“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編讀到一篇研究，該研究發(fā)現(xiàn)，一種叫做“自花授粉綜合癥”的現(xiàn)象在野生植物中迅速變化，可能對植物和傳粉者（pollinators）的互動帶來問題。在植物演變的早期，它們和傳粉者就建立了一種互動方式。但是，由于現(xiàn)在環(huán)境的變化，傳粉者的數(shù)量減少了，這可能會導(dǎo)致植物的花粉供應(yīng)不足，改變了植物交配系統(tǒng)的演變過程?！昂Ｑ笈c濕地”小編將這個研究案例分享如下。
植物自花授粉演變探究
近期《新植物學(xué)家》期刊上發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于植物自花授粉演變的研究，這項(xiàng)研究由蒙彼利埃大學(xué)的博士研究員Samson Acoca-Pidolle領(lǐng)導(dǎo)。該研究表明，許多開花植物的自花授粉頻率上升，可能對食物系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定造成影響。
該研究中采用了“復(fù)活生態(tài)學(xué)”（Resurrection ecology）的研究方法，也就是說，通過使用保存在多代之前采集的植物種子并與現(xiàn)代后代進(jìn)行比較，來揭示植物在演化過程中的變化。這種方法允許科學(xué)家在相同環(huán)境條件下比較過去和現(xiàn)在的植物特征，從而深入了解植物群體在面臨環(huán)境變化和其他壓力時(shí)的適應(yīng)性演變。通過分析種子的生長和后代的特征，研究人員可以追蹤植物的遺傳和表型變化，為理解植物與其生態(tài)環(huán)境互動的演化提供了獨(dú)特的視角。
在這項(xiàng)研究中，研究人員使用了“復(fù)活生態(tài)學(xué)”方法，從過去采集的種子中，使得四個野生的田野堇菜種群發(fā)芽，然后對其后代進(jìn)行了比較。具體來說，研究人員比較了在法國采集的幾十年前的野生田野堇菜（Viola arvensis）的種子（1990s~2000年代初采集的）與它們的現(xiàn)代后代的種子，發(fā)現(xiàn)如今的花朵更小、產(chǎn)生的花蜜更少，這與自花授粉的增加有直接關(guān)系。
田野堇菜（Viola arvensis），攝影：Didier Descouens，來源：WikiCommons, CC BY-SA 4.0
研究結(jié)果證明了這四個植物種群中自花授粉綜合癥的迅速演變，伴隨著過去三十年來與傳粉者的互動減弱。
在研究了4000朵花的樣本后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象：自花授粉率在二三十年前采集的花中約為50%，而這個概率在這些花的自然后代中增加到了80%左右。與此同時(shí)，“復(fù)活”（Resurrection）出來的花朵表面變大了10%，花蜜產(chǎn)量也增加了20%，吸引了比現(xiàn)代對應(yīng)物更多的大黃蜂。這一演變可能與環(huán)境變化，如棲息地破壞以及傳粉者生物多樣性的急劇減少有關(guān)。
種群遺傳學(xué)分析顯示，這一時(shí)期野外實(shí)際自花授粉率增加了27%。研究還記錄到了朝著更小、不那么顯眼的花冠、減少花蜜產(chǎn)量以及對熊蜂吸引力減少的特征演變。這些特征變化在研究的四個群體中呈現(xiàn)出趨同性。
圖片上圖：芬蘭的一株植物上，昆蟲正在忙著授粉。?綠會融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）
也就是說，由于自花授粉的增加，今天的花朵更小，產(chǎn)生的花蜜更少，這直接影響了傳粉者的行為。
對生物多樣性保護(hù)的啟示
在過去的1億年里，我們所說的“被子植物”，就是那些能結(jié)種子的植物，它們的種類變得越來越多，這主要是因?yàn)樗鼈兣c傳播花粉的動物之間建立了復(fù)雜的關(guān)系。其實(shí)，超過80%的被子植物都需要動物來幫它們傳播花粉，這就形成了一種緊密的互動關(guān)系，植物和傳播花粉的動物之間有著千絲萬縷的聯(lián)系。
圖片上圖：顯微鏡下的蜜蜂（工蜂）的足部，可以看到又長又密的絨毛，有助于它們穿梭在花朵中時(shí)裹挾花粉。攝影：Linda ?綠會融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）
然而，在持續(xù)的環(huán)境變化面前，植物交配系統(tǒng)在自然群體中能夠迅速演變。由于傳粉者減少，植物種群正朝著降低與傳粉者互動和增加自花授粉的方向演化。這種快速演變可能進(jìn)一步加速傳粉者的減少，形成一個“生態(tài)-進(jìn)化”的反饋循環(huán)，對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛且深遠(yuǎn)的影響。
上述研究揭示了植物的“自花授粉綜合癥”在面對傳粉者數(shù)量減少和環(huán)境變化時(shí)的迅速演變，這表明了植物與傳粉者之間的互動是對外部壓力高度敏感的。授粉者，如昆蟲和鳥類，不僅為植物提供傳粉服務(wù)，促進(jìn)繁殖，還在生態(tài)系統(tǒng)中維持食物鏈和植物群落的平衡中扮演關(guān)鍵角色。保護(hù)授粉者，對維持生態(tài)系統(tǒng)的健康和生物多樣性至關(guān)重要。
圖片上圖：綠會桐柏山中華蜜蜂保護(hù)地的小蜜蜂們。?綠會融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）
該研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了復(fù)活生態(tài)學(xué)方法在解析植物演化過程中的關(guān)鍵作用，并呼吁加強(qiáng)對傳粉者保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)健康的措施，以避免生態(tài)系統(tǒng)的“不可逆”的變化。
【思考題】學(xué)而時(shí)習(xí)之
一般來說，“自花授粉綜合癥”是指植物演變出的一系列特征和行為，使其更傾向于自我傳粉和自我受精，而不是依賴外部傳粉者，如昆蟲、鳥或風(fēng)。這種綜合癥的形成通常伴隨著植物環(huán)境的變化，特別是在傳粉者數(shù)量減少或環(huán)境壓力增加的情況下。自花授粉綜合癥的特征可能包括花朵的形態(tài)和大小的變化，花蜜產(chǎn)量的減少，以及自花授粉率的提高。這一演變可能對植物與傳粉者之間的互動產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，同時(shí)也反映了植物在面對環(huán)境變化時(shí)的適應(yīng)性調(diào)整。讓我們思考這樣幾個問題：
Q1: 隨著野生田野堇菜（Viola arvensis）自花授粉率從二三十年前的50%上升至今日的80%，這一變化對于傳粉者的生存和我們?nèi)粘Ｉ钣泻尉唧w影響？基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)，是否可以量化這種影響的程度？
Q2：在過去二三十年里，隨著植物自花授粉的增加，傳粉者的數(shù)量是否呈現(xiàn)明顯下降趨勢？這種趨勢是否可以通過與過去數(shù)據(jù)的對比進(jìn)行量化，并對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出深刻洞察？
Q3：植物的自花授粉率上升導(dǎo)致現(xiàn)代野生田野堇菜的花朵變小、花蜜減少。這些具體的變化是否已在數(shù)量級上得到量化？同時(shí)，這種變化對蜜蜂等傳粉者行為的直接影響如何體現(xiàn)在實(shí)際的生態(tài)互動中？
Q4：研究中提到的野生田野堇菜自花授粉率的提高，是否可逆轉(zhuǎn)的？科學(xué)家是否已經(jīng)有相應(yīng)的計(jì)劃或方法來應(yīng)對這一演變？另外，這一現(xiàn)象是否也在其他植物物種中有類似的表現(xiàn)？
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編譯 | Wendy
審核 | Moretti
排版 | Moretti
【本文參考資料】
Acoca-Pidolle, S., Gauthier, P., Devresse, L., Deverge Merdrignac, A., Pons, V. and Cheptou, P.-O. (2023), Ongoing convergent evolution of a selfing syndrome threatens plant–pollinator interactions. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19422
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19422
https://www.applevalleynewsnow.com/news/world-news/more-flowers-are-selfing-scientists-say-that-could-spell-trouble-for-other-species/article_2ba0970b-58eb-5b4d-8e57-b1ceba8ce01e.html
田野堇菜 Viola arvensis|iPlant 植物智——植物物種信息系統(tǒng)
https://www.plantplus.cn/info/Viola arvensis?t=b
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