Цветы могут направить свою пыльцу ещё до того, как прилетит пчела

Фото из открытых источников

Вибрирующее опыление выглядит случайным, однако взмах пыльцевого мешка в области пыльника выбрасывает пыльцу узкой струей, а неправильный тон рассеивает ее. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Пчела хватается за середину цветка томата и, напрягая летательные мышцы, вытряхивает пыльцу, пока та не отделится. Со стороны это выглядит как грубая сила, и кажется, что пыльцевые зерна приземляются где им вздумается.

Сравнив более 500 видов цветковых растений, группа исследователей из Венского университета отследила путь вылетающей пыльцы до углубления вокруг поры. Цветы с воронкообразным соцветием выпускают пыльцу более узкими и быстро движущимися струями. Таким образом, узор, который в итоге будет носить пчела, определяется анатомией цветка еще до того, как пчела прилетит.

Эти измерения были получены с тычинок, прикрепленных к специальной конструкции, а не от пчел, работающих с настоящими цветами. Примерно каждое десятое цветущее растение хранит пыльцу внутри пыльника за одной маленькой порой. Самостоятельно она не выпадает.

Пчеле нужно приземлиться, зацепиться за что-нибудь и вибрировать, пока зерна не разлетятся. Именно поэтому помидоры, баклажаны и черника зависят от жужжащих насекомых для эффективного опыления.

На кафедре ботаники и исследований биоразнообразия университета Бенджамин Лазарус и его коллеги изучили 523 вида растений из шести семейств. Они работали с прессованными гербарными образцами и цветами, законсервированными в банках, и обнаружили десять различных форм пор.

Если разделить их по тому, загибается ли кончик пыльника в край вокруг отверстия, то можно выделить пять вариантов: с загнутым кончиком и с тупым. Впалые поры встречались несколько чаще, в соотношении 56 к 44 процентам, и оба типа наблюдались во всех шести семействах.

В одних группах преобладают блюда с порциями, а в других они отсутствуют. В роде бобовых Senna, крупном роде, они присутствовали у 84 процентов исследованных видов, и род вереска Erica показал аналогичный результат. У черники и клюквы их не было совсем.

Чтобы встряхивать цветы по требованию, команда синтезировала чистые тона и подавала их на небольшой динамик с зажимом сверху. Лазарь отделил от цветков отдельные тычинки, захватил каждую у основания легкими щипцами и закрепил в зажиме.

Акселерометр, приклеенный непосредственно над рукояткой, фиксировал силу встряхивания каждого тычиночного цветка. Камера, работающая со скоростью 1000 кадров в секунду, снимала вылетевшую пыльцу. На основе этих видеоматериалов команда измерила разброс углов, под которыми вылетали частицы пыли, и их скорость.

В установку было помещено восемнадцать видов. Их собрали на тропе в Санта-Марии, Колумбия, а также в Нью-Йоркском ботаническом саду, Ботаническом саду Атланты и Ботаническом саду Боготы.

На пленке два типа пор вели себя совершенно по-разному. Тычинки с черешком выпускали пыльцу отдельными порциями, по одной в верхней точке каждого встряхивания, всегда в одном направлении. Между порциями пыльца возвращалась в черешок и наполняла его.

Тупые поры позволяют пыльце непрерывно выходить наружу в обоих направлениях вдоль линии сотрясения. Пыльца, выходящая из углубления в поре, распространяется примерно на 23 градуса, а из тупого углубления — на 144 градуса, что достаточно широко, чтобы опылить большую часть пчелы.

Зазубренные поры также разбрасывали зерна со скоростью около 1,8 метра в секунду, что примерно вдвое больше, чем 0,85 метра в секунду, которые разбрасывали частицы с тупыми порами.

Узкий поток, сохраняющий свою скорость, достигает тех частей тела пчелы, которые медленное, широкое облако не замечает. Чтобы определить границы этого механизма, команда встряхивала тычинки одного вида, Meriania speciosa, на частотах 200, 300 и 400 герц.

Это крупный тропический цветок, около 8 сантиметров в диаметре, и в одном пыльнике содержится более 100 000 пыльцевых зерен. Шаг спирали определял, работала ли вообще эта штуковина. На частотах 300 и 400 герц она выполняла свою функцию, выпуская отдельные импульсы в одном направлении.

На частоте 200 герц процесс наполнения прекратился, и пыльца стала выходить непрерывно и в обоих направлениях, как это происходит при прохождении через затупившуюся пору. Даже самый хаотичный режим работы оказался весьма щедрым. При вибрации с частотой 200 герц пыльца высвобождалась почти вдвое больше, чем при 300 герцах, и примерно в три раза больше, чем при 400 герцах.

Группа исследователей подсчитывала количество зерен с помощью ручного счетчика частиц в порах. При одинаковом потреблении энергии вибрации, высокочастотные сотрясения выделяли больше пыльцы.

И не все пчелы жужжат одинаково: авторы предполагают, что более крупные пчелы, которые трясутся сильнее и, возможно, медленнее, могут создавать более широкие облака жужжания, чем более мелкие пчелы.

Пчёлы счищают пыльцу со своих поверхностей и поедают её, поэтому зёрна, попавшие в любое доступное место, — это зёрна, которые растение теряет.

«Точность размещения пыльцы важна для растений, поскольку она может повысить успешность опыления и одновременно позволяет растениям размещать пыльцу в «безопасных местах», где пчелы не могут ее собирать», — сказала соавтор исследования Агнес Деллинджер.

Есть и вторая выгода. Родственные растения, на которые попадают одни и те же пчелы, продолжают опылять друг друга, забивая рыльца и теряя зерна. Один из способов обойти это — нанести пыльцу на разные части одного и того же насекомого. Цветы привлекают опылителей и другими необычными способами. Львиный зев подслащивает свой нектар, когда улавливает жужжание пчел, а одно азиатское растение заманивает своего опылителя внутрь цветка, используя его как питомник.

Все измерения здесь проводились на отдельном тычинке. В настоящем цветке вокруг тычинки находятся лепестки, рядом — другие тычинки, а пчела, держащая ее под определенным углом, перемещает пыльцу, прежде чем она осядет на цветок. На следующем этапе команда присваивает названия целым цветкам.

Никто не подсчитывал, куда именно попадает пыльца с вычерченного цветка на живую пчелу этих видов. Также никто не проверял, распределяется ли пыльца на одном и том же опылителе между двумя растениями. Форма пор также может меняться в течение жизни цветка или между разными растениями, и этот аспект остается неизученным.

Для решения любого из этих вопросов потребовался бы обычный эксперимент: пчела, целый цветок и исследователи, подсчитывающие оставшиеся на ее спинке зернышки.