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PNAS:研究揭示传粉榕小蜂从互惠共生向欺骗寄生演化的机制

  1. 传粉榕小蜂

来源:西双版纳热带植物园 2021-08-06 12:13

  互惠共生是两种不同的生物在相互合作中受益,形成稳定的合作关系。以往研究发现互惠共生从不同尺度上影响全球生态过程,而物种间互惠关系的获得、维持或丢失的演化机制仍是未解之谜。榕树-传粉榕小蜂在繁殖上高度依赖,形成了严密的、颇具代表性的互惠共生系统。榕属植物具有独特的隐头花序结构,依赖专一的榕小蜂传粉,榕树为传粉榕小蜂提供繁殖场所及食物,双

 

 

互惠共生是两种不同的生物在相互合作中受益,形成稳定的合作关系。以往研究发现互惠共生从不同尺度上影响全球生态过程,而物种间互惠关系的获得、维持或丢失的演化机制仍是未解之谜。

榕树-传粉榕小蜂在繁殖上高度依赖,形成了严密的、颇具代表性的互惠共生系统。榕属植物具有独特的隐头花序结构,依赖专一的榕小蜂传粉,榕树为传粉榕小蜂提供繁殖场所及食物,双方既有付出又有回报。在互惠系统中,如果任何一方没有付出代价就获得好处,将对互惠系统的稳定产生威胁。因此,互惠系统的长期维持需要防止互作双方出现欺骗性。相关研究表明,在15对主动传粉的榕-蜂系统研究中,成功传粉的榕小蜂亦繁殖更多后代,而不为寄主榕树传粉的榕小蜂繁殖适合度降低,表现为榕树对主动传粉的榕小蜂提供奖励,而对不合作的传粉榕小蜂进行惩罚。

中国科学院西双版纳热带植物园协同进化研究组、美国史密森热带研究所和瑞典乌普萨拉大学合作研究发现,榕树(Ficus microcarpa)在全球分布广泛,但目前仅在中国云南省发现其隐头花序中共存着传粉榕小蜂(Eupristina verticillata)和一种尚未被描述的欺骗性榕小蜂(Eupristina sp.)(图1),共存的两种榕小蜂是姐妹种关系,欺骗者由传粉者祖先类群演化而来。通过比较两种共存榕小蜂的传粉结构和行为,结果显示:传粉榕小蜂具发达的传粉结构、主动传粉的行为,能有效为寄主榕树传粉;而欺骗性榕小蜂传粉结构花粉刷消失,花粉筐退化,传粉行为缺失,成为仅产卵寄生于雌花子房、不为雌花传粉的欺骗者(图2)。这个罕见的传粉榕小蜂演化为欺骗者实例,为探究互惠系统中从互惠到寄生的演化提供了优异材料。

研究人员进一步以榕树(F. microcarpa)、传粉者(E. verticillata)及欺骗者(Eupristina sp.)这一特殊的组合为研究对象。在雌花期开展系列单果引蜂试验,结果显示,不论在单果中分别引入传粉者和欺骗者的间接竞争中,还是两种蜂引入同一果的直接竞争中,欺骗者比传粉者均展示了较高的繁殖适合度。科研人员通过控制传粉榕小蜂是否携带花粉,引入雌花期单果的繁殖试验发现,对于未携带花粉的传粉榕小蜂,榕树未减少其繁殖适合度,未出现寄主惩罚效应(图3)。在西双版纳地区四个重复试验结果证实:缺乏寄主惩罚促进传粉榕小蜂的传粉结构和行为缺失,导致传粉欺骗性的演化。

基于对以上榕树、传粉者和欺骗者的系统研究,榕树寄主惩罚缺失,欺骗者比传粉者有较高的繁殖适合度,但不同的季节发生模式有助于其共存。相关研究成果以The evolution of parasitism from mutualism in wasps pollinating the fig, Ficus microcarpa, in Yunnan Province, China为题,发表在PNAS上。(生物谷Bioon.com)

 

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