I colori ultravioletti segreti dei girasoli attirano gli impollinatori e preservano l'acqua

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 Per gli impollinatori, che possono vedere nell'ultravioletto, i girasoli hanno un'ulteriore gamma di colori. (Unsplash/Marco de Hevia), CC BY-SA

I fiori sono uno degli esempi più sorprendenti di diversità in natura, poiché mostrano una miriade di combinazioni di colori, motivi, forme e profumi. Si va da coloratissimi tulipani e margherite, a profumati frangipani e giganti, fiori di cadavere dall'odore putrido. La varietà e la diversità sono sbalorditive: considera il orchidea a forma di anatra.

Ma per quanto possiamo apprezzare la bellezza e la diversità dei fiori, non è letteralmente pensata per i nostri occhi.

Lo scopo dei fiori è quello di attirare gli impollinatori, ed è ai loro sensi che i fiori soddisfano. Un chiaro esempio di ciò sono i modelli ultravioletti (UV). Molti fiori accumulano pigmenti UV nei loro petali, formando motivi che per noi sono invisibili, ma che la maggior parte degli impollinatori può vedere.

La disconnessione tra ciò che vediamo e ciò che vedono gli impollinatori è particolarmente sorprendente nei girasoli. Nonostante il loro status iconico nella cultura popolare (come testimonia il discutibile onore di essere una delle uniche cinque specie di fiori con un'emoji dedicata), non sembrano certo il miglior esempio di diversità floreale.

Come vedono il mondo gli insetti?

Luce diversa

Quello che comunemente consideriamo un singolo girasole è in realtà un grappolo di fiori, chiamato infiorescenza. Tutti girasoli selvatici, di cui ce ne sono circa 50 specie in Nord America, hanno infiorescenze molto simili. Ai nostri occhi, le loro ligule (i petali allargati e fusi della spirale più esterna di fiori nell'infiorescenza del girasole) sono dello stesso giallo brillante uniforme e familiare.

Tuttavia, se osservate nello spettro UV (cioè al di là del tipo di luce che i nostri occhi possono vedere), le cose sono abbastanza diverse. I girasoli accumulano pigmenti che assorbono i raggi UV alla base delle ligule. Sull'intera infiorescenza, ciò si traduce in a Modello a occhio di bue UV.

In uno studio recente, abbiamo confrontato quasi 2,000 girasoli selvatici. Abbiamo scoperto che la dimensione di questi occhi di bue UV varia ampiamente, sia tra le specie che all'interno.

La specie di girasole con la diversità più estrema nelle dimensioni degli occhi di bue UV è Helianthus, il girasole comune. H. annuus Europe è parente selvatico più vicino al girasole coltivato, ed è il più diffuso dei girasoli selvatici, che cresce quasi ovunque tra il Canada meridionale e il Messico settentrionale. Mentre alcune popolazioni di H. annuus hanno occhi di bue UV molto piccoli, in altri la regione che assorbe i raggi ultravioletti copre l'intera infiorescenza.

Attirare gli impollinatori

Perché c'è così tanta variazione? Gli scienziati lo sono stati consapevole dei motivi UV floreali per molto tempo. Alcuni dei numerosi approcci che sono stati utilizzati per studiare il ruolo di questi modelli nell'attrarre gli impollinatori sono stati piuttosto fantasiosi, tra cui tagliare e incollare i petali or ricoprendoli di crema solare.


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Quando abbiamo confrontato i girasoli con diversi buoi UV, abbiamo scoperto che gli impollinatori erano in grado di discriminarli e preferivano piante con bue UV di dimensioni intermedie.

Tuttavia, questo non spiega tutta la diversità nei modelli UV che abbiamo osservato in diverse popolazioni di girasoli selvatici: se i bullseye UV intermedi attraggono più impollinatori (il che è chiaramente un vantaggio), perché esistono piante con raggi UV piccoli o grandi?

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 Girasoli con diversi modelli di occhio di bue UV come li vediamo (in alto) e come potrebbe vederli un'ape (in basso). (Marco Todesco), Autore previsto

Altri fattori

Sebbene l'attrazione degli impollinatori sia chiaramente la funzione principale dei tratti floreali, ci sono prove crescenti che lo dimostrano fattori non impollinatori come la temperatura o gli erbivori possono influenzare l'evoluzione di caratteristiche come il colore e la forma del fiore.

Abbiamo trovato un primo indizio che questo potrebbe essere anche il caso dei modelli UV nei girasoli quando abbiamo esaminato come la loro variazione è regolata a livello genetico. Un solo gene, HaMYB111, è responsabile della maggior parte della diversità dei modelli UV in cui vediamo H. annuus. Questo gene controlla la produzione di una famiglia di sostanze chimiche chiamate glicosidi flavonolici, che abbiamo trovato in alte concentrazioni nella parte delle ligule che assorbe i raggi UV. I glicosidi flavonolici non sono solo pigmenti che assorbono i raggi UV, ma svolgono anche un ruolo importante nell'aiutare le piante far fronte a diversi stress ambientali.

Un secondo indizio è venuto dalla scoperta che lo stesso gene è responsabile della pigmentazione UV nei petali del crescione, Arabidopsis thaliana. Il crescione Thale è il sistema modello più comunemente usato in genetica vegetale e biologia molecolare. Queste piante sono in grado di autoimpollinarsi, e quindi generalmente fanno a meno degli impollinatori.

Dal momento che non hanno bisogno di attirare gli impollinatori, hanno fiori bianchi piccoli e senza pretese. Tuttavia, i loro petali sono pieni di flavonoli che assorbono i raggi UV. Ciò suggerisce che ci sono ragioni non correlate all'impollinazione per la presenza di questi pigmenti nei fiori del crescione.

Infine, abbiamo notato che le popolazioni di girasole provenienti da climi più secchi avevano occhi di bue UV costantemente più grandi. Una delle funzioni note dei glicosidi flavonolici è quella di regolare la traspirazione. In effetti, abbiamo scoperto che le ligule con grandi pattern UV (che contengono grandi quantità di glicosidi flavonolici) perdevano acqua a una velocità molto più lenta rispetto alle ligule con piccoli pattern UV.

Ciò suggerisce che, almeno nei girasoli, i modelli di pigmentazione UV floreale hanno due funzioni: migliorare l'attrattiva dei fiori per gli impollinatori e aiutare i girasoli a sopravvivere in ambienti più asciutti preservando l'acqua.

Evoluzione parsimoniosa

Allora cosa ci insegna questo? Per uno, quell'evoluzione è parsimoniosa e, se possibile, utilizzerà lo stesso tratto per raggiungere più di un obiettivo adattivo. Offre anche un potenziale approccio per migliorare il girasole coltivato, aumentando contemporaneamente i tassi di impollinazione e rendendo le piante più resistenti alla siccità.

Infine, il nostro lavoro e altri studi sulla diversità vegetale possono aiutare a prevedere come e in che misura le piante saranno in grado di far fronte al cambiamento climatico, che sta già alterando gli ambienti a cui si sono adattate.The Conversation

Circa l'autore

Marco Todesco, Associato di ricerca, Biodiversità, University of British Columbia

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

ING

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