W miarę ocieplania się świata nastąpiła dobrze udokumentowana zmiana w kierunku wcześniejszego wiosennego kwitnienia wielu roślin. Trend ten niepokoi biologów, ponieważ może zakłócić starannie zaplanowane interakcje między roślinami a stworzeniami – motylami, pszczołami, ptakami, nietoperzami i innymi – które je zapylają.
Jednak znacznie mniej uwagi poświęcono zmianom innych cech kwiatowych, takich jak wielkość kwiatów, które mogą również wpływać na interakcje roślina-zapylacz, w czasie, gdy wiele owady zapylające są w globalnym spadku.
W badaniu opublikowanym online w czasopiśmie Listy ewolucyjne, dwóch biologów z University of Michigan i kolega z University of Georgia pokazują, że dzikie populacje powojnika w południowo-wschodnich Stanach Zjednoczonych zwiększyły rozmiar swoich kwiatów w latach 2003-2012.
Zdaniem naukowców większy rozmiar kwiatów sugeruje większe zaangażowanie roślin w przyciąganie zapylaczy. Zmiany były najbardziej widoczne na bardziej północnych szerokościach geograficznych, zgodnie z szerokim zakresem wcześniejszych prac pokazujących, że północne populacje roślin wykazują bardziej dramatyczne reakcje ewolucyjne na zmiany klimatu.
Wśród tych populacji powojów zaobserwowano również przejście do wcześniejszego kwitnienia. Ponadto pojawiły się kuszące oznaki, że rośliny zwiększyły swoje inwestycje w nagrody kwiatowe - nektar i pyłek uzyskiwany przez pszczoły, muchy syrphid i osy, które zapylają białe, różowe i niebieskie kwiaty powoju.
„Istnieje duża luka w naszym zrozumieniu, w jaki sposób cechy, które są kluczowe dla interakcji między roślinami a zapylaczami, mogą ewoluować w czasie w odpowiedzi na zmieniający się klimat” – powiedziała główna autorka badań Sasha Bishop, doktorantka na Wydziale Ekologii UM i biologii ewolucyjnej.
„Pokazujemy, że – oprócz dobrze udokumentowanych zmian w kierunku wcześniejszego kwitnienia – architektura kwiatowa i nagrody mogą również odgrywać znaczącą rolę w ewolucyjnej odpowiedzi na współczesne zmiany środowiskowe”.
Powój pospolity to jednoroczna zachwaszczona winorośl występująca we wschodnich, środkowo-zachodnich i południowych Stanach Zjednoczonych. Często można go spotkać na poboczach dróg i ul pola uprawne.
W badaniu prowadzonym przez UM wykorzystano podejście „zmartwychwstania”, które obejmowało kiełkowanie nasion powoju zebranych z obrzeży pól uprawnych soi i kukurydzy w Tennessee, Karolinie Północnej i Karolinie Południowej w ciągu dwóch lat: 2003 i 2012.
W tym dziewięcioletnim okresie region doświadczył rosnących temperatur – szczególnie rosnących temperatur minimalnych i nocnych – oraz wzrostu liczby ekstremalnych opadów deszczu przeplatanych bardziej ekstremalnymi suszami.
Aby sprawdzić zmiany w morfologii kwiatów, naukowcy zasadzili zebrane w terenie nasiona z obu lat w szklarni w ogrodzie botanicznym Matthaei UM. Kiedy kwiaty kwitły, mierzono różne cechy kwiatowe za pomocą suwmiarki cyfrowej.
Pomiary wykazały, że korony powojów stały się znacznie szersze w okresie dziewięciu lat - 4.5 cm (1.8 cala) średnicy w 2003 r. i 4.8 cm (1.9 cala) w 2012 r., a zmiana szerokości korony była największa w populacjach na bardziej północnych szerokościach geograficznych . Płatki kwiatu są wspólnie określane jako korona.
Badanie ujawniło również przesunięcie do wcześniejszych czasów kwitnienia w latach 2003-2012, spowodowane głównie populacjami na bardziej północnych szerokościach geograficznych. Początek kwitnienia wystąpił średnio cztery dni wcześniej dla roślin wyhodowanych z nasion zebranych w 2012 roku.
Co ciekawe, naukowcy zaobserwowali również trend związany z szerokością geograficzną w kierunku większych inwestycji w nagrody kwiatowe (pyłek i nektar) w czasie. Średnio kwiaty powoju wyhodowane z nasion zebranych w 2012 roku wytwarzały więcej ziaren pyłku i więcej sacharozy nektarowej niż kwiaty z nasion zebranych w 2003 roku.
Jednak analizy pyłku i nektaru obejmowały tylko cztery populacje roślin powoju. Ze względu na małą liczbę przebadanych populacji wyniki nagród kwiatowych nie zostały uwzględnione w teście statystycznym mającym na celu znalezienie dowodów na to, że u roślin zachodzi adaptacja poprzez dobór naturalny.
„Mimo to wydaje się prawdopodobne, że nastąpił czasowy wzrost inwestycji w przyciąganie owadów zapylających i że wynik ten jest napędzany przez populacje na północnych szerokościach geograficznych” – powiedziała naczelna autorka badania Regina Baucom, profesor nadzwyczajny na Wydziale Ekologii i Biologii Ewolucyjnej UM.
Badanie nie znalazło dowodów na to, że poranne chwały zwiększają tempo samozapylenia. Dowody z niektórych wcześniejszych badań wskazywały na zwiększone „samozachwyt” jako możliwą reakcję na zmiany klimatyczne i/lub spadek liczby owadów zapylających związany ze zmianą użytkowania gruntów.
„To pierwszy artykuł, w którym zastosowano podejście polegające na zmartwychwstaniu, aby zbadać potencjał, w jakim cechy odpowiedzialne za interakcje roślina-zapylacz mogą ewoluować w czasie, towarzysząc spadkowi liczebności zapylaczy i dramatycznym zmianom środowiskowym spowodowanym zmieniającym się klimatem i reżimami użytkowania gruntów” Biskup powiedział.
Do eksperymentu zmartwychwstania włączono piętnaście populacji powojów, obserwując zmiany w morfologii kwiatów. Badaniem wcześniejszego kwitnienia wiosennego objęto dwadzieścia trzy populacje. W sumie zmierzono 2,836 kwiatów z 456 roślin.