一只雄性苍蝇接近一朵花,落在它认为是一只雌性苍蝇的上面,然后四处晃动。他试图交配,但不太奏效。他还有别的办法。最后他放弃了,嗡嗡作响,没有成功。与此同时,植物得到了它想要的东西:花粉。
南非雏菊Gorteriadiffusa是已知的唯一一种在花瓣上形成类似雌性苍蝇的复杂结构的雏菊。几十年来,这种令人信服的三维欺骗背后的机制,以及毛茸茸的肿块和白色高光,一直吸引着科学家们的兴趣。
现在,研究人员已经确定了三组基因,这些基因参与了在雏菊花瓣上制造假蝇。令人大吃一惊的是,所有这三套装置在植物中都已经具有其他功能:一套移动铁,一套让根毛生长,一套控制开花的时间。
研究发现,这三组基因已经以一种新的方式汇集在雏菊花瓣中,以构建假瓢虫。“铁移动”基因将铁添加到花瓣通常为红紫色的色素中,将颜色变为更像苍蝇的蓝绿色。根毛基因使毛发在花瓣上展开以赋予质感。第三组基因使假苍蝇出现在花瓣上明显随机的位置。
“这株雏菊并没有进化出一个新的‘造蝇’基因。相反,它做了一些更聪明的事情——它汇集了现有的基因,这些基因已经在植物的不同部分做了其他事情,在花瓣上形成一个复杂的斑点,欺骗雄性苍蝇,”剑桥大学植物科学系教授、该大学植物园主任、该研究的资深作者BeverleyGlover教授说。
研究人员说雏菊的花瓣赋予它进化优势通过吸引更多的雄性苍蝇为其授粉而这些植物生长在南非恶劣的沙漠环境中,只有很短的雨季才能开花、授粉并在死亡前结籽。这造成了吸引传粉者的激烈竞争——带有假瓢虫的花瓣使南非雏菊脱颖而出。
结果今天发表在《当代生物学》杂志上。
与大多数生物体相比,包括性欺骗雏菊在内的植物群在进化方面非常年轻,只有1.5到200万年。这个家谱最早的雏菊没有假蝇斑,这意味着它们一定很快就出现在雏菊花瓣上。
“我们预计像假苍蝇这样复杂的东西需要很长时间才能进化,涉及大量基因和大量突变。但实际上通过将现有的三组基因组合在一起,它发生得更快,”博士说.RomanKellenberger,剑桥大学植物科学系博士后研究员,该研究的第一作者。
为了得到他们的结果,研究人员比较了在同一类型的雏菊植物中有和没有假蝇的花瓣中哪些基因被打开。他们还将这些与产生简单斑点图案的不同类型雏菊的花瓣进行了比较,以确定哪些基因特别涉及使雏菊的斑点如此具有欺骗性。
这是唯一一朵在花瓣上长出多只假苍蝇的例子。雏菊家族的其他成员制作的斑点要简单得多——例如在所有花瓣周围形成一圈斑点——这对真正的苍蝇来说并不是很有说服力。通过比较家谱中的不同雏菊,研究人员能够计算出假苍蝇的形成顺序:首先是颜色,然后是随机定位,然后是质地。
“这几乎就像在很短的时间内进化出一个全新的器官。雄性果蝇不会在有简单斑点的花朵上停留太久,但它们对这些假果蝇非常信服,因此它们会花更多时间尝试交配,并且将更多的花粉擦到花上——帮助授粉,”Kellenberger说。