Высоко в горах Хэндуань на юго-западе Китая растут сотни видов диких цветов — мытников (Pedicularis). Их лепестки образуют необычную форму, похожую на голову слона с длинным хоботом. Опыляют их только шмели. Ученые записали сотни видео, как шмели садятся на цветок, кусают «голову слона» и начинают быстро вибрировать грудными мышцами.

Эти колебания передаются на челюсти, и из «хобота» высыпается пыльца. Она оседает на брюшке шмеля, а потом он переносит ее в специальные корзинки на задних лапках, чтобы отнести в гнездо и накормить личинок. Эти цветы не производят нектар, так что пыльца — единственная награда. А шмель, перелетая с растения на растение, заодно их опыляет.

Исследователи захотели понять, почему шмели всегда кусают цветок в одном и том же месте, независимо от вида мытника. Они создали 3D-модель цветка, изучили его структуру с помощью микро-КТ и атомно-силовой микроскопии.

Оказалось, что для эффективного вытряхивания пыльцы есть только одна «идеальная точка укуса» — у основания „хобота“.

У разных видов мытников «хоботы» разной длины, могут быть закручены или вытянуты. Шмель может собрать пыльцу и опылить цветок, только если длина его тела совпадает с длиной „хобота“ от точки укуса до кончика.

Результаты опубликованы в издании Science China Life Sciences.

Но шмели в одном гнезде бывают разного размера — молодые особи меньше, старшие крупнее. Поэтому одни могут опылять одни виды мытников, а другие — совсем иные. Анализ показал четкое соответствие: длина «хобота» цветка всегда совпадает с размером шмеля. Вот почему на одном склоне могут цвести несколько видов мытников, но гибридов между ними почти не бывает — их опыляют шмели разного размера.

Сложность была в том, чтобы объединить биомеханику и экологию опыления — ведь здесь важны вибрации, — говорит Юаньцин Сюй, автор исследования. — Мы создали систему, которая учитывает и механику, и поведение насекомых, и экологические связи.

Удивительно, что биомеханика цветка не дает пыльце попасть не туда, — добавляет профессор Питер Бернхардт. — Кажется, цветок прямо говорит шмелю: «Кусай меня здесь, а потом тряси!»

Это исследование показывает, как вибрации влияют на опыление и как форма цветка определяет его связь с опылителями. Поскольку многие растения, включая сельскохозяйственные, используют такой механизм, открытие может помочь в защите экосистем и улучшении агротехники.

Авторы посвятили работу профессору Уолтеру Макиору, который называл эти цветы «слоновьими носами».

В них мы видим не только мудрость эволюции, но и преемственность науки через поколения и границы, — говорит профессор Хун Ван.

Польза исследования

• Сохранение биоразнообразия — понимание механизмов опыления поможет защитить редкие виды растений и их опылителей.
• Сельское хозяйство — многие культуры (томаты, баклажаны, черника) зависят от «жужжащего опыления». Оптимизация этого процесса может повысить урожайность.
• Бионика — принципы вибрационной передачи энергии могут быть использованы в робототехнике или микроинженерии.

Однако исследование не учитывает, как изменение климата может повлиять на синхронизацию цветения и появления шмелей. Если из-за потепления циклы жизни растений и опылителей рассогласуются, вся система может дать сбой.

Ранее ученые заявили, что жара мешает шмелям полноценно размножаться.