植物は精子をまったく新しい方法で操作している可能性がある

植物界において、受粉は非常に熾烈なプロセスとなることがある。南アフリカとブラジルの科学者チームは、ライバル植物が受粉媒介者の居場所を巡って互いに競争する可能性があることを発見した。この競争は、どの花粉が次の花に届くか、どの花粉が届かないかに影響する。この発見は、最近The American Naturalist 誌に掲載された研究で詳しく述べられている。

長い年月をかけて、一部の動物や昆虫はペニスに複雑な構造を発達させ、それが自分の精子を放出する前に雌の生殖器官からライバルの雄の精子を除去すると考えられている。

ビデオ: ハチドリのくちばし (頭蓋骨) に量子ドットでマークされた花粉粒。これは UV 光源の下で観察されています。私たちはくちばしに花粉粒を入れて数えました (鉛筆でマークした 2 つの間にある花粉粒のみ)。このくちばしを花に挿入し、花が破裂した後、マークされた花粉粒を再度数えて、破裂によってどれだけの花粉粒が除去されたかを確認しました。クレジット: ダニエラ クリスティーナ デ カリオ カラサ、セサル アウグスト アルベロス、カルロス アンドレス マタヤナ プエルト

動物の交尾とは異なり、植物の繁殖には花同士の直接的な接触は伴いません。他の雄植物と競争するためには、蛾、蜂、蝶などの花粉媒介昆虫の体に付着した花粉が別の花に届く前に、植物の精子を運ぶ花粉の操作を行わなければなりません。さらに、植物の約 94 パーセントには雄と雌の両方の生殖器官があります。自家受粉を避けるために、個々の花は多くの場合、最初に雄期を経てから雌期に進みます。

この研究チームは、植物は花粉媒介者の体のどこにどのくらい花粉を撒くかを操作できると考えている。植物は、これを行うために、動物の精子操作に似た戦略を開発している可能性もある。

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さらに詳しく知るために、研究者らはブラジル固有の赤い多年草、 Hypenea macranthaを研究した。研究室では実験シミュレーションを設定し、スローモーションビデオを使用してこの植物の戦略的なプロセスを記録した。この花はカタパルトのようなメカニズムを使用して、ハチドリの頭蓋骨のくちばしからライバルの花の花粉を取り除き、自分の花粉を同じ場所にしっかりと配置します。

爆発的な花粉散布と呼ばれるこのメカニズムは、植物界ではまったく知られていないわけではありません。植物界と動物界の両方で、最も速い動きをするものとして知られているのは、白桑です。花粉カタパルト機構は、時速 380 マイル (秒速 170 メートル) を超えることもあります。

しかし、この研究は爆発による花粉散布がいかに効果的であるかを示す経験的証拠を提供している。このデータを収集するために、研究チームは爆発で除去された花粉に量子ドットのラベルを付け、スローモーション動画を分析した。Hypenea macranthaの花粉は、放出された後、毎秒 2.62 メートルの速度で移動する。比較すると、オリンピック選手のウサイン・ボルトは毎秒 10.44 メートルで、およそ 4 倍の速さで走っている。

研究チームによれば、この発見には植物における花粉の競争的除去という考えを裏付ける証拠が含まれているという。雄植物間の競争もこの形質の進化に寄与した可能性がある。

「ハチドリが訪れる花は、ハチドリのくちばしに花粉を落とすが、花粉を落とす場所はほとんどない」と、南アフリカのステレンボッシュ大学の進化生物学者で、研究の共著者でもあるブルース・アンダーソン氏は声明で述べた。「花は、ハチドリのくちばしに花粉を発射するカタパルト機構を発達させている。弾丸の粒子の力で、ライバル植物がすでに落とした粒子がはじき飛ばされ、花は自分の粒子をよりきれいなくちば​​しに落とすことができるため、繁殖成功の可能性が高まる」

植物は、これまで知られていなかった方法で互いに競争している可能性があります。Hypenea macranthaのような 2 つの花は、交尾の際に通常は相互作用しないため、他の植物や動物のように花を操作することは困難です。ただし、配偶子の操作は実際には、他の花の葉や花びらではなく、花に到着した花粉媒介者に対して行われる可能性があります。

素早いハチドリのような花粉媒介者が、以前訪れた植物のライバル花粉で覆われた花に到着した場合、その花はライバル植物の花粉で覆われているため、自分の花粉をハチドリにつけるのに苦労するかもしれません。たとえ花粉をハチドリにつけることができたとしても、ハチドリが次に訪れる花の胚珠にアクセスするには、ライバル花粉と競争しなければならないため、繁殖が成功する確率はかなり低いかもしれません。

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「では、花は何ができるのでしょうか？ペニスを装飾した動物のように、花は自分の花を植える前に、花粉媒介者からライバルの花粉を取り除く戦略を進化させることができます」とアンダーソン氏は言う。

これまで、科学者たちは花の爆発は主に花粉を花粉媒介者につけるのに役立つと信じていた。花粉媒介者を驚かせて飛び去らせ、新しい植物に花粉をより遠くまで撒き散らす方法だという説もあった。

「しかし、私たちのデータは、このメカニズムが実際には以前の花から花粉を追い出し、花粉媒介者の体内での場所をめぐる競争を激化させることで雄の生殖成功率を高める可能性があることを示唆している」と、研究の共著者でブラジルのウベルランジア連邦大学の植物学者ヴィニシウス・ブリト氏は声明で述べた。