В удлинении цветков завезенных в Америку наперстянок обвинили колибри

Пурпурные наперстянки, завезенные в Колумбию и Коста-Рику из Великобритании, всего за полтора века отрастили более длинные венчики цветков. Исследователи, обнаружившие эти изменения, предполагают, что их причина заключается в опылителях. Если на родине наперстянки опыляются шмелями, то в Америке их помимо этого посещают колибри — намного более эффективные переносчики пыльцы. Удлинение венчика может быть попыткой растений ограничить доступ к нектару для шмелей и сделать ставку на опыление птицами. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Journal of Ecology.

Биологические виды, благодаря человеку проникшие новые для себя регионы, пользуются дурной славой. Это неудивительно, ведь многие из них превратились в опасных захватчиков, которые разрушают целые экосистемы и наносят серьезный ущерб экономике. В качестве примеров можно упомянуть борщевик Сосновского или кроликов и кошек, заполонивших Австралию.

Однако, с другой стороны, наблюдая за видами-вселенцами, биологи могут в реальном времени отслеживать быстрые эволюционные изменения и формирование экологических связей. Например, целый ряд исследований посвящен тому, как интродуцированные на Гавайи птицы заменяют почти исчезнувших гавайских цветочниц в роли главных опылителей местных деревьев. На другом конце мира, в Южной Африке, орнитологи наблюдают за тем, как нектарницы учатся кормиться на завезенных из Америки растениях, чьи цветы заточены под опыление колибри.

Команда исследователей во главе с Марией Кларой Кастелланос (Maria Clara Castellanos) из Сассекского университета сосредоточила внимание на успешном виде-вселенце — наперстянке пурпурной (Digitalis purpurea). Родина этого растения — Европа и Северная Африка, однако вместе с людьми оно проникло во многие регионы мира. Например, в горах Центральной и Южной Америки наперстянки начали распространяться в середине XIX века. Здесь они неожиданно столкнулись с новыми опылителями. Если в Европе и Африке цветки наперстянок посещают в основном шмели, то по другую сторону Атлантики на них, помимо местных видов шмелей, также кормятся колибри.

Кастелланос и ее коллеги решили больше узнать о взаимоотношениях колибри и наперстянок. Для этого они изучили семь популяций этих растений из Колумбии и Коста-Рики. Кроме того, в анализ включили четыре британские популяции. Дело в том, что, согласно предыдущим исследованиям, колумбийские и коста-риканские наперстянки независимо произошли от предков, привезенных в Америку из Великобритании.

Сначала члены команды подтвердили, что, если закрыть доступ опылителей к цветкам наперстянок, те произведут намного меньше семян (p <0,001). Этот результат был получен в ходе экспериментов в двух британских и одной колумбийской популяциях. Иными словами, самоопыления недостаточно для успешного размножения наперстянок — им необходимы помощники.

Наблюдения за цветками наперстянок показали, что и в Великобритании, и в Колумбии с Коста-Рикой их основными опылителями являются шмели. Однако в американских популяциях до 27 процентов всех визитов приходится на колибри (в среднем 22 процента). При этом в целом колумбийские и коста-риканские наперстянки привлекают больше посетителей (p = 0,005). С другой стороны, растения из американских популяций регулярно сталкиваются с ворами нектаров, которые проделывают отверстие в основании венчика. В Великобритании такой проблемы не существует.

На следующем этапе Кастелланос и ее коллеги оценили эффективность различных опылителей наперстянок. Оказалось, что колибри из родов Eriocnemis и Aglaeactis, которые посещают эти растения в Колумбии, переносят намного больше пыльцевых зерен, чем шмели: в среднем 4380 на одну птицу. Для сравнения, британский шмель в среднем переносит 728 пыльцевых зерен, а колумбийский — 1780. Колибри также переносят пыльцу на более далекие расстояния, чем насекомые, что может повышать репродуктивный успех растений.

Таким образом, американским наперстянкам выгоднее делать ставку на опыление колибри. Чтобы проверить, повлияло ли это на их эволюцию, исследователи сравнили морфологию цветков и некоторые другие особенности растений из различных популяций. Оказалось, что проксимальная часть венчика у колумбийских и коста-риканских наперстянок длиннее, чем у британских, на 13 процентов и 26 процентов соответственно. Судя по всему, у американских популяций этот признак находится под действием естественного отбора (у растений из британских популяций никаких признаков этого обнаружить не удалось). 

Поскольку от длины проксимальной части венчика зависит, сможет ли опылитель добраться до нектара, изменение этой черты у американских наперстянок может свидетельствовать, что они пытаются сделать цветки недоступными для шмелей и переключиться на опыление более эффективными опылителями — колибри. Возможно, данный эволюционный процесс отразился и на птицах — орнитологам известно, что клювы колибри и венчики опыляемых ими цветков часто коэволюционируют. Самый экстремальный пример такого рода — колибри-мечеклюв (Ensifera ensifera), который использует свой гигантский клюв, чтобы пить нектар из цветков растения Passiflora mixta с очень длинными венчиками. Это единственный опылитель данного вида растений.

В лабораторных условиях растения могут адаптироваться к изменившемуся составу опылителей еще быстрее. Например, луговая горчица, которую в эксперименте опыляли только шмели, всего за девять поколений стала выше и начала производить более ароматные цветки.

Сергей Коленов