Agricultura Botánica y Genética Canadá

Los biólogos de plantas identifican un mecanismo detrás de la transición de polinización de insectos a viento


Una nueva investigación realizada por científicos de la Universidad de Toronto (U of T) ofrece nuevos conocimientos sobre por qué y cómo las plantas polinizadas por el viento han evolucionado a partir de ancestros polinizados por insectos.


Universidad de Toronto

Las primeras semillas de semilla dependían del viento para transportar el polen entre las plantas, pero hace unos 100 millones de años, las plantas con flores evolucionaron para atraer insectos que podían transferir el polen con mayor precisión que las corrientes de aire aleatorias. Aunque la polinización por insectos es más económica, desde entonces numerosos linajes han vuelto a la polinización por el viento, lo que ha dejado a muchos biólogos cuestionando por qué sucedería eso dado el éxito de la polinización por insectos. Esta aparente paradoja dejó perplejo incluso a Charles Darwin, y aún hoy, poco se sabe acerca de las condiciones que iniciaron esta transición.

En un estudio publicado este mes en Proceedings of the Royal Society B , los investigadores describen por primera vez un mecanismo que impulsa esta reversión que involucra la vibración de los estambres, los órganos de las flores que contienen polen.

«Encontramos que las plantas en las que los estambres vibran más vigorosamente en el viento, dispersan el polen por el viento más fácilmente, y que esta característica de los estambres se ve favorecida en las condiciones en que las plantas reciben pocas visitas de los polinizadores», dijo el autor principal, David Timerman, un Ph.D. . candidato que trabaja con el biólogo evolutivo Spencer Barrett en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la Facultad de Artes y Ciencias en la U de T.

El descubrimiento ayuda a explicar los orígenes de la polinización por el viento, que está representada en aproximadamente el 10% de las especies de plantas con flores .

«También puede ser útil para entender cómo las plantas enfrentarán una reducción en los servicios de polinizadores debido al colapso global de las poblaciones de polinizadores silvestres», dijo Timerman.

Los biólogos de plantas identifican un mecanismo detrás de la transición de polinización de insectos a viento
Mosca polinizadora visitando una flor femenina de Thalictrum pubescens (alto prado-ruda). Las hembras de esta especie producen estambres con granos de polen estériles, probablemente para recompensar a los polinizadores. Crédito: David Timerman

Las estructuras reproductivas de las plantas con flores son las más diversas de todos los grupos de organismos vivos. Las flores varían ampliamente en tamaño, forma y estructura, y gran parte de esta diversidad está relacionada con los modos de polinización. Las especies polinizadas por el viento han desarrollado de forma independiente conjuntos similares de rasgos florales adaptados para liberar, dispersar y capturar el polen en el aire. Una de estas características involucra a los estambres largos y flexibles que vibran notablemente en el viento en relación con las especies polinizadas por insectos relacionadas.

¿Por qué y cómo la polinización del viento ha evolucionado en las plantas con flores a partir de la polinización animal es una cuestión fundamental de larga data en la biología evolutiva de las plantas. Si bien la polinización por el viento ha evolucionado a partir de la polinización animal en al menos 65 ocasiones en plantas con flores (árboles, ambrosía y muchas hierbas), los mecanismos involucrados en la transición no se conocen bien.

Los científicos han sostenido durante mucho tiempo que las plantas polinizadas por el viento están «diseñadas aerodinámicamente» para una dispersión eficiente del polen. Pero en comparación con las especies polinizadas por animales, pocos estudios han investigado la función de los rasgos florales asociados con la polinización del viento. Además, las modificaciones de las flores requeridas para el cambio evolutivo de polinización de insecto a viento no se han estudiado porque, hasta ahora, no se han realizado experimentos con especies de transición que sean polinizadas por el viento y los insectos.

«Tomamos un enfoque novedoso a este problema al aplicar la biomecánica para comprender los procesos clave involucrados en las primeras etapas de esta transición, y el trabajo proporcionó varias ideas novedosas», dijo Timerman.

Timerman y Barrett examinaron el problema en una especie llamada Thalictrum pubescens, de la familia del ranúnculo. La planta es una especie ambófila, lo que significa que está polinizada tanto por insectos como por el viento. Como tales, especulan que la especie probablemente representa un estado de transición en la evolución de la polinización del viento.

Timerman usó un agitador electrodinámico para aplicar vibración controlada a los estambres para medir su frecuencia natural de vibración, luego usó un túnel de viento construido a medida para investigar cómo la frecuencia natural de vibración influye en la liberación de polen. Timerman también realizó un experimento de campo de manipulación en la Reserva Científica Koffler de la U de T para confirmar si la selección natural actúa de manera diferente en las propiedades del estambre en presencia o ausencia de polinizadores de insectos.

Los biólogos de plantas identifican un mecanismo detrás de la transición de polinización de insectos a viento
Vuela el polinizador acercándose a las flores masculinas de Thalictrum pubescens (prado-rue alto) para recoger el polen. Crédito: David Timerman

Timerman midió la variación en la frecuencia natural de la vibración de los estambres en nueve poblaciones y evaluó la repetibilidad de la frecuencia de vibración durante temporadas de crecimiento consecutivas. Con todos los datos que recopilaron, los investigadores analizaron el efecto de este parámetro en la liberación de polen en el túnel de viento, así como el éxito reproductivo masculino de las plantas en el campo con y sin polinizadores.

«La reproducción exitosa fue mayor para las plantas cuyos estambres vibraban a una frecuencia menor cuando los polinizadores estaban ausentes, pero esta ventaja disminuyó cuando los polinizadores estaban presentes», dijo Timerman. «Nuestro análisis biomecánico de la interfaz viento-flor ha identificado esta característica natural como un rasgo clave para comprender las etapas iniciales de la transición de la polinización de insectos a vientos».

Timerman dice que cuando los polinizadores animales no brindan servicios adecuados de polinización, la selección natural debería favorecer a los individuos con estambres flexibles que vibran fácilmente, liberando polen en el aire.

«El viento es obviamente un agente más consistente para la dispersión de polen que confiar en insectos cuyos tamaños y comportamientos de población fluctúan en el tiempo y el espacio», dice Timerman. «Además, muchos aspectos del cambio ambiental global están actualmente interrumpiendo el servicio de los polinizadores a las plantas silvestres , lo que lleva a lo que se ha denominado ‘la crisis de la polinización’.

«Estas situaciones podrían favorecer potencialmente la evolución de la polinización del viento a través del mecanismo que hemos descubierto».

Más información: Actas de la Royal Society B (2018). DOI: 10.1098 / rspb.2018.2251 

Referencia del diario: Actas de la Royal Society B  

Proporcionado por: Universidad de Toronto

Información de: phys.org


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