劍橋大學的科學家發現，木槿花早期的花瓣圖案會形成”牛眼”，以吸引蜜蜂。這些較大的花紋提高了蜜蜂的覓食效率，為植物演化和潛在的生物多樣性影響提供了啟示。

一項研究發現，木槿花使用預先確定的花瓣圖案來吸引蜜蜂，而蜜蜂更喜歡較大的花瓣。這些圖案在花瓣發育初期就已形成，對植物的授粉效率和演化成功起著至關重要的作用。

劍橋大學塞恩斯伯里實驗室（Sainsbury Laboratory）的研究人員發現，木槿花在發育初期就擁有一種看不見的預圖案，這種圖案決定了花瓣上牛眼的大小–這種關鍵圖案對花朵吸引蜜蜂授粉的能力有重大影響。

最近發表在《科學進展》（Science Advances）上的這項研究還表明，蜜蜂更喜歡較大的牛眼而不是較小的牛眼，而且在具有較大牛眼的人造花盤之間飛行的速度要快25%，這有可能提高蜜蜂和花朵的效率。

牛眼等花朵圖案可以引導蜜蜂等授粉者找到花蜜，提高授粉成功率。對木槿花的研究表明，這些圖案是在花瓣早期發育過程中預先確定的，就像一個”數字油漆”系統。資料來源：劍橋大學

花朵圖案有助於引導蜜蜂等昆蟲到達花朵中心，那裡有花蜜和花粉，增加植物成功授粉的機會。儘管這些花瓣圖案非常重要，但令人驚訝的是，人們對它們是如何形成的，又是如何演變成我們今天看到的豐富多彩的花瓣圖案（包括斑點、條紋、葉脈和牛眼）卻知之甚少。

研究人員以一種小型木槿植物為模型，比較了花朵大小相同但三種牛眼圖案大小不同的近緣植物，這三種牛眼圖案的特點是中心為深紫色，周圍為白色–H. richardsonii（小牛眼圖案覆蓋花盤的4%）、H. trionum（中牛眼圖案覆蓋花盤的16%）和H. trionum的一個基因改造品系（突變）（大牛眼圖案覆蓋花盤的36%）。

他們發現，早在花瓣顯示任何可見顏色之前，花瓣表面就已經形成了預圖案。花瓣就像一塊”數位油漆”畫布，不同的區域在開始呈現出不同的顏色和紋理之前，就已經預先設定了特定的顏色和紋理。

研究還表明，植物可以利用多種機制精確控制和修改這些圖案的形狀和大小，這可能會對植物演化產生影響。透過微調這些設計，植物可能會在吸引傳粉昆蟲的競爭中獲得競爭優勢，或開始吸引不同種類的昆蟲。

在任何可見色素出現之前，在花瓣發育的早期就觀察到了新月形的花瓣前花紋。早期發育階段（從S0a 到S2E）HtTCP4.1 OE 花瓣正面表皮細胞面積彩色圖。比例尺，100 μm。圖片來源：Lucie Riglet。發表於《科學進展》。

“如果一種性狀可以透過不同的方法產生，那麼進化就有了更多的選擇來改變它並創造多樣性，這就好比一個藝術家有一個大調色板，或者一個建築工人有一套廣泛的工具。

領銜作者Lucie Riglet 博士透過分析三朵木槿花的花瓣發育情況，研究了木槿花瓣圖案背後的機制。她發現，在尺寸小於0.2 毫米的小花瓣上，早在牛眼出現之前，預圖案就已經開始形成一個月牙形的小區域。

威尼斯錦葵又名Hibiscus trionum，是埃德維格-莫伊魯卡德（Edwige Moyroud）選為研究花瓣圖案發育的新模式植物，原產於澳大利亞，現在也出現在花園中，並已在世界上一些地方歸化。來源：露西-里格萊特和埃德維格-莫伊魯卡德

里格萊特博士說：「在我們可以解剖的最早階段，花瓣大約有700 個細胞，顏色仍然是綠色的，沒有明顯的紫色色素，細胞形狀和大小也沒有區別。當花瓣進一步發育到4000 個細胞時，它仍然沒有任何可見色素，但我們發現了一個特定區域，那裡的細胞比周圍的細胞大。

這些細胞非常重要，因為它們標記了靶心邊界的位置，也就是花瓣上顏色從紫色變成白色的那條線–沒有邊界就沒有靶心。

木槿花瓣在早期發育階段整個正面表皮（頂面）細胞區域的彩色圖譜。當花瓣直徑為半毫米、有~4000 個細胞時，花瓣的預圖案在發育早期就已顯現，此時還未出現任何著色跡象。圖片來源：Lucie Riglet。發表於《科學進展》。

Argyris Zardilis 博士開發的計算模型提供了進一步的見解，結合計算模型和實驗結果，研究人員表明，木槿可以在花紋形成前期改變牛眼的尺寸，也可以在發育後期通過調整細胞的擴張或分裂來調節牛眼任一區域的生長。

研究人員使用人工花盤模仿了三種不同的牛眼尺寸–H. richardsonii（小牛眼覆蓋花盤的4%）、H. trionum 野生型（中牛眼覆蓋16%）和H. trionum 的轉基因品系（突變）（大牛眼覆蓋36%），比較了牛眼圖案在吸引授粉者方面的相對成功率。圖片來源：Lucie Riglet

然後，里格萊特博士使用模仿三種不同牛眼尺寸的人造花盤，比較了牛眼圖案在吸引授粉者方面的相對成功率。里格萊特博士解釋說：”蜜蜂不僅更喜歡中型和大型牛眼，而不是小型牛眼，而且訪問這些較大花盤的速度也快了25%。覓食需要消耗大量的能量，因此如果蜜蜂能在同一時間訪問4 朵花而不是3 朵花，那麼這可能對蜜蜂和植物都有好處。

研究人員使用模仿三種不同牛眼尺寸的人造花盤，比較了牛眼圖案在吸引授粉者方面的相對成功率。與小牛眼相比，蜜蜂不僅更喜歡中型和大型牛眼，而且光顧這些較大花盤的速度也快了25%。圖片來源：Lucie Riglet

研究人員認為，這些預圖案化策略可能有深刻的演化根源，有可能影響不同物種花朵圖案的多樣性。 Edwige Moyroud 研究小組的下一步工作是確定產生這些早期圖案的訊號，並探索其他植物器官（如葉片）是否也使用類似的預圖案機制。

這項研究不僅增進了我們對植物生物學的了解，還凸顯了植物與其環境之間錯綜複雜的聯繫，並展示了精確的自然設計如何在物種的生存和進化過程中發揮關鍵作用。

熊蜂可以根據大小區分兩種人造牛眼，與芙蓉花的較小圖案相比，熊蜂明顯偏愛牛眼較大的木槿花。研究人員還發現，熊蜂在牛眼較大的人造花盤之間的飛行速度快25%。圖片來源：Lucie Riglet

例如，H. richardsonii 是本次研究的三種木槿植物中牛眼最小的一種，原產於紐西蘭，屬於極度瀕危植物。 H. trionum也分佈在新西蘭，但不被認為是原生植物，它廣泛分佈於澳洲和歐洲，在北美已成為雜草叢生的歸化植物。還需要進行更多的研究，以確定更大的牛眼是否有助於H. trionum 吸引更多的授粉者，並提高其繁殖成功率。

編譯自/ ScitechDaily