Первые цветы появились раньше пчел — как они эволюционировали?

Красочные цветы, насекомые и птицы, летающие среди них, — это радость природы. Но как возникла ранняя связь между окраской цветов и животными-опылителями?

В новом исследовании ученые разгадали эту тайну, проанализировав визуальную среду, в которой предки сегодняшних пчел добывали пищу из цветов.

Ученые измерили и проанализировали свет, отраженный от цветов, а также от камней, почвы, деревьев, коры и листьев, которые составляют их естественный фон.

На основе этих данных исследователи построили компьютерное моделирование, воссоздающее древнюю визуальную среду, когда появились первые цветы.

Цветовое зрение насекомых появилось раньше цветов

Сегодня пчелы являются опылителями цветковых растений, в том числе продовольственных культур. Пчелы используют цветовое зрение, основанное на фоторецепторах, чувствительных к ультрафиолетовому, синему и зеленому свету (светочувствительные клетки), чтобы обнаруживать и различать наиболее ценные цветы. Для сравнения, большинство людей воспринимают цвет с помощью фоторецепторов, чувствительных к синему, зеленому и красному цвету.

Когда в мезозойскую эру, между 252 и 66 миллионами лет назад, появились первые цветы, предкам пчел приходилось ориентироваться, поддерживать стабильный полет, избегать столкновений и находить пищу среди естественной среды. Ученые думают, что на их зрительные системы могла повлиять эволюция, чтобы они могли эффективно действовать в этой среде.

К тому времени, когда появились первые цветковые растения, предки пчел уже развили цветовое зрение — и оно сохранилось на протяжении всей эволюционной истории пчел.

Итак, хотя пчел изначально не было, их предки существовали. Цвета растений, вероятно, стали яркими, как мы их видим сегодня, чтобы соответствовать этой древней зрительной системе. В то же время первые пчелы стали наиболее эффективными опылителями.

Какого цвета были цветы на древней Земле?

Австралия — идеальное место для сбора данных о природных фоновых материалах, которые могли видеть ранние насекомые, поскольку это геологически древний континент.

Исследователи собрали их образцы со всей Австралии и измерили их отражательные свойства с помощью инструмента, называемого спектрофотометром.

Они использовали эти данные для создания базы данных материалов, которые присутствовали в визуальной среде летающих насекомых более 100 миллионов лет назад — когда появились первые цветы.

Для коллекции природных фонов, цветов, опыляемых насекомыми и птицами, ученые рассчитали маркерные точки — быстрые изменения интенсивности света, отраженного от поверхности, в небольшом диапазоне длин волн.

Эти маркерные точки определяют ключевые визуальные особенности цветных поверхностей, и их можно использовать для статистического тестирования эволюционного процесса.

Затем исследователи провели компьютерное моделирование, чтобы создать возможные цветочные фоны. Анализируя точки-маркеры, они проверили видимость сегодняшних цветов на смоделированном фоне.

Интересно, что распределение маркерных точек на лепестках растений, опыляемых пчелами, ясно указывает на то, что эти цветы «заметны», то есть они выделяются как более сильные сигналы на естественном фоне.

Это открытие согласуется с предыдущими исследованиями, предполагающими, что в Северном полушарии и Австралии цветущие растения развили цветовые сигналы, чтобы облегчить восприятие цвета пчелами.

Самые первые цветы, вероятно, имели тусклый зеленовато-желтый цвет и первоначально опылялись мухами. Однако, когда первые пчелы с их настроенными системами зрения начали опылять цветы, цветы, вероятно, приобрели новые цвета, соответствующие зрительным возможностям пчел.

Судя по всему, процесс естественного отбора заставил цвета цветов выделяться на фоне в глазах опылителей.

Птицы тоже принимали участие

Птицы стали постоянными посетителями цветов спустя миллионы лет после того, как появилось опыление насекомыми. Зрение птиц использует четыре типа цветных фоторецепторов, и они могут видеть длинноволновые красные цвета, которые пчелы не могут легко воспринимать на естественном фоне.

Анализ подтвердил, что цветки, опыляемые птицами, имеют маркерные точки в сторону более длинных волн, чем цветы, опыляемые пчелами. Исследование также показало, что эти цветы систематически отличаются от естественных фонов.

Поскольку климат Земли меняется, важно учитывать, что может случиться с экосистемами и нашими системами производства продуктов питания в мире без пчел. Крайне важно понять, как можно изменить опыление и размножение растений.

Исследование показывают, что пчелы являются основной движущей силой цветочной эволюции. Если мы не защитим этих насекомых и их среду обитания, мы потеряем фундаментальные и прекрасные аспекты жизни, которыми мы все наслаждаемся и в которых нуждаемся.