Сигнал

Dec 11, 2023

Nature Communications, том 13, номер статьи: 7773 (2022) Цитировать эту статью

Предыдущие исследования считали, что влажность цветков является непреднамеренным последствием испарения нектара, что может быть использовано опылителями, ищущими нектар, как сигнал. Напротив, наше междисциплинарное исследование цветущего по ночам цветка Datura wrightii и его опылителя бражника Manduca sexta показывает, что относительная влажность цветков действует в этой системе как взаимовыгодный сигнал. Различие между функциями, основанными на сигнале и сигнале, иллюстрируется тремя экспериментальными данными. Во-первых, градиенты влажности цветков у дурмана почти в десять раз выше, чем у других видов, и являются результатом активных (устьичная проводимость), а не пассивных (испарение нектара) процессов. Эти градиенты влажности сохраняются под действием ветра и восстанавливаются в течение нескольких секунд после появления бабочек, что влечет за собой значительные физиологические затраты для этих пустынных растений. Во-вторых, затраты на водный баланс в дурмане компенсируются за счет увеличения посещаемости бабочками мандуки с сопутствующим увеличением экспорта пыльцы. Мы показываем, что мотыльков врожденно привлекают влажные цветы, даже когда влажность цветов и нектар экспериментально отделены друг от друга. Более того, мотыльки могут отслеживать мельчайшие изменения влажности с помощью усиков-гигросенсорных сенсилл, но не могут этого сделать, когда эти сенсиллы экспериментально закупориваются. В-третьих, их предпочтение влажным цветам приносит пользу бражникам, поскольку снижает энергетические затраты на обработку цветов во время сбора нектара. В совокупности эти результаты позволяют предположить, что влажность цветков может функционировать как сигнал, опосредующий заключительные стадии выбора цветов бражниками, дополняя привлекательные функции зрительных и обонятельных сигналов за пределами цветочного порога в этой ночной системе растение-опылитель.

Пространственный масштаб, в котором опылителей привлекают цветочные признаки, имеет важные последствия для эффективности добывания пищи опылителями1, распределения ресурсов2 и потока генов растений3,4. Хотя цветочный запах и цвет могут привлечь опылителей на расстоянии 5,6,7,8,9 метров, они перестают быть информативными, как только опылители достигают порога цветка (расстояние от мм до см), при отсутствии дополнительной информации, такой как контрастные направляющие нектара10, ароматная пыльца11 или нектар12. Недавно собранные цветы могут оставаться ароматными, набухшими и пигментированными через несколько минут или часов после того, как нектар или пыльца были удалены предыдущим посетителем, однако обычно наблюдается, что опылители отвергают некоторые цветы при осмотре, не приземляясь13,14. Опылители, вероятно, принимают такие решения на небольшом расстоянии от цветов, основываясь на более надежных источниках информации, когда они перемещаются по участку цветущих растений15,16. Например, первичный метаболизм и транспирация цветков создают градиенты концентрации углекислого газа (CO2) и относительной влажности (RH) в свободном пространстве только что раскрывшегося цветка (расстояние от мм до см), что более надежно указывает на наличие нектара до того, как опылители начнут зондирование или в гостях у цветка17,18.

Все животные используют сигналы — сенсорную информацию, доступную в окружающей среде — для навигации и выживания. Когда сигналы поступают случайно в результате движения или метаболизма других организмов, они могут быть использованы подслушивающими19. В контексте коммуникации, когда дышащее животное (отправитель) выдыхает CO2, оно предупреждает ближайших комаров (приемников) о потенциальной кровавой пище, что имеет пагубные последствия для отправителя сигнала20. Напротив, сигналы служат посредниками в общении между отправителями и получателями, что в среднем приводит к выгоде для обеих сторон19,21. Несмотря на давние дебаты о классификации и эволюции сигналов22,23, бихевиористы отличают сигналы от сигналов, используя следующие критерии: (1) отправители предоставляют четкую, измеримую информацию, (2) которая была разработана с целью коммуникации с получателями, что (3) вызывает отличительный (например, изменяющий состояние) ответ получателя, приводящий к (4) последствиям пригодности, которые в среднем благоприятны для обеих сторон19,22,23. Кроме того, хотя и существуют исключения, большинство сигналов влекут за собой значительные метаболические, социальные и медицинские издержки, которые, как считается, обеспечивают эволюционную устойчивость против обмана24. При общении растение-опылитель цветочные сигналы могут развиваться как «индексы» (форма и содержание физически связаны), как «значки» (форма аналогична содержанию, но может быть отделена) или как «символы» (форма и содержание). связаны произвольно или статистически22).