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被子植物和昆虫：跨越数百万年的动态伙伴关系

来源：花匠小妙招时间：2024-11-07 10:06

授粉是植物繁殖的重要过程。它可以通过多种方式发生，例如昆虫、鸟类，甚至风将花粉从一朵花带到另一朵花。当我们想到传粉者时，昆虫——尤其是蜜蜂——通常会被认为是最重要的。然而，动物，如鸟类和哺乳动物，也是这一过程的关键，特别是在世界热带地区.

所有这些信息都是经过多年的研究收集的，但仍然存在两个问题：“数百万年前，花朵是如何授粉的？随着时间的推移，这种情况发生了怎样的变化？在最近的一项研究发表在 New Phytologist 日志，鲁比·E·斯蒂芬斯和她的合作者研究了开花植物进化史上的主要授粉类型。

昆虫可能是第一批协助植物授粉的动物。为了理解其中的原因，让我们深入研究授粉过程：昆虫从一朵花中收集花粉，并将其转移到同一物种但不同个体的另一朵花上。这被称为异花授粉，比风授粉更有效，从而减少花粉浪费。

斯蒂芬斯在接受《植物学一号》采访时解释说：“昆虫是很好的传粉媒介，因为与同时充当传粉媒介的蝙蝠、鸟类和其他脊椎动物相比，昆虫具有特殊的特征，使它们特别适合这一角色。它们体型小，营养需求更简单，并且不需要丰富的花卉奖励（如花蜜或油）来吸引。此外，昆虫在不同环境中的多样性和丰富性及其适应性使它们成为与花卉共生关系的关键传粉媒介。这强化了这样的观念：随着时间的推移，昆虫在授粉中发挥着至关重要的作用。” 因此，用斯蒂芬斯自己的话说，“昆虫授粉对于被子植物来说非常有利”，在整个进化过程中塑造了这两类生物之间的相互作用。

在这项研究中，作者探讨了昆虫授粉是否确实是祖先的模式。换句话说，他们调查了昆虫的授粉是否确实是最古老、原始的方式。此外，他们还研究了时间和环境因素如何影响授粉过程随时间的变化。为此，他们不仅研究了过去对植物进化和授粉方法的研究，还考虑了开花植物的整个进化史。了解这种情况在过去是如何发生的以及导致授粉模式发生这些变化的原因可以为我们提供保护不同类型植物及其栖息地的重要信息。

Stephens 和她的团队选择了 1,201 种植物，并根据多种来源（包括实地观察、授粉生态学研究和各种植物数据库）为每种植物分配了授粉类型。他们将这些物种分为四种授粉模式 -风, 水, 昆虫或脊椎动物– 并建造系统发育树模拟授粉模式的演变。

图1：植物插图，举例说明了四种提议的授粉类型。 A）毛虫多变（野牡丹科），强调蜜蜂（昆虫）的独家授粉（乔纳森·威尔金斯拍摄， Wikicommons）。二）蕹菜（Polemoniaceae），描绘鸟类（脊椎动物）授粉（摄影：David W. Inouye， Wikicommons）。 C）小球藻（禾本科），代表风授粉。 D）角藻（金鱼藻科），水授粉的例子（摄影：Christian Fischer， Wikicommons).

不出所料，研究人员发现最早的被子植物被子植物授粉的进化历史中大约 86% 是由昆虫驱动的。昆虫作为传粉者的这种作用在被子植物的几个关键类群中仍然占主导地位，包括木兰科植物, 单子叶植物, 真双子叶植物, 小行星及蔷薇科植物。这一发现与之前来自化石和早期被子植物谱系的证据相一致，所有这些都指向昆虫授粉的祖先性质。这项研究的结果也与斯蒂芬斯的博士生导师 Hervé Sauquet 博士领导的先前研究一致，该研究重建了祖花，其具有昆虫授粉的不同特征，例如花被双性恋并展出径向对称.

图2：祖传花型根据索奎特等人，2017。摘自索奎特等人，2017.

尽管大多数物种都表现出对昆虫授粉的偏好，但也有一些明显的例外，某些群体表现出对其他授粉方法的适应。例如，金鱼藻目和泽泻目中的水生植物主要是通过水授粉的。相比之下，姜目进化为依赖脊椎动物授粉，而山毛榉目和 Picramniales 则采用风授粉。斯蒂芬斯表示，“对于水生被子植物来说，水授粉可能是成为整个生命周期在水下完成的开花植物的必要进化步骤”。另一方面，就姜目而言，这种转变可能受到该分支在热带地区广泛分布的影响。这种更广泛的分布可能与该科脊椎动物授粉的盛行有关，因为热带植物通常有更多的资源为较大的脊椎动物传粉者提供更多的花蜜。

作者还观察到，随着时间的推移，一些植物改变了授粉方法。有时，由动物授粉的植物转而依靠风授粉。这种情况比相反的情况发生得更频繁，这意味着通过风授粉的植物转变为依赖动物。然而，植物在适应风授粉后恢复到动物授粉的情况很少见，特别是花朵需要经历几个重大变化才能适应风授粉，例如减少甚至消除某些部分，例如改变花的形状（使单性恋花卉，仅具有男性或女性生殖器官），增加花粉与胚珠的比率，或改变塑造的样式（从纯色风格到羽毛风格）。这些变化很难逆转，这解释了为什么植物在适应风授粉后很少恢复动物授粉。

该研究发现，在被子植物历史上，昆虫和脊椎动物授粉之间存在频繁的转变，从而导致了专门的相互作用。值得注意的是，从脊椎动物授粉到昆虫授粉的转变几乎与最初的转变一样普遍。这种适应说明了动态互利共生，因为脊椎动物和昆虫授粉都具有优势。这证明了有效的互利共生，花卉奖励吸引脊椎动物重复访问，促进定向异花授粉。植物采用类似的策略来吸引脊椎动物和昆虫传粉者，例如花蜜生产、粘性花粉和吸引人的花朵外观。令人惊讶的是，主要依靠脊椎动物授粉的物种能够适应昆虫，表现出可逆性。这强调了植物与传粉者相互作用的适应性，随着时间的推移塑造它们的动态。

关于可能影响授粉模式变化的环境因素，作者发现，风授粉植物在开阔地区和高纬度地区很常见，而动物授粉植物则在茂密的树冠和低纬度地区盛行。人们认为，当动物授粉受到限制并且非生物环境允许风流动时，风授粉就会进化。被子植物历史上显着的气候和栖息地变化可能开放了栖息地并扰乱了传粉媒介的获取。因此，植物适应使用风作为替代手段来传达信息并确保其繁殖。

有趣的是，这项研究超越了领域被子植物，这表明所有种子植物的祖先也可能是通过昆虫授粉的。虽然许多当代裸子植物是风授粉的，古代和现代的裸子植物都有通过昆虫授粉的谱系，引发了关于昆虫授粉是否可能在塑造第一批种子植物进化过程中发挥作用的问题。

总体而言，这项关于被子植物授粉模式的研究为了解开花植物与其伴随的传粉昆虫之间的基本、长期关系提供了宝贵的见解。研究表明，这些植物和昆虫之间的有益伙伴关系在进化史上有着深厚的渊源，在被子植物存在的大部分时间里，昆虫授粉是一个一致的因素。研究表明，这些植物和昆虫之间的互惠关系深深植根于进化史。然而，面对以人类活动引起的环境变化为特征的人类世带来的挑战，授粉动态的命运仍然不确定。

了解植物及其传粉者之间过去和现在关系的复杂性对于保护工作、促进可持续农业以及保护目前受到全球变化影响的自然生态系统的多样性和稳定性至关重要。这项研究强调需要保护这些宝贵的生态伙伴关系，确保植物和传粉媒介在不断变化的世界中持续生存和繁荣。

阅读文章
斯蒂芬斯，RE，加拉格尔，RV，邓，L.，康威尔，W.，＆索奎特，H.（2023）。 Insect pollination for most of angiosperm evolutionary history. New Phytologist. https://doi.org/10.1111/nph.18993

葡萄牙语翻译作者：维克多·HD·席尔瓦。
西班牙语翻译作者：卡洛斯·A·奥多涅斯·帕拉。