[公開日] 2024 年 1 月 25 日午後 10 時 46 分 (SAST)
[著作者] Adrian Dyer, Alan Dorin, Jair Garcia, Mani Shrestha
色とりどりの花々、そのまばゆいばかりの姿の中を飛び交う昆虫や鳥は、自然の楽しみです。 しかし、花の色と動物の花粉媒介者の間の初期の関係はどのようにして現れたのでしょうか?
『王立協会紀要 : Proceedings of the Royal Society』に掲載された研究では、今日のミツバチの祖先が花から餌を探していた視覚環境を分析することで、この謎を解明しました。
私たちは、今日の花だけでなく、その自然の背景を形成する岩、土、枝、樹皮、葉から反射する光を測定し、分析しました。
このデータから、最初の花が開花したときの古代の視覚環境を再現するコンピューター シミュレーションを構築しました。
昆虫の色覚は花よりも先に誕生した
今日、ミツバチは食用作物: food crops を含む顕花植物にとっての多作の花粉媒介者です。 ミツバチは、紫外線、青、緑に敏感な光受容体: photoreceptors (光感知細胞: light-sensing cells) に基づいた色覚: colour vision を使用して、最も価値のある花を検出し、区別します。 比較すると、ほとんどの人間は、青、緑、赤に敏感な光受容体を使用して色を認識します。
2 億 5,200 万年から 6,600 万年前の中生代 (the Mesozoic era) に最初の花が進化したとき、ミツバチの祖先は方向を定め、安定した飛行を維持し、衝突を避け、自然環境の中で食べ物を見つける必要がありました。 彼らの視覚システム (visual systems) は、その環境で効率的に動作するために進化の影響を受けているのではないかと考えられます。
最初の顕花植物が出現するまでに、ミツバチの祖先はすでに色覚を進化させていました。そして、それが ミツバチの進化の歴史を通じてずっと根付いてきた ことがわかっています。
つまり、ミツバチは最初から存在していませんでしたが、その祖先は存在していたのです。 花の色は、おそらくこの古代の視覚システムに合わせて、今日私たちが見ている鮮やかな色を進化させたと考えられます。 同時に、最初のミツバチは最も効率的な花粉媒介者として出現しました。
古代地球の花の背景は何色でしたか?
オーストラリアは 地質学的に古代の大陸である ため、初期の昆虫が見たであろう自然の背景物質に関するデータを収集するのに理想的な場所です。
私たちはオーストラリア全土から背景サンプルを収集し、分光光度計: spectrophotometer と呼ばれるツールを使用してその反射特性を測定しました。
私たちはこのデータを使用して、最初の花が現れた 1 億年以上前、飛翔する昆虫の視覚環境に存在していたであろう物質のデータベースを作成しました。
花の色はミツバチの色覚に応じて進化しました
自然の背景、昆虫や鳥によって受粉された花のコレクションについて、私たちはマーカー ポイント、つまり小さな波長帯域内 (a small wavelength band) での表面から反射される光の強度の急速な変化を計算しました。
これらのマーカー ポイントは、色付きの表面の主要な視覚的特徴を識別し、進化のプロセスの統計的テストに使用できます。
次に、コンピューター シミュレーションを作成して、考えられる花の背景を生成しました。 マーカー ポイントを分析することで、シミュレートされた背景に対する今日の花の視認性 (visibility) をテストしました。
興味深いことに、ミツバチによって受粉された植物の花びら上のマーカー ポイントの分布は、これらの花が「顕著: salient」であること、つまり、自然の背景からのより強いシグナルとして目立つことを明確に示していることを表しました。
この発見は、北半球 : Northern Hemisphere とオーストラリア: Australia では、ミツバチによる色認識を促進するために顕花植物が色信号を進化させたことを示唆する以前の研究と一致します。
図表: シミュレートされた背景 (茶色) のマーカー ポイントの分布。 昆虫のみによって受粉されるオーストラリアの花 (青) と鳥のみによって受粉される花 (ピンク)。 この図は、昆虫や鳥の視覚システムからの圧力に応答して進化し、シミュレートされた背景のマーカーを系統的にまたがる花の信号のマーカーを比較することを可能にします。 著者はDorinらから提供。 (2023)、王立協会議事録 B. (ここでは表示できません。Original article を参照してください。)
一番最初の花はおそらく鈍い緑がかった黄色で、最初はハエによって受粉されました。 しかし、調整された視覚システムを備えた最初のミツバチが花の受粉を開始すると、花はミツバチの視覚能力に合わせて新しい色に進化したと考えられます。
自然選択 (natural selection) のプロセスにより、花粉媒介者の目には花の色が背景から目立つようになったように考えられます。
鳥も参加してた
昆虫による受粉が進化してから何百万年も経って、鳥は花を訪れる者として定着しました。 鳥の視覚は 4 種類の色の光受容体を使用しており、自然の背景に対してミツバチが容易に処理できない長波長の赤色を見ることができます。
私たちの分析により、鳥媒介の花は蜂媒介の花よりも長い波長に向けてマーカーポイントを進化させたことが確認されました。 私たちの新しい発見は、これらの花が自然の背景とは体系的に異なることも示しました。
地球の気候が変化するにつれて、ミツバチのいない世界では生態系や食料生産システムに何が起こるかを考えることが重要です。 受粉と植物の生殖がどのように変化するかを理解することが極めて重要です。
私たちの研究は、ミツバチが花の進化の主要な推進力であることを示しています。 これらの昆虫とその生息地を保護しなければ、私たち全員が楽しみ、必要とする生活の基本的で美しい側面が失われることになります。
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳は archive4ones(Koichi Ikenoue) の翻訳責任で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
