściennych, magnoliowych, dwuliściennych właściwych, astrowych i różowych. Ogólnie rośliny w trakcie ewolucji przez średnio 86 proc. czasu były zapylane przez owady.

Natomiast w przebiegu ewolucji bardzo często i łatwo stan ten ulegał zmianie. Przodek rogatkowatych był prawdopodobnie wodopylny, a przodka imbirowców (imbir, banan, helikonia itd.) zapylały kręgowce. Wiatropylność cechowała założycieli linii bukowców (buk, brzoza, orzech) i mniej znanych Picramniaceae. Wodopylność rozwinęły także żabieńcowce (rdestnice, bałwanice, rupie), wiatropylność powstała u liczniejszych grup. Zapylanie przez kręgowce pojawiało się kilka razy w mniejszych grupach, jak bromeliowate (ananasy).

Badacze policzyli tempo zmian sposobu zapylenia. Utrata zapylania przez kręgowce na korzyść owadopylności przebiegała najszybciej, raz na sto milionów lat (może się wydawać, że to mało, ale przemnóżmy przez liczbę ewoluujących taksonów). Zmiana usług z owadzich na kręgowce przebiegała 14 razy rzadziej, podobnie jak rezygnacja z owadów na korzyść wiatru. W efekcie wiatropylność wyewoluowała przynajmniej 42 razy z kilkukrotną rewersją. 39 razy wiatropylne rośliny przestawiły się na kręgowce, w następstwie 26 razy powróciły jednak do owadów.

Autorzy wskazali też, jakie warunki sprzyjają odmiennym strategiom zapylania. Rezygnacja z owadopylności na korzyść wiatru opłaca się, co nie jest dużym zaskoczeniem, na otwartych terenach, natomiast w miarę zbliżania się do równika udział wiatropylności spadał (prawdopodobieństwo wiatropylności rośnie o 2 proc. na stopień szerokości geograficznej).

Wyniki badań pozwalają snuć rozważania o pierwotnym kwiecie okrytonasiennych, prawdopodobnie rozdzielnopłciowym i wykazującym symetrię promienistą. Kiedy kwitł, pozostaje zagadką, różni badacze piszą o czasie między 140 a 270 mln lat. Skamieniałości dokumentują owadopylność sprzed ok. 100 mln lat. Wiatropylność miałaby pojawić się w tej grupie 130-80 mln lat temu, a kręgowce zaprzęgnięto przed 120 mln lat.

Niemniej najstarszym i najważniejszym sposobem przenoszenia pyłku jest współpraca z owadami. Dla dzisiejszej i dawnej flory stanowi warunek sine qua non. Bez owadów większość roślin po prostu by nie powstała. I w razie ich wymarcia – wyginie wraz z nimi.

Marcin Nowak

Bibliografia

  • Stephens, R. E., Gallagher, R. V., Dun, L., Cornwell, W., & Sauquet, H. Insect pollination for most of angiosperm evolutionary history. The New phytologist, 2023, doi 10.1111/nph.18993

Ilustracje

  • Ivar Leidus, Anthophora bimaculata (samica) na jasieńcu piaskowym (Jasione montana). Tallinn, Estonia. Za Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
  • Charles J Sharp, Doleschallia bisaltide na kwiatach, Bali, Indonezja,
  • Za Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0