Đối với các loài thụ phấn, có thể nhìn thấy trong tia cực tím, hoa hướng dương có thêm một loạt màu sắc. (Unsplash / Marco de Hevia), CC BY-SA

Hoa là một trong những ví dụ nổi bật nhất về sự đa dạng trong tự nhiên, thể hiện vô số sự kết hợp của màu sắc, hoa văn, hình dạng và mùi hương. Chúng bao gồm từ hoa tulip và hoa cúc đầy màu sắc, đến hoa lan chuông thơm và hoa khổng lồ, xác chết có mùi thối. Sự đa dạng và đa dạng là đáng kinh ngạc - hãy xem xét hoa lan hình con vịt.

Nhưng nhiều khi chúng ta có thể đánh giá cao vẻ đẹp và sự đa dạng của hoa, nó hoàn toàn không có ý nghĩa đối với mắt của chúng ta.

Mục đích của hoa là để thu hút các loài thụ phấn, và theo cảm nhận của chúng thì hoa phục vụ. Một ví dụ rõ ràng về điều này là các mẫu tia cực tím (UV). Nhiều loài hoa tích tụ sắc tố UV trong cánh hoa của chúng, tạo thành các mẫu mà chúng ta không nhìn thấy được, nhưng hầu hết các loài thụ phấn có thể nhìn thấy.

Sự khác biệt giữa những gì chúng ta nhìn thấy và những gì các loài thụ phấn nhìn thấy là đặc biệt nổi bật ở hoa hướng dương. Bất chấp địa vị mang tính biểu tượng của họ trong nền văn hóa đại chúng (như đã được chứng minh bởi danh dự được cho là đáng ngờ một trong năm loài hoa duy nhất có biểu tượng cảm xúc chuyên dụng), chúng hầu như không phải là ví dụ tốt nhất về sự đa dạng của hoa.

Làm thế nào để côn trùng nhìn thế giới?

Ánh sáng khác nhau

Những gì chúng ta thường coi là một bông hướng dương thực sự là một cụm hoa, được gọi là cụm hoa. Tất cả hoa hướng dương dại, trong đó có khoảng 50 loài ở Bắc Mỹ, có cụm hoa rất giống nhau. Đối với mắt chúng tôi, ligules của họ (cánh hoa mở rộng, hợp nhất của chùm hoa ngoài cùng trong chùm hoa hướng dương) là những bộ đồng phục giống nhau, màu vàng tươi quen thuộc.

Tuy nhiên, khi nhìn vào quang phổ UV (tức là ngoài loại ánh sáng mà mắt chúng ta có thể nhìn thấy), mọi thứ hoàn toàn khác. Hoa hướng dương tích tụ các sắc tố hấp thụ tia cực tím ở đáy các ligules. Trên toàn bộ chùm hoa, điều này dẫn đến Mô hình mắt bò UV.

Trong một nghiên cứu gần đây, chúng tôi đã so sánh gần như 2,000 bông hoa hướng dương dại. Chúng tôi nhận thấy rằng kích thước của những con bò đực UV này rất khác nhau, cả giữa và trong các loài.

Các loài hướng dương có kích thước cực kỳ đa dạng nhất về kích thước của tia UV là Helianthus annuus, hướng dương chung. H. annuus là họ hàng hoang dã gần nhất với hướng dương trồng, và là loài hoa hướng dương dại phân bố rộng rãi nhất, mọc ở hầu khắp mọi nơi giữa miền nam Canada và miền bắc Mexico. Trong khi một số quần thể của H. annuus có tia cực tím rất nhỏ, ở những vùng khác, vùng hấp thụ tia cực tím bao phủ toàn bộ chùm hoa.

Thu hút các loài thụ phấn

Tại sao có quá nhiều biến thể? Các nhà khoa học đã nhận biết về các mẫu UV hoa trong một khoảng thời gian dài. Một số phương pháp tiếp cận đã được sử dụng để nghiên cứu vai trò của các mô hình này trong việc thu hút các loài thụ phấn khá sáng tạo, bao gồm cắt và dán cánh hoa or phủ chúng bằng kem chống nắng.

Khi chúng tôi so sánh hoa hướng dương với các loại cây có tia UV khác nhau, chúng tôi phát hiện ra rằng các loài thụ phấn có thể phân biệt giữa chúng và các cây ưa thích có các tia UV có kích thước trung bình.

Tuy nhiên, điều này không giải thích được tất cả sự đa dạng trong các mẫu tia UV mà chúng tôi đã quan sát thấy trong các quần thể hoa hướng dương dại khác nhau: nếu những bông hoa hướng dương UV trung gian sẽ thu hút nhiều loài thụ phấn hơn (đó là rõ ràng là một lợi thế), tại sao những cây có tia UV nhỏ hoặc lớn lại tồn tại?

 Hoa hướng dương với các mẫu mắt bò UV khác nhau khi chúng ta nhìn thấy chúng (trên cùng) và như một con ong có thể nhìn thấy chúng (dưới cùng). (Marco Todesco), tác giả cung cấp

Những yếu tố khác

Trong khi sự thu hút của sự thụ phấn rõ ràng là chức năng chính của các tính trạng hoa, ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy các yếu tố không thụ phấn như nhiệt độ hoặc động vật ăn cỏ có thể ảnh hưởng đến sự tiến hóa của các đặc điểm như màu sắc và hình dạng hoa.

Chúng tôi đã tìm thấy manh mối đầu tiên rằng đây cũng có thể là trường hợp của các mẫu tia cực tím ở hoa hướng dương khi chúng tôi xem xét sự biến đổi của chúng được điều chỉnh như thế nào ở cấp độ di truyền. Một gen duy nhất, HaMYB111, chịu trách nhiệm cho hầu hết sự đa dạng trong các mẫu UV mà chúng ta thấy trong H. annuus. Gen này kiểm soát việc sản xuất một họ hóa chất được gọi là flavonol glycoside, mà chúng tôi đã tìm thấy ở nồng độ cao trong phần hấp thụ tia cực tím của ligules. Flavonol glycoside không chỉ là sắc tố hấp thụ tia cực tím mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc giúp cây trồng đối phó với những áp lực môi trường khác nhau.

Manh mối thứ hai đến từ việc phát hiện ra rằng cùng một gen chịu trách nhiệm về sắc tố UV trong cánh hoa của cải xoong thale, Arabidopsis thaliana. Cải xoong là hệ thống mô hình được sử dụng phổ biến nhất trong di truyền thực vật và sinh học phân tử. Những cây này có thể tự thụ phấn, và do đó thường làm mà không có vật thụ phấn.

Vì chúng không cần thu hút các loài thụ phấn nên chúng có những bông hoa trắng nhỏ và khiêm tốn. Tuy nhiên, cánh hoa của chúng chứa đầy flavonols hấp thụ tia cực tím. Điều này cho thấy rằng có những lý do không liên quan đến quá trình thụ phấn để các sắc tố này có trong hoa của cải xoong.

Cuối cùng, chúng tôi nhận thấy rằng các quần thể hướng dương từ các vùng khí hậu khô hơn luôn có những hạt tia cực tím lớn hơn. Một trong những chức năng đã biết của glycoside flavonol là điều chỉnh sự thoát hơi nước. Thật vậy, chúng tôi nhận thấy rằng các loại ligules có các vân UV lớn (chứa một lượng lớn flavonol glycoside) mất nước với tốc độ chậm hơn nhiều so với các ligules có các vân UV nhỏ.

Điều này cho thấy rằng, ít nhất ở hoa hướng dương, các mẫu sắc tố UV của hoa có hai chức năng: cải thiện sự hấp dẫn của hoa đối với các loài thụ phấn và giúp hoa hướng dương tồn tại trong môi trường khô hơn bằng cách bảo quản nước.

Tiến hóa tiết kiệm

Vậy điều này dạy chúng ta điều gì? Đối với một, sự tiến hóa đó là tiết kiệm và nếu có thể sẽ sử dụng cùng một đặc điểm để đạt được nhiều hơn một mục tiêu thích ứng. Nó cũng cung cấp một cách tiếp cận tiềm năng để cải thiện trồng hướng dương, bằng cách đồng thời thúc đẩy tỷ lệ thụ phấn và làm cho cây chống chịu hạn hán tốt hơn.

Cuối cùng, công trình của chúng tôi và các nghiên cứu khác về sự đa dạng của thực vật, có thể giúp dự đoán cách thức và mức độ thực vật có thể đối phó với biến đổi khí hậu, vốn đang làm thay đổi môi trường mà chúng thích nghi.

Giới thiệu về Tác giả

Marco Todesco, Cộng tác viên nghiên cứu, Đa dạng sinh học, Đại học British Columbia

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

ing