Für Bestäuber, die im Ultravioletten sehen können, haben Sonnenblumen eine zusätzliche Farbpalette. (Unsplash/Marco de Hevia), CC BY-SA

Blumen sind eines der auffälligsten Beispiele für die Vielfalt in der Natur und zeigen unzählige Kombinationen von Farben, Mustern, Formen und Düften. Sie reichen von farbenfrohen Tulpen und Gänseblümchen bis hin zu duftenden Frangipani- und Riesen-, faulig riechende Leichenblumen. Die Vielfalt und Diversität ist erstaunlich – bedenken Sie die Entenförmige Orchidee.

Aber so sehr wir die Schönheit und Vielfalt von Blumen schätzen können, sie sind buchstäblich nicht für unsere Augen bestimmt.

Der Zweck von Blumen ist es, Bestäuber anzulocken, und Blumen bedienen ihre Sinne. Ein klares Beispiel dafür sind ultraviolette (UV) Muster. Viele Blumen reichern UV-Pigmente in ihren Blütenblättern an und bilden Muster, die für uns unsichtbar sind. aber das können die meisten Bestäuber sehen.

Die Diskrepanz zwischen dem, was wir sehen, und dem, was Bestäuber sehen, ist bei Sonnenblumen besonders auffällig. Trotz ihres ikonischen Status in der Populärkultur (wie die wohl zweifelhafte Ehre des Seins bezeugt eine der nur fünf Blumenarten mit einem eigenen Emoji), sie scheinen kaum das beste Beispiel für Blumenvielfalt zu sein.

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Anderes Licht

Was wir gemeinhin als einzelne Sonnenblume betrachten, ist eigentlich eine Blütentraube, die als Blütenstand bezeichnet wird. Alles wilde Sonnenblumen, von denen es ca 50 Arten in Nordamerika, haben sehr ähnliche Blütenstände. Für unsere Augen sind ihre Ligula (die vergrößerten, verwachsenen Blütenblätter des äußersten Blütenwirbels im Blütenstand der Sonnenblume) sind das gleiche einheitliche, vertraute leuchtende Gelb.

Betrachtet man es jedoch im UV-Spektrum (d. h. jenseits der Art von Licht, die unsere Augen sehen können), liegen die Dinge ganz anders. Sonnenblumen reichern UV-absorbierende Pigmente an der Basis der Blatthäutchen an. Über den gesamten Blütenstand ergibt sich daraus a UV-Bullseye-Muster.

In einer aktuellen Studie haben wir fast verglichen 2,000 wilde Sonnenblumen. Wir haben festgestellt, dass die Größe dieser UV-Bullseyes stark variiert, sowohl zwischen als auch innerhalb der Arten.

Die Sonnenblumenart mit der extremsten Vielfalt in der Größe der UV-Bullseyes ist Helianthus, die Gemeine Sonnenblume. H. Annuus lernen muss die nächster wilder Verwandter der kultivierten Sonnenblume, und ist die am weitesten verbreitete wilde Sonnenblume, die fast überall zwischen Südkanada und Nordmexiko wächst. Während einige Populationen von H. Annuus haben sehr kleine UV-Bullseyes, bei anderen bedeckt der UV-absorbierende Bereich den gesamten Blütenstand.

Bestäuber anlocken

Warum gibt es so viele Variationen? Wissenschaftler waren bewußt von floralen UV-Mustern längst. Einige der zahlreichen Ansätze, die verwendet wurden, um die Rolle dieser Muster beim Anlocken von Bestäubern zu untersuchen, waren ziemlich erfinderisch, einschließlich Schneiden und Einfügen von Blütenblättern or Beschichten Sie sie mit Sonnencreme.

Als wir Sonnenblumen mit verschiedenen UV-Bullseyes verglichen, stellten wir fest, dass Bestäuber zwischen ihnen unterscheiden konnten und Pflanzen mit mittelgroßen UV-Bullseyes bevorzugten.

Dies erklärt jedoch nicht die ganze Vielfalt der UV-Muster, die wir in verschiedenen Populationen wilder Sonnenblumen beobachtet haben: Wenn mittlere UV-Bullseyes mehr Bestäuber anziehen (was eindeutig ein haben Vorteile für), warum gibt es Pflanzen mit kleinen oder großen UV-Bullseyes?

 Sonnenblumen mit verschiedenen UV-Bullseye-Mustern, wie wir sie sehen (oben) und wie eine Biene sie sehen könnte (unten). (Marco Todesco), Autor zur Verfügung gestellt

Andere Faktoren

Während die Anziehungskraft von Bestäubern eindeutig die Hauptfunktion von Blütenmerkmalen ist, gibt es immer mehr Beweise dafür Nicht-Bestäuberfaktoren wie Temperatur oder Pflanzenfresser können die Entwicklung von Merkmalen wie Blütenfarbe und -form beeinflussen.

Einen ersten Hinweis darauf, dass dies auch bei UV-Mustern in Sonnenblumen der Fall sein könnte, fanden wir, als wir uns ansahen, wie deren Variation auf genetischer Ebene reguliert wird. Ein einzelnes Gen, HaMYB111, ist für den größten Teil der Vielfalt der UV-Muster verantwortlich, die wir sehen H. Annuus. Dieses Gen steuert die Produktion einer Familie von Chemikalien, die als Flavonolglykoside, das wir in hohen Konzentrationen im UV-absorbierenden Teil von Ligula gefunden haben. Flavonolglykoside sind nicht nur UV-absorbierende Pigmente, sondern spielen auch eine wichtige Rolle bei der Unterstützung von Pflanzen mit unterschiedlichen Umweltbelastungen umgehen.

Ein zweiter Hinweis ergab sich aus der Entdeckung, dass das gleiche Gen für die UV-Pigmentierung in den Blütenblättern der Ackerschmalwand, Arabidopsis thaliana. Die Ackerschmalwand ist das am häufigsten verwendete Modellsystem in der Pflanzengenetik und Molekularbiologie. Diese Pflanzen können sich selbst bestäuben, und verzichten daher in der Regel auf Bestäuber.

Da sie keine Bestäuber anlocken müssen, haben sie kleine, unscheinbare weiße Blüten. Dennoch sind ihre Blütenblätter voller UV-absorbierender Flavonole. Dies deutet darauf hin, dass es nicht mit der Bestäubung zusammenhängende Gründe dafür gibt, dass diese Pigmente in den Blüten der Ackerschmalwand vorhanden sind.

Schließlich stellten wir fest, dass Sonnenblumenpopulationen aus trockeneren Klimazonen durchweg größere UV-Bullseyes aufwiesen. Eine der bekannten Funktionen von Flavonolglykosiden ist die regulieren die Transpiration. Tatsächlich fanden wir heraus, dass Ligulae mit großen UV-Mustern (die große Mengen an Flavonolglykosiden enthalten) viel langsamer Wasser verloren als Ligulae mit kleinen UV-Mustern.

Dies deutet darauf hin, dass Muster der floralen UV-Pigmentierung zumindest bei Sonnenblumen zwei Funktionen haben: die Verbesserung der Attraktivität von Blumen für Bestäuber und das Helfen von Sonnenblumen, in trockeneren Umgebungen zu überleben, indem sie Wasser sparen.

Sparsame Entwicklung

Was lehrt uns das also? Zum einen ist diese Evolution sparsam und verwendet nach Möglichkeit dieselbe Eigenschaft, um mehr als ein adaptives Ziel zu erreichen. Es bietet auch einen potenziellen Ansatz zur Verbesserung der kultivierten Sonnenblume, indem es gleichzeitig die Bestäubungsraten erhöht und die Pflanzen widerstandsfähiger gegen Trockenheit macht.

Schließlich können unsere Arbeit und andere Studien, die sich mit der Pflanzenvielfalt befassen, dazu beitragen, vorherzusagen, wie und in welchem ​​​​Umfang Pflanzen mit dem Klimawandel fertig werden können, der bereits die Umgebungen verändert, an die sie angepasst sind.

Über den Autor

Marco Todesco, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Biodiversität, University of British Columbia

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