Как зрение птиц влияет на эволюцию цветков
В Австралии медососы — самые многочисленные и важные птицы, питающиеся нектаром, а значит, и ключевые птицы-опылители цветов. Как их зрительное восприятие повлияло на эволюцию окраски цветков, которые они посещают?
Команда биологов из университетов Монаша, RMIT (Мельбурн) и Бакнелла (США) провела самое количественное и строгое на сегодня исследование этого вопроса.
Учёные использовали математические модели птичьего зрения, чтобы представить цвета австралийских цветков такими, как их, вероятно, видят птицы.
Восприятие цвета
Птицы и цветы создают большую часть цвета в природе, но мы лишь случайные наблюдатели их визуальной «беседы»: яркие птицы сигнализируют потенциальным партнёрам, а яркие цветы общаются с животными-опылителями, включая птиц.
Биологи давно хотели понять, как работает эта визуальная коммуникация, но задача сложна, так как животные воспринимают цвета иначе, чем люди. У человека три типа цветовых рецепторов в сетчатке (чувствительных к синему, зелёному и красному свету), а у птиц — четыре. Медососы, в частности, имеют рецепторы, чувствительные к фиолетовому, синему, зелёному и красному свету. Другие птицы (например, попугаи и певчие птицы) используют ультрафиолетовые рецепторы вместо фиолетовых.
В исследовании изучили профили отражения (зависимость отражения света от длины волны) цветков 234 аборигенных австралийских видов в ультрафиолетовом и видимом диапазоне. Эти профили перевели в точки в «цветовом пространстве», основанном на чувствительности четырёх классов птичьих рецепторов.
Из 234 видов 154 опылялись насекомыми, а 80 — птицами. Цветки, опыляемые насекомыми, имели широкий диапазон цветов (от фиолетового и синего до жёлтого), который видят и люди, и птицы.
Цветки, опыляемые птицами, показали более интересную картину. Около половины видов перекрывались по цвету с цветками, опыляемыми насекомыми (что неудивительно, так как птичье опыление часто эволюционирует от насекомоопыляемых предков).
Однако другая половина видов сконцентрировалась в узком отдельном кластере, занимавшем всего 1% от общего объёма цветового пространства. Эти цветки человеку кажутся красными, и учёные назвали этот кластер «красной ветвью». Их профили отражения сильно стимулируют красные рецепторы в глазах птиц.
Многие виды цветковых растений, похоже, эволюционировали, чтобы «говорить» с птицами на особом наборе цветовых «слов». Примечательно, что отчётливая «красная ветвь» проявилась только в цветовом пространстве, основанном на зрительной системе медососов. Модели для другой системы зрения (с ультрафиолетовыми рецепторами, как у попугаев) не выявили такой обособленной ветви красных цветков.
Эволюция «языка»
Эволюция могла привести к такому общему использованию особого цветового «языка» двумя путями: либо через более частую видообразование растений с цветками «красной ветви» (из-за их особой привлекательности для медососов), либо через независимое приобретение этой окраски многими неродственными линиями.
Благодаря данным о последовательностях ДНК и новым статистическим методам (разработанным в Университете Бакнелла) учёные показали, что характерная окраска «красной ветви», вероятно, эволюционировала независимо 31 раз. Если бы цвета цветков эволюционировали случайным блужданием в цветовом пространстве, такая окраска возникла бы в среднем всего 5–6 раз. Это сильное количественное свидетельство конвергентной эволюции — повторного появления сходных признаков у неродственных линий.
Такая же картина может наблюдаться в межконтинентальном масштабе. Колибри в Америке имеют зрительную систему с фиолетовыми рецепторами, схожую с системой медососов в Австралии. В то же время нектарницы — основные опылители в Африке и Южной Азии — имеют систему с ультрафиолетовыми рецепторами.
Следовательно, конвергентная эволюция, сформировавшая «красную ветвь» у австралийских цветков, должна проявляться и у американских растений, опыляемых колибри, но не у азиатских и африканских видов. Проверка этой гипотезы — следующий шаг исследования.