隨著世界變暖,許多植物都出現了提前開花的現象,這是有據可查的。這一趨勢引起了生物學家的警惕,因為它有可能破壞植物和為它們授粉的生物(蝴蝶、蜜蜂、鳥類、蝙蝠和其他生物)之間精心設計的相互作用。
但人們對其他花卉性狀的變化卻很少關注,例如花的大小,這些性狀也可能影響植物與傳粉媒介的相互作用。 昆蟲傳粉者 均處於全球衰退之中。
在該雜誌線上發表的一項研究中 進化信密西根大學的兩名生物學家和喬治亞大學的一名同事表明,2003 年至 2012 年間,美國東南部常見牽牛花的野生族群的花朵尺寸增加。
研究人員表示,花朵尺寸的增加表明植物在吸引授粉媒介方面投入了更多資金。這些變化在北緯地區最為明顯,這與先前大量的研究結果一致,顯示北方植物族群往往對氣候變遷表現出更劇烈的演化反應。
在這些牽牛花族群中也觀察到開花時間提早的轉變。此外,有誘人的跡象表明,植物增加了對花卉獎勵的投資——蜜蜂、食蚜蠅和黃蜂獲得的花蜜和花粉,為白色、粉紅色和藍色的牽牛花授粉。
該研究的主要作者、密西根大學生態系博士生薩沙·畢肖普(Sasha Bishop) 表示:「對於植物與傳粉媒介相互作用至關重要的性狀如何隨著時間的推移而演變,以應對氣候變化,我們的理解存在重大差距。
“我們表明,除了有據可查的提前開花的轉變之外,花卉結構和獎勵也可以在對當代環境變化的進化反應中發揮重要作用。”
常見的牽牛花是一種一年生雜草藤本植物,分佈在美國東部、中西部和南部。常常可以在路邊看到它的身影 農地.
密西根大學領導的研究採用了「復活」方法,包括在 2003 年和 2012 年兩年內從田納西州、北卡羅來納州和南卡羅來納州的農業大豆和玉米田邊緣收集的牽牛花種子發芽。
在這九年的時間裡,該地區經歷了氣溫上升,特別是最低氣溫和夜間氣溫上升,極端降雨事件數量增加,並夾雜著更極端的乾旱。
為了尋找花卉形態的變化,研究人員將這兩年現場收集的種子種植在密西根大學馬特哈伊植物園的溫室中。當花朵盛開時,用數位卡尺測量各種花朵性狀。
測量結果顯示,牽牛花花冠在九年的時間間隔內顯著變寬——4.5年直徑為1.8厘米(2003英寸),4.8年直徑為1.9厘米(2012英寸),而且花冠寬度的變化在北緯地區的族群中最大。花的花瓣統稱為花冠。
該研究還揭示了 2003 年至 2012 年間開花時間提前的情況,這主要是由北緯地區的人口所推動的。對於 2012 年收集的種子長成的植物來說,開花開始時間平均提早四天。
有趣的是,研究人員還觀察到隨著時間的推移,受緯度影響的趨勢是增加對花卉獎勵(花粉和花蜜)的投資。平均而言,2012 年收集的種子長出的牽牛花比 2003 年收集的種子長出的牽牛花產生更多的花粉粒和更多的花蜜蔗糖。
然而,花粉和花蜜分析僅涉及四個牽牛花植物族群。由於檢查的族群數量較少,花卉獎勵的發現並未納入統計測試中,以尋找植物透過自然選擇進行適應的證據。
該研究的資深作者、密西根大學生態與演化生物學系副教授雷吉娜·鮑科姆(Regina Baucom)表示:「儘管如此,對授粉媒介吸引力的投資似乎暫時有所增加,而這一結果是由北緯地區的人口所推動的。
研究發現沒有證據顯示牽牛花正在提高自花授粉的速度。先前一些研究的證據表明,增加「自交」可能是對 氣候變化 和/或與土地利用變化相關的傳粉媒介減少。
「這是第一篇使用復活方法來研究負責植物與傳粉媒介相互作用的特徵可能隨著時間的推移而演變的可能性的文章,同時伴隨著傳粉媒介豐度的減少以及氣候和土地利用制度變化導致的巨大環境變化,」畢曉普說。
復活實驗中包括了十五個牽牛花族群,觀察花朵形態的變化。 2,836 個族群被納入了春季開花提前的研究中。總共測量了 456 株植物的 XNUMX 朵花。