สำหรับแมลงผสมเกสรซึ่งมองเห็นได้ในรังสีอัลตราไวโอเลต ดอกทานตะวันมีสีอื่นๆ เพิ่มเติม (Unsplash/มาร์โก เด เฮเวีย), CC BY-SA

ดอกไม้เป็นตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดของความหลากหลายในธรรมชาติ โดยแสดงสี ลวดลาย รูปทรง และกลิ่นต่างๆ มากมาย พวกเขามีตั้งแต่ดอกทิวลิปและดอกเดซี่หลากสีไปจนถึงลีลาวดีและยักษ์ ดอกไม้ซากศพที่มีกลิ่นเหม็นเน่า. ความหลากหลายและความหลากหลายนั้นน่าประหลาดใจ — พิจารณา กล้วยไม้รูปเป็ด.

แต่เท่าที่เราสามารถชื่นชมความงามและความหลากหลายของดอกไม้ มันไม่ได้มีความหมายสำหรับสายตาของเราอย่างแท้จริง

จุดประสงค์ของดอกไม้คือเพื่อดึงดูดแมลงผสมเกสร และดอกไม้ก็ตอบสนองตามความรู้สึกของพวกมัน ตัวอย่างที่ชัดเจนของสิ่งนี้คือรูปแบบรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ดอกไม้จำนวนมากสะสมเม็ดสียูวีในกลีบดอก ก่อตัวเป็นลวดลายที่เรามองไม่เห็น แต่ที่แมลงผสมเกสรส่วนใหญ่มองเห็นได้.

การตัดขาดระหว่างสิ่งที่เราเห็นกับสิ่งที่แมลงผสมเกสรมองเห็นนั้นโดดเด่นเป็นพิเศษในดอกทานตะวัน แม้จะมีสถานะเป็นสัญลักษณ์ในวัฒนธรรมสมัยนิยม หนึ่งในห้าดอกไม้ที่มีอีโมจิโดยเฉพาะ) พวกเขาแทบจะไม่ได้เป็นตัวอย่างที่ดีที่สุดของความหลากหลายของดอกไม้

แมลงมองเห็นโลกได้อย่างไร?

แสงที่แตกต่าง

สิ่งที่เรามักพิจารณาว่าดอกทานตะวันดอกเดียวนั้นแท้จริงแล้วเป็นกลุ่มดอกไม้ที่เรียกว่าช่อดอก ดอกทานตะวันป่าทั้งหมดซึ่งมีประมาณ 50 สายพันธุ์ในอเมริกาเหนือ, มีช่อดอกที่คล้ายคลึงกันมาก. ในสายตาของเรา ligules ของพวกเขา (กลีบที่ขยายใหญ่และหลอมรวมกันของวงนอกสุดของดอกย่อยในช่อดอกทานตะวัน) เป็นชุดเดียวกัน สีเหลืองสดใส คุ้นเคย

อย่างไรก็ตาม เมื่อมองในสเปกตรัม UV (ซึ่งก็คือ นอกเหนือประเภทของแสงที่ดวงตาของเรามองเห็น) สิ่งต่างๆ ค่อนข้างจะแตกต่างออกไป ดอกทานตะวันจะสะสมเม็ดสีที่ดูดซับรังสียูวีไว้ที่ฐานของลิกูล ตลอดช่อดอก ส่งผลให้ ลายเป้ายูวี.

ในการศึกษาล่าสุด เราเปรียบเทียบเกือบ ดอกทานตะวันป่า 2,000 ดอก. เราพบว่าขนาดของเป้า UV เหล่านี้แตกต่างกันอย่างมาก ทั้งระหว่างและภายในสายพันธุ์

ดอกทานตะวันสายพันธุ์ที่มีความหลากหลายมากที่สุดในแง่ของขนาดเป้ายูวีคือ Helianthus annuus, ทานตะวันทั่วไป. H. annuus คือ ญาติสนิทที่สุดกับดอกทานตะวันที่ปลูกและเป็นดอกทานตะวันป่าที่มีการกระจายอย่างกว้างขวางที่สุด เติบโตเกือบทุกที่ระหว่างทางใต้ของแคนาดาและเม็กซิโกตอนเหนือ ในขณะที่ประชากรบางส่วนของ H. annuus มีเป้า UV ที่เล็กมาก ในส่วนอื่นๆ บริเวณที่ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตจะครอบคลุมช่อดอกทั้งหมด

ดึงดูดแมลงผสมเกสร

ทำไมถึงมีการเปลี่ยนแปลงมากมาย? นักวิทยาศาสตร์ได้รับ ตระหนักถึงลวดลายยูวีดอกไม้ เป็นเวลานาน. แนวทางต่างๆ มากมายที่ใช้ในการศึกษาบทบาทของรูปแบบเหล่านี้ในการดึงดูดแมลงผสมเกสรนั้นค่อนข้างสร้างสรรค์ ได้แก่ ตัดและวางกลีบ or เคลือบด้วยครีมกันแดด.

เมื่อเราเปรียบเทียบดอกทานตะวันกับเป้า UV ที่แตกต่างกัน เราพบว่าแมลงผสมเกสรสามารถแยกแยะระหว่างดอกทานตะวันกับพืชที่ต้องการที่มีเป้า UV ขนาดกลาง

อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้อธิบายความหลากหลายทั้งหมดในรูปแบบ UV ที่เราสังเกตเห็นในกลุ่มประชากรดอกทานตะวันป่าที่แตกต่างกัน: หากเป้า UV ระดับกลางดึงดูดแมลงผสมเกสรมากขึ้น (ซึ่งก็คือ ชัดเจนและ ความได้เปรียบ) เหตุใดพืชที่มีเป้า UV ขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่จึงมีอยู่

 ดอกทานตะวันที่มีลวดลาย UV bullseye ต่างกันตามที่เราเห็น (บน) และอย่างที่ผึ้งอาจมองเห็น (ล่าง) (มาร์โค โทเดสโก้), ผู้เขียนให้ไว้

ปัจจัยอื่น ๆ

แม้ว่าการดึงดูดแมลงผสมเกสรจะเห็นได้ชัดว่าเป็นหน้าที่หลักของลักษณะของดอกไม้ แต่ก็มีหลักฐานเพิ่มขึ้นว่า ปัจจัยที่ไม่ใช่การผสมเกสร เช่นอุณหภูมิหรือสัตว์กินพืชสามารถส่งผลต่อวิวัฒนาการของลักษณะเช่นสีและรูปร่างของดอกไม้

เราพบเงื่อนงำแรกว่าสิ่งนี้อาจเป็นกรณีของรูปแบบยูวีในดอกทานตะวันได้เช่นกัน เมื่อเราพิจารณาว่าความแปรผันของพวกมันถูกควบคุมที่ระดับพันธุกรรมอย่างไร ยีนตัวเดียว, ฮามี่บี111, รับผิดชอบต่อความหลากหลายของรูปแบบ UV ที่เราเห็นใน H. annuus. ยีนนี้ควบคุมการผลิตกลุ่มสารเคมีที่เรียกว่า ฟลาโวนอลไกลโคไซด์ซึ่งเราพบว่ามีความเข้มข้นสูงในส่วนที่ดูดซับรังสียูวีของลิกูล ฟลาโวนอลไกลโคไซด์ไม่เพียงแต่เป็นเม็ดสีที่ดูดซับรังสียูวีเท่านั้น แต่ยังมีบทบาทสำคัญในการช่วยพืชอีกด้วย รับมือกับความเครียดจากสิ่งแวดล้อมต่างๆ.

เงื่อนงำที่สองมาจากการค้นพบว่ายีนเดียวกันมีหน้าที่สร้างเม็ดสี UV ในกลีบดอก ทะเลเครส, อะราบิดอปซิส ทาเลียนา. Thale cress เป็นระบบแบบจำลองที่ใช้กันมากที่สุดในพันธุศาสตร์พืชและอณูชีววิทยา พืชเหล่านี้สามารถผสมเกสรตัวเองได้ และโดยทั่วไปแล้วจะทำโดยไม่มีการผสมเกสร.

เนื่องจากพวกมันไม่จำเป็นต้องดึงดูดแมลงผสมเกสร พวกมันจึงมีดอกสีขาวเล็กๆ ที่ดูไม่โอ้อวด ถึงกระนั้นกลีบของมันก็เต็มไปด้วยฟลาโวนอลที่ดูดซับรังสียูวี นี่แสดงให้เห็นว่ามีเหตุผลที่ไม่เกี่ยวข้องกับการผสมเกสรเพื่อให้เม็ดสีเหล่านี้ปรากฏอยู่ในดอกไม้ของหญ้าทะเล

สุดท้าย เราสังเกตเห็นว่าประชากรดอกทานตะวันจากสภาพอากาศที่แห้งแล้งมีเป้า UV ที่ใหญ่ขึ้นอย่างต่อเนื่อง หน้าที่อย่างหนึ่งของฟลาโวนอลไกลโคไซด์คือ ควบคุมการคายน้ำ. อันที่จริง เราพบว่า ligules ที่มีรูปแบบ UV ขนาดใหญ่ (ซึ่งมี flavonol glycosides จำนวนมาก) สูญเสียน้ำในอัตราที่ช้ากว่า ligules ที่มีรูปแบบ UV ขนาดเล็กมาก

นี่แสดงให้เห็นว่าอย่างน้อยในดอกทานตะวัน ลวดลายของสียูวีของดอกไม้มีหน้าที่สองอย่าง: ปรับปรุงความน่าดึงดูดใจของดอกไม้ต่อแมลงผสมเกสร และช่วยให้ดอกทานตะวันสามารถอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่แห้งแล้งด้วยการอนุรักษ์น้ำ

วิวัฒนาการประหยัด

แล้วมันสอนอะไรเรา? ประการหนึ่ง วิวัฒนาการนั้นประหยัด และถ้าเป็นไปได้ จะใช้คุณลักษณะเดียวกันนี้เพื่อบรรลุเป้าหมายการปรับตัวมากกว่าหนึ่งเป้าหมาย นอกจากนี้ยังเสนอแนวทางที่เป็นไปได้ในการปรับปรุงดอกทานตะวันที่เพาะปลูกโดยการเพิ่มอัตราการผสมเกสรพร้อมกันและทำให้พืชมีความยืดหยุ่นมากขึ้นต่อความแห้งแล้ง

สุดท้าย งานของเราและการศึกษาอื่นๆ ที่เกี่ยวกับความหลากหลายของพืช สามารถช่วยในการคาดการณ์ว่าพืชจะสามารถรับมือกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้อย่างไรและในระดับใด ซึ่งกำลังเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมที่พวกเขาถูกปรับให้เข้ากับมันอยู่แล้ว

เกี่ยวกับผู้เขียน

มาร์โค โทเดสโก, ผู้ร่วมวิจัย, ความหลากหลายทางชีวภาพ, มหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบีย

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

ไอเอ็นจี