Орхидеи-обманщицы приманили пчел ультрафиолетовыми сверхстимулами

Австралийская орхидея Diuris brumalis не производит нектара, а насекомых-опылителей привлекает сходством своих цветков с цветкам бобового растения Daviesia decurrens. Ботаники выяснили, что обман орхидеи особенно эффективен благодаря двум крупным внешним лепесткам, которые отражают ультрафиолетовое излучение. Эти структуры делают цветок D. brumalis похожим на увеличенную версию цветка D. decurrens — и пчелы не могут устоять перед этим сверхстимулом. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Ecology and Evolution.

Покрытосеменные растения уже около 100 миллионов лет сотрудничают с насекомыми, птицами и другими животными, которые переносят пыльцу с цветка на цветок в обмен на богатую энергией пищу — нектар или излишки пыльцы. Однако некоторые растения обманывают опылителей, заставляя их работать на себя без какой-либо награды. Например, цветки примерно 400 видов орхидей имитируют самок насекомых. Самцы посещают фальшивых партнерш, пытаются их оплодотворить и переносят пыльцу между ними.

Другие орхидеи обманывают насекомых благодаря внешнему сходству своих цветков, в которых нет никакой награды для опылителей, с цветками растений, производящих много нектара. Хотя некоторые орхидеи-обманщицы точно копируют внешний вид цветков, которыми притворяются, остальные обходятся довольно поверхностным сходством. Почему даже несовершенная имитация позволяет сбить с толку опылителей, до сих пор оставалось неясным.

Разобраться в этом вопросе решила команда ботаников под руководством Даниэлы Скаккабароцци (Daniela Scaccabarozzi) из австралийского Университета Кёртина. Исследователи предположили, что по крайней мере некоторые орхидеи-обманщицы с несовершенной мимикрией привлекают опылителей, точно или с преувеличением копируя окраску цветков-моделей в ультрафиолетовом диапазоне. Этот признак должен играть особенно важную роль на дальних расстояниях.

Чтобы проверить эту идею, исследователи сосредоточили внимание на орхидее Diuris brumalis из Западной Австралии, которая имитирует растение Daviesia decurrens из семейства бобовых (Fabaceae). Оранжевые цветки обоих видов схожи формой внутренних лепестков и окраской в видимом и ультрафиолетовом диапазоне (цветки обоих видов отражают более 10 процентов ультрафиолетового излучения). Однако внешние лепестки орхидеи очень крупные и хорошо отличают ее цветки от цветков бобового. Если идея Скаккабароцци и ее соавторов верна, то увеличенные лепестки служат сверхстимулом для опылителей — одиночных пчел из рода Trichocolletes. Эти насекомые привыкли воспринимать расцветку цветков D. decurrens в ультрафиолетовом диапазоне как указание на богатый источник пищи, поэтому, издалека заметив аналогично окрашенный, но более крупный за счет внешних лепестков цветок D. brumalis, спешат к нему в тщетной надежде на обильное угощение.

Измерения, проведенные в дикой природе на горном хребте Дарлинг, показали, что средний цветок орхидеи-обманщицы в среднем в три раза крупнее цветка растения-модели. Внешние лепестки являются самым крупным элементом цветка D. brumalis и лучше всего отражают ультрафиолетовое излучение. При этом окраска цветков обоих видов с точки зрения их главных опылителей, пчел из рода Trichocolletes, которые видят в ультрафиолетовом диапазоне, очень похожа.

После этого Скаккабароцци и ее коллеги выбрали на хребте Дарлинг 122 дикорастущих экземпляра D. brumalis, заложили вокруг каждого из них по квадрату со стороной 30 метров и оценили среднее расстояние от каждой орхидеи в центре такого участка до всех растущих на нем экземпляров D. decurrens. Кроме того, авторы определили эффективность опыления орхидей на разных участках, подсчитав количество унесенных пчелами поллиниев (комков пыльцы). Оказалось, что в среднем чем дальше экземпляр D. brumalis находится от растений-моделей, тем меньше пыльцы уносят опылители.

На финальном этапе исследователи провели два эксперимента, в ходе которых манипулировали способностями орхидей-обманщиц отражать ультрафиолетовое излучение. Сначала они выбрали 400 орхидей из пяти популяций (некоторые из них находились внутри участков, заложенных на предыдущей стадии) и опрыскали их цветки раствором, блокирующим способность отражать ультрафиолетовое излучение. У половины подопытных экземпляров авторы обработали внешние лепестки, а у второй половины — основание венчика.

Сравнив количество унесенных пчелами поллиниев у орхидей, которые росли на квадратных участках в окружении D. decurrens, ученые обнаружили, что экземпляры с обработанными внешними лепестками и основаниями венчиков опыляются одинаково эффективно. Однако за пределами участков, в местах, где растений-моделей было меньше, орхидеи с обработанными внешними лепестками смогли передать опылителям меньше поллиниев, чем их сородичи с обработанными основаниями венчиков. Таким образом, орхидеи-обманщицы, растущие вдали от D. decurrens и не способные отражать ультрафиолетовое излучение лепестками, с трудом привлекают пчел.

Для второго эксперимента Скаккабароцци и ее коллеги выбрали 63 группы дикорастущих D. brumalis, каждая из которых состояла из двух более мелких подгрупп, включающих от двух до двенадцати экземпляров. При этом на расстоянии около пятнадцати метров от каждой подгруппы рос экземпляр растения-модели D. decurrens. В пределах каждой группы авторы распылили мешающий отражению ультрафиолета раствор на внешние лепестки орхидей из одной подгруппы и на основание венчика орхидей из другой группы. После окончания тестов эффективность опыления D. brumalis оценили по количеству унесенных пчелами поллиниев.

Проанализировав полученные данные, авторы пришли к выводу, что орхидеи-обманщицы с обработанным основанием венчика эффективнее всего опыляются в восьми метрах от растения-модели, а в пятнадцати и более метрах от него эффективность опыления снижается до нуля. При этом в пределах нескольких метров от D. decurrens даже экземпляры D. brumalis, не способные отражать ультрафиолетовое излучение внешними лепестками, опыляются не хуже обычного.

Результаты исследования показывают, что для эффективного опыления орхидеям D. brumalis необходимо соседство с D. decurrens. Орхидею-обманщицу, которая растет среди растений-моделей, регулярно посещают пчелы, даже если она не отражает ультрафиолетовое излучение. Успех опыления здесь, впрочем, довольно невысокий, поскольку у насекомых есть возможность распознать обман, просто сравнив цветки орхидей с цветками растений-моделей.

Вдали от D. decurrens дела обстоят иначе. Здесь орхидеи полагаются на крупные внешние лепестки, которые отражают ультрафиолет и действуют в качестве сверхстимулов, делая весь цветок похожим на втрое увеличенную копию цветка растения-модели. Благодаря этим структурам орхидеи-обманщицы, растущие в нескольких метрах D. decurrens, издалека привлекают пчел. В восьми метрах от D. decurrens они опыляются даже эффективнее, чем их сородичи, растущие среди растений-моделей. Вероятно, это связано с тем, что на таком расстоянии от растений-моделей насекомые не могут сравнить цветки обманщиц с оригиналами и легче попадаются на обман. Таким образом, изначальная гипотеза Скаккабароцци и ее коллег подтвердилась: крупные внешние лепестки не нарушают мимикрию D. brumalis, а делают ее более действенной.

Австралия — родина множества удивительных орхидей. Некоторые из них по вине человека стали редкими и нуждаются в защите. Например, вид Prasophyllum morganii из штатов Новый Южный Уэльс и Виктория считался вымершим почти 90 лет назад, пока не выяснилось, что все это время он скрывался под другим именем.