Южноафриканская маргаритка создает на цветках искусственных мух

Способность цветка имитировать привлекательные черты опылителей, чтобы заманить их своим нектаром, давно очаровывала ученых. Цветы не могут создать маскировку, поэтому то, как им удалось проворачивать такие убедительные обманы, используя только существующий набор ДНК, зачастую сбивает с толку.

Орхидеи - самые известные цветы из-за мимикрии с насекомыми, и они могут выглядеть и пахнуть неотразимо для невольного насекомого, чье короткое свидание среди лепестков оставляет насекомое, загруженное пыльцой орхидеи, которая неизбежно распространяется на другие цветы. Орхидеи развили эту черту так давно и с таким властным успехом, что любые особи без этих черт давно исчезли.

Вот почему ученые обратили внимание на южноафриканскую маргаритку Gorteria diffusa, чья половая мимикрия появилась совсем недавно в истории эволюции и не одинакова для всех цветов этого вида.

Лепестки этой маргаритки варьируются от бледно-желтых до ярко-красно-оранжевых, некоторые с пятнами, образующими круг вокруг центра цветка. Внешний вид этих цветов сильно различается, и у некоторых пятна превратились в зелено-черные шишки, которые для мухи выглядят точно так же, как ее самка, соблазнительно поджидающая на лепестках.

Эволюция разнообразия признаков этого вида была недавно нанесена на карту, чтобы определить порядок, в котором черты эволюционировали, чтобы завершиться таким убедительным обманом: сначала был обнаружен цвет, затем случайное расположение, затем текстура.

Новое исследование, проведенное под руководством биолога-эволюциониста Романа Келленбергера из Кембриджского университета, которое было опубликовано в журнале Current Biology, изучает, как три набора генов, которые когда-то не имели ничего общего с обращением к мушкам, стали частью его стратегии.

«Эта маргаритка не развила новый ген, «делающий муху», — пояснил биолог растений и старший автор Беверли Гловер из Кембриджского университета. «Она объединила существующие гены, которые уже выполняют другие функции в разных частях растения, чтобы создать сложное пятно на лепестках, которое обманывает самцов мух».

Один из этих генов перемещает железо по растению, другой заставляет расти корневые волоски, а третий контролирует формирование цветов.

Гены движения железа создают пятна, которые направляют опылителей к центру цветка для получения нектара, испытанная стратегия опыления, на которую цветы полагались задолго до того, как возникла половая мимикрия.

Сочетание образующихся пигментов (каротиноидов, создающих желто-оранжевый цвет, и темно-фиолетово-синего цвета антоцианов) дает сине-зелено-черный оттенок — именно такой цвет мы ассоциируем с панцирем мухи.

Затем набор генов, обычно участвующих в ограничении производства цветов, был перепрофилирован в качестве «выключателя» для пятен, направляющих нектар, заставляя «фальшивых мух» появляться на лепестках в явно случайных местах.

Если стратегия привлечения опылителей заключается в рекламе нектара цветка, то четкое кольцо пятен — это своего рода рекламный щит для парковки. Но когда стратегия заключается в сексуальной мимикрии, кажется, что для мух меньше значит больше.

Генная последовательность, обычно участвующая в образовании корневых волосков растения, отвечает за действительное оживление обмана, вызывая трехмерную форму и текстуру пятен на лепестках маргаритки, похожих на мух.

Белок, продуцируемый этим геном, EXPA, расслабляет обычно жесткие стенки клеток растений, что приводит к «необратимому расширению клеток». В лепестке этот белок заставляет существующие волоски расширяться, придавая его поверхности текстуру.

Этот ген почти полностью вышел из строя в развивающихся листьях и непятнистых цветках; в развивающихся корнях выражен умеренно; и сильно развиты пятнистые цветы.

Но исследователи знают, что этот ген участвует в «раздувании» того, что в противном случае было бы больше похоже на вырезанную из картона самку мухи, потому что он выражен только в лепестках наиболее убедительных цветов, и даже среди них экспрессия почти полностью отсутствует в цветках. лепестки без пятен и бугорков.

«Самцы мух недолго остаются на цветках с простыми пятнами, но они настолько убеждены этими фальшивыми мухами, что тратят дополнительное время, пытаясь спариться, и стирают больше пыльцы с цветка, помогая его опылению», — говорит Келленбергер.

Объединение трех существующих наборов генов, похоже, создало эволюционный путь для этих мастеров маскировки.