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为了应对气候变暖，花儿们甘愿自降颜值，变得越来越黯淡

花匠小妙招
2024-10-08 06:21

论文标题：Floral Pigmentation Has Responded Rapidly to Global Change in Ozone and Temperature

作者：Matthew H. Koski, Drew MacQueen, Tia-Lynn Ashman

期刊：Current Biology

发表时间：2020/09/17

数字识别码：10.1016/j.cub.2020.08.077

摘要：Across kingdoms, organisms ameliorate UV stress by increasing UV-absorbing pigmentation. Rapid ozone degradation during the 20th century resulted in elevated UV incidence, but pigmentation responses to this aspect of global change have yet to be demonstrated. In flowering plants, UV exposure favors larger areas of UV-absorbing pigmentation on petals, which protects pollen from UV-damage. Pigmentation also affects floral thermoregulation, suggesting climate warming may additionally impact pigmentation. We used 1,238 herbarium specimens collected from 1941 to 2017 to test whether change in UV floral pigmentation was associated with altered ozone and temperature in 42 species spanning three continents. We tested three predictions: first, UV-absorbing pigmentation will increase temporally and be correlated with reduced ozone (higher UV) when accounting for effects of temperature; second, taxa that experienced larger ozone declines will display larger increases in pigmentation; and third, taxa with anthers exposed to ambient UV will respond more strongly than those with anthers protected by petals. Globally, the extent of petal UV pigmentation increased significantly across taxa by ∼2% per year. However, temporal change was species specific—increasing in some taxa but declining in others. Species with exposed anthers experiencing larger declines in ozone displayed more dramatic pigmentation increases. For taxa with anthers enclosed within petals, pigmentation declined with increases in temperature, supporting a thermoregulatory role of UV pigmentation. Results document a rapid phenotypic response of floral pigmentation to anthropogenic climatic change, suggesting that global change may alter pollination through its impact on floral color, with repercussions for plant reproductive fitness.

在动植物王国中，生物体通过增加吸收紫外线的色素来减轻辐射带来的伤害。就像我们人类，当皮肤经过紫外线照射后，黑色素向表层细胞转移增多，使皮肤颜色变深，即形成色素沉着。这其实是皮肤为预防紫外线的侵害而释放出的防御屏障。如今，为了能活下去，开花植物也在努力做出改变——让自己的颜色变得更加黯淡以应对环境压力。北京时间9月29日，《Science》对此进了报道。随着全球气候变化，动植物们似乎已经适应了新的生长环境，甚至扩展了它们的繁殖季节。开花植物也是“拼了”，但这意味着什么呢？

近日，发表在《Current Biology（当代生物学）》上的一项研究表明，在过去的75年里，开花植物也通过改变花瓣中的色素来适应不断升高的温度下紫外线的照射以及不断减少的臭氧。

在开花植物中，暴露在紫外线下有利于花瓣上更大面积吸收紫外线的色素沉着，从而防止花粉受到紫外线的损害。色素沉着还会影响花卉的温度调节，这表明气候变暖可能还会影响花卉色素沉着。该研究通讯作者、美国克莱姆森大学的植物生态学家Matthew Koski说，花朵中吸收紫外线的色素是人眼看不见的，但它们能吸引传粉者，并作为植物的一种防晒剂。正如紫外线辐射对人类有害一样，它也会损害花朵的花粉。花瓣中吸收紫外线的色素越多，照射到敏感细胞的有害辐射就越少。此前，Koski和他的同事们发现，那些受到更多紫外线辐射的花朵，通常生长在海拔较高或靠近赤道的地方，它们的花瓣中含有更多吸收紫外线的色素。因此，他想了解受人类活动影响的两个因素，即臭氧层的破坏和温度的变化，是否也影响了开花植物。为了找到答案，Koski的团队研究了从1941年到2017年收集的北美、欧洲和澳大利亚的1238个植物标本，它们来自42个不同品种。研究人员用紫外线敏感相机拍摄了同一品种在不同时间不同自然区域采集的花瓣，并捕捉到了色素的变化。然后他们将这些变化与当地臭氧水平和温度的数据进行比对。

研究人员说，从1941年到2017年，平均每年花朵中的色素都在增加，每年增加约2%，但根据花的结构不同，变化也不同。在花粉外露的碟形花朵中，比如毛茛，当臭氧浓度下降时，吸收紫外线的色素会增加；而在臭氧浓度上升的地方，色素会减少。但是，花瓣中隐藏花粉的品种，如普通的狸藻植物，随着温度的升高，它们的吸收紫外线的色素会减少，无论臭氧水平是否改变。

没有参与这项工作的哈佛大学植物生物学家Charles Davis说，尽管令人惊讶，但这一发现完全合情合理。隐藏在花瓣中的花粉可以自然地屏蔽紫外线，但这个额外的屏蔽作用也可以像温室一样，捕获热量。当这些花暴露在更高的温度下时，它们的花粉就有被煮熟的危险。减少花瓣中的色素使它们可以减少吸收紫外线辐射，从而降低温度。虽然人类肉眼无法分辨这些色素的变化，但它们就像灯塔一样，对蜂鸟和蜜蜂这样的传粉者非常醒目。Koski说，大多数传粉者喜欢“靶心”图案的花朵，它们具有反射紫外线的花瓣尖端和靠近花心吸收紫外线的色素。尽管科学家们还没有完全理解这种图案的吸引力，但他们认为它可以帮助传粉者区分花朵和其他植物吸收紫外线的能力。Koski说：“因此，对于传粉者而言，色素较少的花朵可能更容易开花，但那些调出自己色素的花朵可能会丧失这种对比度，最终使其对经过的传粉者失去吸引力。”Davis说：“这些色素的变化可能有助于保护花粉，但传粉者可能会完全错过它们。”

参考文献：

1.https://www.sciencemag.org/news/2020/09/flowers-are-changing-their-colors-adapt-climate-change

2.https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.08.077

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