Каузонис оказался первым растением со способностью многократно менять окраску цветков
Затем цветки вступают в женскую фазу и вновь приобретают оранжевую окраску. Поскольку каузонисы вырабатывают нектар только на мужской и женской стадии развития, исследователи предполагают, что оранжевый цвет сообщает насекомым-опылителям, когда нужно посещать цветки Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Scientific Reports.
Цветки примерно 450 видов растений меняют цвет с течением времени. Например, венчики недавно распустившихся цветков медуницы (Pulmonaria) имеют розовый оттенок, который постепенно сменяется фиолетовым и синим. Предполагается, что таким образом растения помогают насекомым-опылителям понять, когда их шанс получить на цветке награду — нектар или пыльцу — максимален.
В подавляющем большинстве случаев окраска цветков меняется необратимо. Единственное известное до сих пор исключение из этого правила — десмодиум Desmodium setigerum. Цветки этого растения из семейства бобовых (Fabaceae) после опыления меняют сиреневую расцветку на бирюзовую. Однако цветок, который получил мало пыльцы или не получил ее вовсе, из бирюзового становится пурпурным, частично возвращая себе первоначальный цвет.
Команда ботаников, которую возглавил Хирокадзу Цукая (Hirokazu Tsukaya) из Токийского университета, описала еще более необычный пример обратимого изменения окраски цветков. В центре внимания исследователей оказался каузонис японский (Causonis (Cayratia) japonica) — многолетняя лиана из семейства виноградовых (Vitaceae), широко распространенная в Индии, Восточной и Юго-Восточной Азии и Австралии. В Японии каузонис цветет с июня по август, формируя мелкие цветки диаметром около пяти миллиметров и привлекая более 120 видов насекомых, включая китайских восковых пчел (Apis cerana), которые замечены за переносом пыльцы этого растения.
Распустившийся цветок каузониса сначала проходят мужскую фазу развития, во время которой его диск окрашен в оранжевый цвет. Эта стадия длится всего около двух часов, после чего ее сменяет бесполая, на которой цветок теряет лепестки и тычинки и меняет цвет диска на розовый. Спустя еще несколько часов цветок вступает в женскую фазу развития. Для нее характерен удлиненная стерильная часть пестика — так называемый столбик.
Предполагалось, что цветки каузониса меняют окраску лишь однажды, при переходе от мужской к бесполой стадии развития (причем эти изменения необратимы). Однако один из коллег Хирокадзу Цукая случайно заметил, что некоторые розовые цветки этого растения вновь становятся оранжевыми.
Чтобы разобраться, как именно это происходит, исследователи провели наблюдения за развитием 43 цветков каузониса (19 с семи диплоидных экземпляров и 24 — с восьми триплоидных экземпляров). Авторы отслеживали изменения морфологии и цвета каузонисов невооруженным глазом и фиксировали их раз в 20 минут с помощью фотоаппарата.
Во время мужской фазы диски всех 43 цветков были оранжевыми, а сразу после отмирания лепестков и тычинок приобрели характерную для бесполой фазы розовую окраску. 12 цветков с поврежденными столбиками и рыльцами остановились в развитии на бесполой стадии. Их цвет так и остался розовым вплоть до отмирания. Оставшиеся цветки успешно перешли в женскую фазу, отрастили удлиненные столбики и вновь стали оранжевыми. Когда женская стадия развития завершилась, цветки окрасились в розовый, а перед отмиранием — в бледно-розовый.
Следует отметить, что процессы цветения не были синхронизированы даже на одном растении, так что исследователи регулярно встречали каузонисы с оранжевыми и розовыми цветками.
Анализ показал, что цветки каузониса производят нектар во время мужской и женской фаз развития, а вот между ними и после окончания женской фазы нектар уже не выделяется. Таким образом, в периоды, когда цветок каузониса может производить нектар, он окрашен в оранжевый цвет, а когда нет — в розовый. Вероятно, растение сигнализирует опылителям, когда именно им лучше посетить цветок, чтобы получить награду.
Авторы установили механизм, позволяющий каузонисам менять окраску цветков. Оказалось, что за цвет их дисков отвечают клетки паренхимы, в которых производятся и накапливаются пигменты. Уровень каротиноидных пигментов в цветке во время мужской и женской фаз, когда он окрашен в оранжевые тона, оказался значительно выше, чем во время бесполой фазы и после окончания женской фазы, когда его окраска меняется на розовую. Таким образом, цветки каузонисов меняют цвет за счет изменения концентрации каротиноидов. После окончания мужской фазы эти пигменты деградируют, а с началом женской синтезируются вновь.
Цукай и его соавторы отмечают, что это первый известный пример растения, цветки которого меняют окраску, а затем полностью восстанавливают первоначальный цвет. Это помогает привлекать насекомых именно в тем моменты, когда цветок готов к опылению и вырабатывает нектар. Интересно, что в других регионах цветки каузониса окрашены иначе. Например, у экземпляров из Китае и Индонезии цветочный диск может быть желтым, оранжевым или красным, а у австралийских — светло-зеленым. Меняется ли у них окраска по мере развития и как именно, пока остается неизвестным.