Ученые наблюдают как пчелы и другие насекомые опыляют цветы

Обновлено: 18.09.2024

Животные и насекомые собирают нектар двумя способами, в зависимости от их "вкусовых" предпочтений и приспособленности к конкретным растениям. Бабочки, колибри и муравьи просто всасывают в себя сладкую жидкость, не прибегая к каким-либо ухищрениям. Эти существа не могут питаться более густым нектаром из-за высокой вязкости.

Джон Буш (John Bush) из Массачусетского технологического института в городе Кэмбридж (США) и его коллеги пришли к такому выводу, проследив, как пчелы пьют сладкий сироп.

Некоторые летучие мыши, шмели и пчелы пользуются тем, что густой нектар "прилипает" к их языку: они быстро погружают язык в жидкость и вынимают его обратно, повторяя операцию до тех пор, пока не насытятся.

Буш и его коллеги поймали пять диких шмелей и купили несколько пчел на рынке в городе Пхаджу (Южная Корея) и посадили их в клетку с емкостью, в которую был налит густой сахарный сироп. Через некоторое время насекомые проголодались, и начали пить "нектар". Биологи сняли этот процесс на высокоскоростную камеру, и разобрали его по "косточкам".

На основе полученных данных ученые построили математическую модель поглощения нектара. Концентрация сахара и других углеводородов в нектаре выступала в качестве единственного параметра этой модели, так как ни размеры, ни относительная сила мускулов насекомых и животных не влияли на скорость поедания сладкой жидкости.

При помощи своей модели ученые построили графики "эффективности" сбора нектара - то есть количества энергии, которое животное получает за единицу времени. Оказалось, что простое всасывание жидкости наиболее эффективно в случае, если концентрация сахара приближается к 33% - так животное-сладкоежка получает максимально возможное количество углеводов.

Идеальный сахарный сироп для второй группы животных содержит примерно 52% сахара, что объясняет то, почему пчелы и летучие мыши могут опылять цветы, которые бабочки и другие насекомые облетают стороной.

Ученые отмечают, что идеальный нектар вряд ли можно будет найти хотя бы в одном из нектарников настоящих цветов - растениям "выгоднее" всего держать своих опылителей слегка голодными для наиболее эффективного переноса пыльцы.

Загрязнение окружающей среды происходит незаметно. Пока различные СМИ трубят о том, что последствия скоро станут необратимыми, или, наоборот, придерживаются диаметрально противоположных взглядов и верят в светлое будущее, ученые то и дело, как врачи, фиксируют проблемы. На этот раз дело коснулось опыления.

Не те цветы

Несмотря на то что насекомые не самые любимые соседи человека, они все-таки важны для экосистемы. С помощью пчел, муравьев и бабочек растения опыляются и разносят свои семена дальше. Поэтому даже малейшие колебания в привычках этих насекомых могут привести к запустению многих территорий. Так что неудивительно, что ученые бьют тревогу, когда в каком-то из районов пропадают или погибают пчелы. Как благородная красная рыба не может жить в загрязненной воде, так и многие полезные животные не способны нормально существовать в плохих условиях.

В новом исследовании команда немецких и американских ученых изучила бражников — один из видов ночных бабочек, который тоже способен опылять растения. Обычно это насекомое предпочитает белые цветы с очень специфическим запахом. То есть в поисках еды он ориентируется одновременно и на зрительные органы чувств и на обоняние.

Во время эксперимента бражникам давали те самые цветы с различием в том, что первые росли в среде с низкой концентрацией озона, а вторые — с высокой. Результаты предсказуемы. Бражник не захотел подлетать ко вторым цветам, сочтя их за чужие для него. И хотя это вполне логично, но такое вынуждает бабочек погибать от голода в окружении пищи.

Эволюция поможет

Дальше ученые попробовали научить бражника новому запаху, и бабочка освоила его довольно быстро. В какой-то степени это дает надежду на то, что эволюция все-таки сработает в нужном направлении и сделает бражников более универсальными насекомыми. Так или иначе пока более привередливые особи будут погибать, самые неприхотливые окажутся в выигрыше.

Также велики шансы, что будущие бабочки и пчелы будут меньше ориентироваться на обоняние. Дойдет ли до такого же сценария, как и в случае недавно исследованных голых землекопов, сказать трудно, но тенденции к этому есть.

Приспособленность растений к опылению выработалось за долгие годы эволюции, как необходимость образования семян и плодоношения. Каждый вид растений по-своему приспосабливается к опылению.

Типы опыления растений

Типы опыления растений зависят от вида растений, от условий их произрастания. Различают: самоопыление и перекрестное опыление. В естественных условиях опыление растений происходит с помощью ветра, насекомых, воды. Возможно также и искусственное опыление.

Перекрестное опыление — то есть опыление, при котором пыльца одного растения попадает на рыльце пестика другого, дает более качественные семена, чем при самоопылении.

Приспособленность к опылению у хвойных растений

Если весной пойти в сосновый лес, то можно увидеть, как много пыльцы образуется у хвойных деревьев. Понятно, почему выработалась у них такая приспособленность к опылению. Здесь происходит перекрестное опыление с помощью ветра.

Но хвоя задерживает много пыльцы, и, чтобы произошло опыление, ее требуется больше, чем раннецветущим деревьям и кустарникам — орешнику, тополю, осине, у которых опыление происходит ранней весной, когда на деревьях листья еще не распустились. Цветение сосны

Бывают весны, когда цветение сосен и елей очень обильное, пыльцы в хвойном лесу бывает столько, что она сплошной пеленой оседает на землю и хорошо заметна на тропинках, на поверхности стоячих водоемов.

Приспособленность к опылению растений из семейства злаковых

Очень много образуется пыльцы и у растений из семейства злаковых. Они также опыляются ветром. Бывали ли вы когда-либо в поле во время цветения ржи? Если нет, то обязательно побывайте. Не пожалеете. Раннее тихое утро. Солнце едва лишь поднялось над горизонтом. Над ржаным полем стоит легчайший туман. Но нет, это не туман! Это и не дым или поднявшаяся в воздух дорожная пыль.

Это то же, что мы наблюдали в зарослях орешника ранней весной. Подул едва приметный ветерок, и над полем ржи заклубились и тихо поплыли по ветру прозрачные облачка пыльцы. Рожь цветет! Вы ощущаете тончайший запах цветущего ржаного поля. Рожь цветет

Несмотря на обилие пыльцы, приспособленность цветков ржи к опылению не вполне совершенна. Тычинки ржи после созревания свисают на тычиночной нити и располагаются ниже ветвистого пестика. Поэтому часть цветков остается не опыленной, а следовательно, не образует плодов — зерен.

Раньше люди вносили такое усовершенствование в процесс опыления ржи: во время цветения этой культуры протягивали поперек полосы веревку и, волоча ее за концы, встряхивали колосья. Благодаря такому приему условия опыления улучшались: зерна в колосьях завязывается больше, урожай повышался.

Приспособленность к опылению насекомоопыляемых растений

Иную картину опыления можно наблюдать у растений, для которых посредником при опылении является не ветер, а насекомые. Такие насекомоопыляемые растения легко отличить от ветроопыляемых по внешнему виду. Опыление насекомыми

У них имеется яркий, обычно издали заметный околоцветник (венчик, иногда чашечка), у некоторых — сильный запах, у других — нектар. Если цветки мелкие, то они образуют крупные, видимые издалека соцветия. Таковы сережки ив, опыляемые насекомыми, кисти черемухи, щитки рябины, калины, соцветия-зонтики у моркови, укропа, тмина и других растений, составляющих по этому признаку семейство зонтичных.

Интересно, что пыльца насекомоопыляемых растений иная по сравнению с ветроопыляемыми: поверхность пылинок не гладкая, а имеет различные выступы, шипики, и поэтому пыльца легко пристает к телу насекомого.

Раннецветущие дубравные травы

Вот в той же роще, где первым запылил орешник, вслед за ним здесь зацвели раннецветущие дубравные травы. Как разнообразны они по окраске! Под ногами словно развернулся нарядный ковер с нежно-пестрыми узорами.

Здесь и хохлатка, и медуница, и ветреница дубравная с белыми нежными цветками, и ветреница лютичная с желтым венчиком, и весенний горошек (сочевичник) и, наконец, похожий на крошечную желтую лилию цветочек гусиного лука. Вдали влажная низинка желта от лаково-золотистых цветков чистяка. Все эти растения опыляются насекомыми — шмелями, бабочками, пчелами.

Если присесть на пенек и понаблюдать за хлопотливой деятельностью насекомых, которых в теплый солнечный день здесь бывает немало, то можно увидеть следующую картину. Вот весь измазавшийся пыльцой басит толстый мохнатый шмель. Он деловито перелетает от одного соцветия хохлатки к другому, собирает нектар, одновременно мимоходом опыляя цветки.

Если внимательно присмотреться к шмелю и к цветку хохлатки, то можно заметить интересное соответствие между строением тела опыляющего насекомого и строением цветка опыляемого растения — они как будто созданы один для другого. Рядом на медунице расположилась бабочка. Она распрямила длинный хоботок, обычно свернутый спиралькой, и высасывает нектар из глубокой воронки цветка.

И здесь, можно наблюдать приспособленность опылителя-насекомого к строению опыляемого цветка: только некоторые насекомые, имеющие длинный хоботок, могут добраться до нектара медуницы и одновременно опылить растение. Опыление цветов

Найдите растущий здесь же копытень с округлыми, похожими на след лошадиного копыта листьями и малозаметными буро-красными, приткнувшимися к земле цветками, и вы обнаружите опылителей — мелких, летающих у земли или ползающих по ней мушек. Издали видны желтые пятна цветущего селезеночника.

У этого растения цветки мелки и невзрачны, зато листья, окружающие цветки, имеют ярко-желтую окраску, что делает растение заметным издали. Здесь листья заменили обычный для насекомоопыляемых цветов яркий околоцветник.

Приспособленность растений к перекрестному опылению

Необычайное разнообразие приспособленность к перекрестному опылению можно найти среди пестрого разнотравья лугов, у растений светлых лесов, перелесков, кустарниковых зарослей и пустырей. Здесь, как правило, наблюдается в большей или меньшей степени связи между опылителем-насекомым и опыляемым растением.

Есть растения, цветы которых опыляются очень разнообразными насекомыми: пчелами, шмелями, бабочками, мухами, и есть растения, опыляемые лишь определенными видами насекомых. Это легко проследить в той же дубраве. Когда распустятся на деревьях листья и в лесу потемнеет, успеют отцвести и медуницы, и хохлатки, и другие рано цветущие травы.

Начинается новая волна цветения дубравных растений, но это уже растения с белыми цветками, более заметными в потемневшем лесу. У них и опылители другие — в основном различные мухи. Натуралисты, изучая опыление у растений, давно установили интересный факт: опыление, как правило, совершается перекрестно, то-есть пыльца с цветка одного растения попадает на рыльце пестика цветка другого растения этого же вида.

Это обстоятельство очень заинтересовало натуралистов. Ч. Дарвин, занимаясь этим вопросом, пришел к твердому убеждению, что

Таким образом, он считал, что перекрестное опыление — биологически полезное для растений явление и что всевозможные приспособления, мешающие растениям самоопыляться, выработались у них в процессе исторического развития. Для того чтобы убедиться в этом, Дарвин осуществил интересные опыты. Он отбирал одинаковые семена и выращивал растения в совершенно однородных условиях.

После того как растения зацветали, часть из них ученый искусственно опылил перекрестно, у другой же части цветки самоопылились. Когда были собраны семена, он снова отдельно вырастил из них растения. При этом оказалось, что растения, выросшие из семян, полученных перекрестным опылением, развивались более пышно, мощно, чем растения из семян, полученных самоопылением.

Своими наблюдениями и опытами Дарвин доказал полезность перекрестного опыления у растений.

Перекрестное опыление ветроопыляемых растений

Приспособления для перекрестного опыления у ветроопыляемых растений сравнительно просты. У ржи, например, когда раскрываются цветочные чешуйки (расцветают цветки колоса), тычинки свисают вниз на тонкой тычиночной нити, и пестик оказывается выше тычинки.

Благодаря этому самоопыление не происходит: ветер, подхватив освободившуюся из пыльников пыльцу, относит ее от колоса, где она образовалась, на соседние колосья, и цветки опыляются перекрестно.

Перекрестное опыления у двудомных растений

Двудомность у растений, очевидно, также надо рассматривать как приспособление к перекрестному опылению. Пыльца, переносимая от мужского растения к женскому ветром (тополь, осина) или насекомыми (ива), может, конечно, опылять только перекрестно.

Перекрестного опыления у однодомных растений

Интересные наблюдения проводились за однодомными растениями. Установлено, например, что лиственницы дают нормально всхожие семена лишь в том случае, если они растут группами, то-есть если обеспечено перекрестное опыление. Одиночные же лиственницы дают обычно не всхожие семена (всхожесть их, как правило, не превышает 5 процентов).

Растения опыляемые насекомыми

Но особенно разнообразны и сложны приспособления, препятствующие самоопылению у растений, опыляемых насекомыми.

Здесь творчество природы проявилось особенно богато: либо тычинки и пестики в каждом отдельном цветке созревают не в одно и то же время и поэтому самоопыления не происходит, либо тычинки и пестики расположены так, что опыляющее насекомое при добывании нектара измажется пыльцой, но не заденет и не опылит рыльце пестика этого цветка, а, перелетев на другой цветок, с иным расположением тычинок и пестика, оставит здесь принесенные на себе пылинки, и т. д.

По лесам и лугам обычно встречается несколько видов герани, или журавельника, с лиловыми, синими, пурпурными или красноватыми цветами. Интересно наблюдать, как происходит перекрестное опыление у этих растений. Цветок журавельника

Когда журавельник зацветает, его лепестки раскрываются и пыльники начинают лопаться, освобождая пыльцу. При этом тычинки созревают постепенно, в определенном порядке, а так как пестик еще не созрел, то пыльца может опылить лишь другие цветки. Пестик созревает для опыления лишь тогда, когда последние пыльники отдадут пыльцу.

Такие же особенности цветения имеются у общеизвестного лекарственного растения валерианы, у разных видов колокольчиков, гвоздик и многих других. Встречающееся по лугам и лесным полянкам растение первоцвет весенний (баранчики, золотые ключики) имеет цветки двух типов. У одних рыльца пестиков расположены ниже тычинок, а у других — выше.

Насекомые-опылители, прилетая на цветок первого типа и пробираясь к нектару, расположенному в глубине трубочки венчика, пачкаются пыльцой на уровне тычинок. Перелетев на цветок с высоким пестиком и углубляясь в него, они задевают рыльце пестика и производят перекрестное опыление. Подобное же строение цветков, приспособленных к перекрестному опылению, имеется у многих других растений.

Сложные формы перекрестного опыления

Иногда приспособления растений для перекрестного опыления принимают исключительно сложные формы. Примером может служить растение с грушевидными плодами — кирказон, обычное для кустарниковых зарослей Волги, Оки и других рек. Тычинки и пестики кирказона находятся в особом утолщении цветка, похожем на кувшинчик. Туда заползает много мелких мушек, привлекаемых нектаром цветков.

Они лакомятся нектаром и опыляют пестики пыльцой, принесенной с других цветков кирказона, но когда пытаются покинуть цветок, то это оказывается невозможным: им навстречу торчит множество жестких волосков. Эти волоски не препятствовали мушкам проникать вглубь кувшинчика, но при выходе стали непреодолимой преградой. Мушки оказались пленницами цветка!

Между тем в цветке дозрели тычинки, пыльники лопаются и осыпают мушек пыльцой. Теперь мушки могут свободно покинуть цветок, так как волоски завяли и перестали быть препятствием к выходу на волю. Выбравшись из одного цветка, мушки попадают во временный плен в другой цветок кирказона и производят здесь опыление принесенной пыльцой. Выберутся они из цветка лишь после того, как окажутся осыпанными новой пыльцой.

Перекрестному опылению у растений семейства орхидных

Но особенно интересные приспособления к перекрестному опылению имеются у растений, относящихся к семейству орхидных. Это семейство насчитывает до 15 тысяч видов. Среди орхидей много красивых растений. Цветы некоторых из них похожи издали на бабочек, птичек, жуков с самой разнообразной расцветкой — со всевозможными пятнышками, полосками, сеточками, крапинками, жилками, извилистыми линиями.

Особенно богата орхидеями Южная Америка. У орхидей способы опыления очень разнообразны. Здесь можно наблюдать узкую специализацию определенных видов насекомых к определенным видам растении. Опылителями у орхидей являются не только насекомые, но даже птички колибри, самые маленькие в мире, и даже улитки.

В нашей стране также встречаются интересные орхидеи: по лесам и лугам нередки ятрышник (кукушкины слезки), любка (ночная фиалка) с сильным приятным запахом, по лесам — очень изящная орхидея венерин башмачок. Венерин башмачок

У орхидных имеется любопытное приспособление к опылению, отсутствующее у других насекомоопыляемых: пыльца их собрана в особый пакетик, с клейкой ножкой. При опылении ножка прикасается к голове насекомого-опылителя и пристает к ней. Насекомое улетает, неся на себе пакетик с пыльцой. Во время посещения другого цветка насекомое опыляет его, прикасаясь пакетиком к рыльцу пестика.

Исследуя опыление, ученые установили, что между насекомыми и растением не всегда имеется обоюдная полезная связь — иногда эта связь приносит пользу лишь одному участнику и ничего не дает другому.

Растение Индонезии раффлезия

Замечательным примером такой односторонней пользы является растение Индонезии раффлезия. Это растение-паразит, высасывающее с помощью присосок соки из корней виноградной лозы. Своих листьев и корней оно не имеет, и все растение, в сущности, состоит лишь из огромного цветка — до метра в поперечнике, издающего запах гниющего мяса. Цветок раффлезия

Насекомые, откладывающие яйцо в мясо, привлекаются запахом раффлезии, ползают по цветку, опыляют его, но сами от растения ничего, кроме запаха, не получают. Раффлезию поэтому иногда называют растением-обманщиком. Есть также немало насекомых, которые добывают нектар с цветков, но в опылении не участвуют. Они достигают нектара, прокусывая снаружи цветок в месте расположения нектарников.

Это пример относительной полезности приспособления цветка к привлечению насекомых.

Другие способы, благоприятствующих продолжению рода

У многих рано цветущих растений дубрав наблюдается, с одной стороны, несовершенство приспособлений для опыления, а с другой — большая пластичность в выработке свойств, благоприятствующих продолжению рода.

Эти растения обычно хорошо приспособлены к перекрестному опылению насекомыми, и все же нередко случается, что цветки остаются не опыленными: слишком капризна весенняя погода и яркие, солнечные дни прерываются холодными и дождливыми. Поэтому наши рано цветущие дубравные травы, как правило, дают очень мало семян.

Сохранение вида этих растений было бы затруднено, если бы у них не было хорошо развито вегетативное размножение.

Ландыши

Ландыши часто растут целыми полянками. Если осторожно раскопать корни одного из ландышей, то окажется, что его корни являются продолжением корней соседнего растения и т. д. Иными словами — ландыши, быть может, всей полянки произошли вегетативно от одного растения, выросшего из семени. Цветок ландыша

Семена ландыш образует редко. Они находятся в оранжевых ягодах, поедаемых птицами, и стоит только одному семени, прошедшему через кишечник птицы, попасть в благоприятные условия, семя взойдет, и через несколько лет от растения вегетативно образуется полянка ландышей.

Фиалка удивительная

Среди растений дубравы очень любопытный способ размножения наблюдается у фиалки удивительной, у нее обычно цветки, опыляемые насекомыми, семян почти не дают. Однако лишь только у фиалки удивительной отцветут яркие светло-синие пахучие цветки, как она дает новые. Фиалка удивительная

Эти цветки не имеют ни ярких лепестков, ни запаха, ни нектара, они даже не раскрываются. Но внутри этих цветков происходит самоопыление и образуется много семян, имеющих особые мясистые придатки, поедаемые лесными муравьями. Муравьи, растаскивая придатки по лесу, способствуют распространению растений.

Несомненно, такая поистине удивительная приспособленность растений к опылению выработались у фиалки в связи с ее жизнью в условиях леса. Здесь она обрела не только новый способ образовывать семена, но и нового союзника — муравьев, способствующих их распространению.

Из приведенных примеров понятно, что перекрестное опыление у растений действительно очень важное жизненное явление.

Александр Алексеенко - 20.05.20 (обновлено 20.05.20)

Когда вы ложитесь спать, после того как птицы и пчелы успокоились, мотыльки только начинают свою работу. Вы можете видеть, как они покачиваются уличными фонарями ночью, но на самом деле они проводят большую часть своего времени, посещая цветы, опыляя их так же, как бабочки днем, выпивая нектар своими длинными языками.

На самом деле, новое исследование показало, что мотыльки посещают удивительно разнообразные растения в ночное время. Работа, которую выполняют эти ночные опылители, больше и сложнее, чем предполагали многие люди. А поскольку она происходит под покровом темноты, она часто в значительной степени невидима для человеческих глаз.

Ночные работники

Известно, что мотыльки опыляют цветы по ночам, но наука только недавно начала раскрывать их усилия в деталях. Теперь мы знаем виды цветов, которые они посещают – бледные цветы с открытой чашкой или трубчатой формы, такие как ползучий лютик или жимолость, которые, как правило, выделяют сильный аромат ночью. Мы также знаем, что они несут пыльцу на своих языках. Но, кроме того, большая часть того, что мы знаем об опылителях и о том, как им помочь, приходит из исследований дневных видов, таких как пчелы, журчалки и бабочки.

Нам срочно нужно узнать о более загадочных насекомых-опылителях. Среди 353 дневных видов опылителей в Британии их численность упала на треть в период с 1980 по 2013 год. Если эти потери регистрируются среди хорошо изученных видов, что может происходить с ночными опылителями, о жизни которых мы не знаем так много? Мы знаем, насколько ценны пчелы и другие насекомые для опыления сельскохозяйственных культур, которые мы едим, таких как яблоки и малина, но мы менее уверены в том долге, который мы должны мотылькам за их неустанную ночную работу.

Как это работает

Недавнее исследование было сосредоточено на краях девяти прудов, окруженных посевами и живыми изгородями на севере Норфолка. Ученые хотели выяснить, какие цветы хотели бы посетить мотыльки, и как они себя вели по сравнению с дневными привычками других насекомых-опылителей. Исследователи наблюдали и записывали работу ключевых дневных опылителей, включая пчел, журчалок и бабочек, когда они посещали цветы. Вечером ученые использовали световые ловушки, чтобы заманить мотыльков в ведра, установленные рядом с прудами. На следующее утро насекомых привезли в лабораторию, чтобы опознать их и проверить их тела на пыльцу.

Работа в конкретном секторе

Исследователи обнаружили, что мотыльки более регулярно взаимодействуют с некоторыми цветами, такими как белый клевер, по сравнению с дневными опылителями. Это указывает на то, что они могут быть очень важны для опыления этих конкретных растений и, таким образом, помогают поддерживать их на благо большей экосистемы. Также было обнаружено, что мотыльки несут большую часть пыльцы на своих телах, предполагая, что они переносят пыльцу почти так же, как это делают дневные опылители.

Вероятно, ученые недооценивают вклад мотыльков в опыление. Эти ночные существа играют очень важную роль в улучшении экологического здоровья в сельской местности. Но даже если мы узнаем, насколько они недооценены, недавние исследования показали, что их популяции в Британии сокращаются на 10% каждое десятилетие. Поэтому ученые должны думать и о многих типах растений, которые можно выращивать, чтобы стимулировать популяцию мотыльков к процветанию. В частности, это могут быть незабудки, первоцвет и жасмин. Также важно поддерживать усилия по защите богатых цветами мест обитания, на которые мотыльки полагаются и которые обогащают.

Читайте также: