科學家發現花朵開始”放棄”不斷變少的昆蟲進化為自花授粉
研究人員說,隨著昆蟲數量的減少,花朵正在”放棄”授粉者,進化得對它們的吸引力越來越小。一項研究發現,在巴黎附近生長的田野三色堇的花朵比二、三十年前生長在相同田地裡的花朵小10%,產生的花蜜也少20%。昆蟲也較少光顧它們。
這項研究的作者之一、法國國家科學研究中心的研究員皮埃爾-奧利維耶-切普圖(Pierre-Olivier Cheptou)說:”我們的研究表明,三色堇在進化過程中放棄了授粉者。它們正朝著自花授粉的方向進化,每種植物都用自己繁殖,這在短期內可行,但很可能會限制它們適應未來環境變化的能力。”
植物為昆蟲生產花蜜,昆蟲則在植物之間運送花粉。這種互惠互利的關係是經過數百萬年的共同演化而形成的。但三色堇和傳粉昆蟲現在可能陷入了一個惡性循環:植物生產的花蜜越來越少,這意味著可供昆蟲食用的食物也會越來越少,這反過來又會加速昆蟲數量的減少。
“我們的研究結果表明,三色堇與傳粉昆蟲之間古老的互動關係正在迅速消失,”第一作者、蒙彼利埃大學博士研究員薩姆森-阿科卡-皮多勒(Samson Acoca- Pidolle)說。”同時我們驚訝地發現,這些植物的進化速度如此之快。”
歐洲各地的研究都報告了昆蟲數量減少的情況。一項針對德國自然保護區的研究發現,從1989 年到2016 年,誘捕器捕獲的昆蟲總重量下降了75%。Acoca-Pidolle 補充說:”我們的研究結果表明,授粉昆蟲減少的影響不易逆轉,因為植物已經開始發生變化。因此,迫切需要採取保護措施來阻止和扭轉傳粉昆蟲的減少。“
這項研究採用的方法稱為”復活生態學”。它包括從上世紀90 年代和2000 年代收集的種子中萌發三色堇祖先的植株,這些種子被儲存在國家植物保護中心。研究小組比較了田野三色堇(Viola arvensis)的四個種群在此期間發生的變化。
據發表在《新植物學家》(New Phytologist)雜誌上的論文稱,除了花朵的變化外,他們沒有發現種群間的其他變化,如葉片大小或植株的總大小。
如果花朵不再吸引昆蟲,那麼植物就會浪費能量,讓花朵變大、花蜜變多。先前的研究表明,在過去20 年中,依靠自花授粉的大田三色堇比例增加了25%。
蘭卡斯特大學的菲利普-唐克斯利博士並沒有參與這項研究,他說:「這些花朵為了應對授粉者數量的減少而改變自己的策略,這一事實令人震驚。這項研究表明,一種植物為了應對一種僅出現了50 年的現象,而改變了數千年的進化策略。”
“雖然大多數研究都是在歐洲和北美進行的,但我們知道授粉昆蟲的減少是一個全球現象。這些結果可能只是冰山一角:植物多樣性更豐富的地區可能會有更多野生植物因缺少授粉者而改變授粉策略的例子。”
毛地黃在200 年前引入哥斯大黎加後,已經進化到可以由蜂鳥授粉,而不是蜜蜂。照片:Christopher Bellette/Alamy 克里斯多福-貝萊特/阿美利加
需要適應新生態位的入侵族群也有類似的過程。在歐洲,毛地黃的族群已經進化成由熊蜂授粉。然而,研究人員發現,200 年前,它們被引入哥斯達黎加和哥倫比亞,此後,它們改變了花朵的形狀,以便蜂鳥能夠為其授粉。
其他研究表明,無法自花授粉的植物會反其道而行之,在授粉者稀少時產生更多花粉。由於無法採用其他方法,它們不得不與其他植物競爭,以吸引數量不斷減少的授粉者。
邱園皇家植物園的菲爾-史蒂文森(Phil Stevenson)教授也沒有參與這項研究,他說,當傳粉昆蟲數量減少時,引導或獎勵傳粉昆蟲的特性很可能會發生變化,尤其是在可以選擇自花授粉的物種中。
他說:”繁殖尤其如此,可以說是生物體最重要的生命功能,也可能是適應性最強的性狀。”