Эволюция в действии: Анютины глазки научились самоопыляться

В процессе эволюции в мире растений сложился весьма эффективный симбиоз сосуществования различных биологических видов, так называемый мутуализм. Простыми словами, это "взаимополезное сожительство" видов, при котором наличие партнера становится обязательным условием существования каждого, а не одного из них: у большинства растений не может появиться семян без участия подходящих опылителей - бабочек, пчел, шмелей. Но поскольку насекомых становится все меньше и меньше, растениям и цветам приходится самыми разными способами адаптироваться к ситуации. Для определения и наблюдения за процессом эволюции и механизмами адаптации в мире растений ученые проводят множество долгосрочных наблюдений. В результате одного из последних исследований выяснилось, что полевые фиалки, еще известные как дикие анютины глазки, уже практически "отказались" от помощи насекомых и эволюционировали в сторону самоопыления.

При проведении исследования ученые использовали экотехнологический метод так называемого "воскрешения", подразумевающий проращивание семян любых выживших близкородственных видов. Для этого были взяты семена четырех разных видов полевых фиалок (Viola arvensis), собранных в исследовательских целях в 1990-х и 2000-х годах. Сравнение подтвердило результаты предыдущих исследований, согласно которым доля полевых анютиных глазок, "переключившихся" на самоопыление, увеличилась на 25 процентов за последние 20 лет. Исследователи были особенно удивлены, как быстро происходят процессы адаптации.

В то же время ситуация с сокращением биоразнообразия остается критической. По словам Пьера-Оливье Шепту, одного из авторов исследования и научного сотрудника Национального центра научных исследований Франции, самоопыление растений может сработать в краткосрочной перспективе, но "их способность адаптироваться к будущим изменениям окружающей среды ограничена". Без насекомых будет продолжать снижаться генетическое разнообразие и устойчивость растений к болезням и вредителям.

В ботанике переход от перекрестного опыления к самоопылению называется "автогамия". При самоопылении пыльца из пыльников попадает прямо на рыльце пестика того же цветка: в бутонах, при прямом соприкосновении рыльца и пестиков, при высыпании пыльцы из пыльников и ее оседании на рыльце под действием ветра, собственной тяжести или мельчайших насекомых, живущих в цветке. В качестве самого известного самоопыляющегося растения можно назвать кресс-салат (Arabidopsis thaliana). Но также и некоторые важные для сельского хозяйства растения, такие как зерновые и бобовые - пшеница (Triticum aestivum), ячмень (Hordeum vulgare), рис (Oryza sativa), - являются самоопылителями.

В ходе времени растениям неизбежно приходится подстраиваться к климатическим и прочим изменениям. Конечно, способ опыления не может являться сознательным выбором представителей природного мира. Это является результатом сочетания генетических адаптаций, условий окружающей среды и давления отбора. Причем чем интенсивнее последний, тем выше скорость эволюционных изменений популяции.

Если растение обитает в условиях, где перекрестное опыление затруднено или кажется ненадежным, например, на отдаленных островах или в экстремальных условиях, то там самоопыление становится наиболее благоприятным и распространенным способом. Со временем растения генетически адаптируются к самоопылению, чтобы обеспечить свое размножение.

Давление отбора, то есть показатель интенсивности действия естественного отбора с точки зрения изменения генетического состава популяций в ряду поколений, также играет важную роль. В ситуации, когда перекрестное опыление более выгодно, например, для генетического разнообразия или адаптации к определенным условиям, растения способны приспособиться к иному, оптимальному для конкретной ситуации способу.

Преимущество самоопыления состоит в том, что такое растение может расти одно, ему не нужна вторая особь, чтобы иметь возможность размножаться. Этот способ является самым надежным типом опыления. При самоопылении растения имеют цветки, содержащие как мужские, так и женские репродуктивные части, что им позволяет опылять друг друга. Некоторые могут намеренно закрывать свои цветы, чтобы переместить пыльцу на "женские" части. Другим помогают обеспечивать выживание внешние факторы, например, когда пыльца падает с верхнего цветка на нижний под воздействием ветра или воды.

У некоторых опыление осуществляется в никогда не раскрывающихся цветках. Это явление особенно широко распространено среди дикорастущих и культурных растений - оно обнаружено у почти 700 видов из почти 60 семейств, в том числе у некоторых видов фиалок.

В целом большинство видов растений предпочитают перекрестное опыление насекомыми. Оно дает генетически разнообразное потомство, которое, в свою очередь, позволяет растениям адаптироваться к меняющимся условиям окружающей среды и быть более устойчивыми к болезням и вредителям.