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第一朵花是在蜜蜂出現(xiàn)之前進化的——那么它們是如何變得如此耀眼的呢？

進化


第一朵花是在蜜蜂出現(xiàn)之前進化的——那么它們是如何變得如此耀眼的呢？


第一朵花是在蜜蜂出現(xiàn)之前進化的——那么它們是如何變得如此耀眼的呢？信用:Pixabay/CC0公共領(lǐng)域
據(jù)對話（阿德里安·戴爾、艾倫·多林、杰爾·加西亞和馬尼·施雷斯塔）：五顏六色的花朵 ， 以及在其令人眼花繚亂的展示中飛翔的昆蟲和鳥類，是大自然的一大樂趣 。但是花朵顏色和動物傳粉者之間的早期關(guān)系是如何出現(xiàn)的呢？
在《皇家學會學報》上發(fā)表的一項研究中，我們通過分析當今蜜蜂祖先從花朵中覓食的視覺環(huán)境揭開了這個謎團 。
我們測量并分析了從今天的花朵反射的光線，以及形成其自然背景的巖石、土壤、樹枝、樹皮和樹葉 。
根據(jù)這些數(shù)據(jù)，我們建立了計算機模擬，重現(xiàn)了第一朵花出現(xiàn)時的古代視覺環(huán)境 。
昆蟲的色覺先于花出現(xiàn)
今天 ， 蜜蜂是包括糧食作物在內(nèi)的開花植物的多產(chǎn)傳粉者 。蜜蜂使用基于紫外線、藍色和綠色敏感光感受器（感光細胞）的色覺來檢測和區(qū)分最有益的花朵 。相比之下 ， 大多數(shù)人使用對藍色、綠色和紅色敏感的光感受器來感知顏色 。
當?shù)谝欢浠ㄔ?.52億至6600萬年前的中生代進化時，蜜蜂的祖先必須確定自己的方向 ， 保持穩(wěn)定的飛行，避免碰撞，并在自然背景中尋找食物 。我們懷疑它們的視覺系統(tǒng)可能受到進化的影響 ， 以便在那種環(huán)境下有效地工作 。
當?shù)谝慌_花植物出現(xiàn)時，蜜蜂的祖先已經(jīng)進化出了色覺——我們知道這種色覺貫穿了蜜蜂的進化史 。
因此，雖然蜜蜂最初并不存在，但它們的祖先卻存在 。花朵的顏色很可能演變成我們今天看到的鮮艷顏色，以適應這種古老的視覺系統(tǒng) 。與此同時，第一批蜜蜂成為最高效的傳粉者 。

第一朵花是在蜜蜂出現(xiàn)之前進化的——那么它們是如何變得如此耀眼的呢？


模擬背景標記點的分布（棕色）；僅由昆蟲授粉的澳大利亞花卉（藍色）和僅由鳥類授粉的澳大利亞花卉（粉色） 。該圖允許比較植物信號的標記，這些標記是響應昆蟲和鳥類視覺系統(tǒng)的壓力而進化的，并系統(tǒng)地跨越模擬背景的標記 。鳴謝:多林等人（2023年），皇家學會會報B
古代地球上的花背景是什么顏色？
澳大利亞是收集早期昆蟲會看到的自然背景材料數(shù)據(jù)的理想地點 ， 因為它是一個地質(zhì)上古老的大陸 。
我們從澳大利亞各地收集了背景樣本，并使用一種名為分光光度計的工具測量了它們的反射特性 。
我們使用這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建了一個材料數(shù)據(jù)庫，這些材料在1億多年前——當?shù)谝欢浠ǔ霈F(xiàn)時——就會出現(xiàn)在飛行昆蟲的視覺環(huán)境中 。
花朵的顏色是根據(jù)蜜蜂的色覺進化而來的
對于我們收集的自然背景、昆蟲和鳥類授粉的花朵，我們計算了標記點——在一個小波段內(nèi)從表面反射的光強度的快速變化 。
這些標記點識別彩色表面的關(guān)鍵視覺特征 ， 我們可以使用它們對進化過程進行統(tǒng)計測試 。
然后我們編寫了計算機模擬來生成可能的花朵背景 。通過分析它們的標記點，我們測試了今天的花朵在模擬背景下的可見性 。
有趣的是，我們發(fā)現(xiàn)蜜蜂授粉的植物花瓣上標記點的分布清楚地表明這些花朵是“突出的”——也就是說，它們在自然背景中表現(xiàn)出更強的信號 。
這一發(fā)現(xiàn)與先前的研究相吻合，研究表明在北半球和澳大利亞，開花植物進化出顏色信號以促進蜜蜂對顏色的感知 。
最初的花朵可能是暗黃綠色的，最初由蒼蠅授粉 。然而，隨著第一批具有調(diào)諧視覺系統(tǒng)的蜜蜂開始為花朵授粉，花朵很可能進化出新的顏色來匹配蜜蜂的視覺能力 。
自然選擇的過程似乎促使花朵顏色在授粉者眼中從背景中脫穎而出 。
鳥類也參與其中
昆蟲授粉進化數(shù)百萬年后，鳥類開始成為訪花者 。鳥類視覺使用四種類型的彩色光感受器，它們可以看到蜜蜂在自然背景下不容易處理的長波長紅色 。
我們的分析證實，鳥類授粉的花朵比蜜蜂授粉的花朵進化出了更長波長的標記點 。我們的新發(fā)現(xiàn)還表明，這些花與自然背景有系統(tǒng)的不同 。
隨著地球氣候的變化，重要的是要考慮在一個沒有蜜蜂的世界里生態(tài)系統(tǒng)和我們的食物生產(chǎn)系統(tǒng)可能會發(fā)生什么 。我們了解授粉和植物繁殖是如何被改變的是至關(guān)重要的 。
我們的研究表明，蜜蜂是花卉進化的主要驅(qū)動力 。除非我們保護這些昆蟲及其棲息地，否則我們將失去我們都喜歡和需要的生活的基本和美麗的方面 。