Кто какой цветок опыляет?

Опылители должны совпадать с опыляемым цветком по региону и по времени.

Цветок должен быть хорошо заметен для опылителя.

В некоторых случаях важно соответствие формы цветка и опылителя.

Задание 1. Установите соответствие.

Колибри (1) опыляет монарду (K).
Пчела-плотник (2) опыляет орфиум (D).
Длиннонос (3) опыляет кактус (L).
Плодовая мушка Zygothrica sp. (4) опыляет орхидею Dracula lafleurii (E).
Бражник Basiothia (5) опыляет орхидею Disa cooperi (I).
Мокрец (6) опыляет какао (А).
Зеленая падальница (7) опыляет кирказон (H).
Муравей (8) опыляет коноспермум (F).
Жук Chrothyse (9) опыляет орхидею Disa forficaria (B).
Крылан (10) опыляет дуриан (C).
Пяденица (11) опыляет орхидею любку (G).

Задание 2. Какие признаки цветков привлекают именно этих опылителей?

Многие из перечисленных растений (но не все) снабжают своих опылителей питанием: чаще всего это нектар, реже пыльца. Некоторые опылители (например, колибри) употребляют пыльцу случайно, заодно с нектаром, и практически не способны ее переварить, но для других — например, крошечных опылителей какао — именно пыльца является основным источником питательных веществ. Чтобы найти питание, опылители ориентируются на цвет и на запах. Светлые цветы лучше видны ночью и в полумраке леса. Красный цвет часто привлекает птиц. Приятный запах привлекает пчел и бабочек, кислый запах — летучих мышей.

Однако цветы некоторых растений привлекают опылителей своим сходством с другими объектами. Центральный нижний лепесток орхидеи Dracula lafleuri похож на шляпки некоторых грибов и пахнет грибами. Цветок кирказона имеет пурпурные оттенки и пахнет гниющим мясом. В форме цветка орхидеи Disa forficaria можно уловить сходство с жуком: необычны выросты лепестков, образующие два «усика», а главное — цветок вырабатывает летучее вещество, которое привлекает самцов этого вида жуков.

Задание 3. Найдите среди этих примеров случаи обмана опылителей растениями.

Таким образом, получается, что орхидея Dracula lafleuri «обманывает» плодовых мушек, стремящихся отложить яйца в плодовые тела грибов, кирказон обманывает мух, которые стремятся отложить яйца в падаль, орхидея Disa forficaria — жука, который ищет самку своего вида.

Одна из сложнейших задач, которая встала сотни миллионов лет назад перед растениями, осваивающими сушу, — это размножение в новых условиях.

Предки наземных растений и их современные «двоюродные братья» — водоросли — полагаются на воду и в вопросах оплодотворения, и в вопросах расселения. Гаметы (совсем не у всех водорослей формируется два морфологических типа половых клеток — подвижный сперматозоид и неподвижная яйцеклетка) плывут с помощью жгутиков и находят другие гаметы своего вида по специфическим химическим сигналам. У многих водорослей есть расселительные стадии — зооспоры. Зооспоры едва ли могут самостоятельно преодолеть расстояния больше нескольких метров, однако им могут помочь течения.

Древнейшие наземные растения — мхи и папоротники (см. Высшие споровые растения) — сохранили оплодотворение, зависимое от воды (см., например, картинку дня Маршанция). Сперматозоиды и яйцеклетки образуются на растении гаплоидного поколения — гаметофите. Сперматозоиду необходима жидкая вода, чтобы доплыть до архегония (органа, где образуется яйцеклетка), и это сразу ограничивает круг местообитаний, которые доступны для таких растений. Из оплодотворенной зиготы развивается следующее, диплоидное поколение (спорофит), которое производит споры (см. картинку дня Трехлучевые споры папоротников). Легкие и устойчивые к высыханию споры могут распространяться по воздуху, но это не отменяет проблемы оплодотворения на стадии гаметофита.

Голосеменные растения «изобрели» пыльцу и семязачаток (см. картинку дня Розовые шишки ели). В специализированных побегах — шишках — появляются спорангии, в них развиваются споры. Гаметофит развивается из споры еще тогда, когда она находится в материнском растении. Женский гаметофит развивается в семязачатке. Пыльцевое зерно — это мужской гаметофит, защищенный оболочкой споры. Пыльцевые зерна легкие и устойчивые к высыханию. У голосеменных они обычно распространяются по воздуху. Впрочем, некоторые голосеменные привлекали и привлекают к опылению насекомых. О сложной системе опыления саговников вы можете прочитать в новости Австралийские саговники управляют насекомыми-опылителями при помощи кнута и пряника («Элементы», 10.10.2007). Споры больше не несут функцию расселения, ее берут на себя новые структуры — семена.

И, наконец, у покрытосеменных растений возникает цветок. Основная функция цветка — это привлечение опылителя. В отличие от шишек, цветки обычно обоеполые, и в случае неудачи перекрестного опыления возможно самооплодотворение внутри цветка. Хотя среди покрытосеменных растений тоже есть ветроопыляемые (например, береза или ива), они приобрели этот признак вторично. Считается, что коэволюция цветков и животных-опылителей, прежде всего насекомых, — один из важных факторов эволюции покрытосеменных растений, который привел к такому высокому разнообразию этой группы: сейчас науке известно около 300 тысяч видов цветковых растений.

Многие растения имеют широкий круг опылителей, однако не все из этих опылителей одинаково эффективны (см., например, картинку дня Цветок баобаба и его опылители). Пример растения с широким кругом опылителей из задачи — это кактус карнегия. Некоторые растения специализированны под узкий круг опылителей — вплоть до одного вида. Но в этом случае ареал растения и его благополучие будет во многом зависеть от ареала и состояния популяции опылителя.

Именно среди специализированных растений можно наблюдать самые необычные адаптации, о некоторых из которых шла речь в задаче. Часто специализированные цветы соответствуют по форме и длине венчика хоботку / клюву / языку опылителя — так, чтобы только эффективные опылители достигали нектара. Это случай монарды и орхидей Platanthera stricta и Disa cooperi из задачи. Но есть и другие варианты. Например, пыльцу некоторых растений (порядка 5% всех цветковых) нужно «вытрясать» вибрациями из тычинок, и только некоторые насекомые, такие как шмели, могут ее добыть (см. Buzz pollination). Орфиум (Orphium) — пример такого специализированного растения (см. Buzz pollination of Orpheum frutescens). На первый взгляд его цветы выглядят совершенно обычно: пять розовых лепестков с лучевой симметрией. Однако освободить его пыльцу может только пчела-плотник — для этого ей нужно ухватить тычинки и некоторое время жужжать.

И, наконец, некоторые цветы заманивают опылителей сходством с другим привлекательным объектом, например... насекомым того же вида. Самые известные такие обманщики — это офрис пчелоносная) и другие офрисы. Обман жуков редчайшей африканской орхидеей Disa forficaria изучен совсем недавно, когда в 2018 году, после более чем пятидесятилетнего перерыва, было обнаружено единственное растение, погибшее через год. Цветок этой орхидеи идеально соответствует по длине самке жука и выделяет макролид, на который слетаются жуки вида Chorothyse hessei. Авторы работы отмечают, что когда в 2020 году они тестировали выделенные из цветков орхидеи летучие вещества и их изомеры, нанося смеси этих веществ на искусственные модели орхидей, то с удивлением обнаружили среди жуков, слетевшихся на запах, трех, несущих поллинии Disa forficaria — это было подтверждено генетическим анализом (см. C. Cohen et al., 2021. Sexual deception of a beetle pollinator through floral mimicry), а значит, Disa forficaria не вымерла. Похоже, что такое точное привлечение жуков одного-единственного вида и эффективный механизм опыления позволяет орхидее успешно размножаться при экстремально низкой плотности популяции.